淺談城市泵站遠程監控係統的開發

摘要：針對我國城市泵站設備普遍偏舊，自動化、信息化管理水平不高，有待實現泵站遠程集中監控等問題，提出城市係站遠程監控係統開發參考模型，闡述了城市泵站遠程監控親(qin) 統的結構體(ti) 係、開發思路、泵站現場拉製時象及設計、監控中心設計、監控中心和各泵站通信、開發工具及監控軟件設計等技術及要求。並扼要分析建立泵站遠程監控係統產(chan) 生的效益。

關(guan) 鍵詞:城市泵站 遠程監控係統 參考模型 計算機技術

1.城市泵站現狀

目前我國各大中城市的給水調水泵站、雨水泵站、排汙泵站主要分散於(yu) 城市城區，進郊區及遠郊區。生產(chan) 運行主要采用現場人員值守。些泵站建成及運行時間較長，設備老化；近年來建設的泵站，大多數實現了現場自動控製；也有少數地區實現了幾個(ge) 泵站、*多幾十個(ge) 泵站的遠程監控.采用的技術和設備參差不齊，效率、效果也不盡相同，例如有的泵站沒有自動化監控係統；有的選用的技術及設備陳舊，穩定性差；有的泵站信息不能上傳(chuan) ，不能實現遠程監控等。這些都有待於(yu) 采用更先進的，成熟的技術和設備加以改造完善，實現所有泵站的自動監控。本文提出建立泵站遠程監控係統的參考模型，供商榷。

2.參考模型

參考模型示意如圖1所示。泵站監控中心負責泵站生產(chan) 運行的監測監控，並通過有線和無線的方式實現監控中心和各個(ge) 泵站信息的交換傳(chuan) 輸。具體(ti) 介紹如下。

2.1泵站生產(chan) 流程及控製監測點

泵站工藝流程如圖2所示，泵站自動控製流程如圖3所示。從(cong) 圖2、圖3可知，自動控製係統設計模型考慮了泵站生產(chan) 控製的可能環節。包括入水流量和出水流量；集水池液位；集水池格柵前後液位差；集水池格柵前後液位差報警；泵站的設備運行狀態，包括：每個(ge) 泵的電機運轉情況，啟/停狀態、電機溫度、電機工作電流和電壓；軟啟動器的工作狀態；變頻器的工作狀態；流量計、液位計、液位差計、浮球液位開關(guan) 、溫度計、電流表和電壓表等的維護狀態；直接下達實時控製指令，控製泵站的運行。

2.2泵站監控中心

泵站監控中心的作用主要是監視和控製遠方各個(ge) 現場泵站的生產(chan) 運行，同時將各個(ge) 泵站運行狀況信息上傳(chuan) 有關(guan) 管理部門，同時考慮未來工作的可擴展性，應選用以下設備：工業(ye) 控製計算機、高清晰度彩色顯示器、針式打印機、不間斷電源、管理計算機、激光打印機、工作台、文件櫃、轉椅，消耗品、大屏幕投影屏、工業(ye) 鍵盤等。同時建成網絡係統，如圖4所示。

2.3網絡結構及通信

泵站監控網絡係統為(wei) 以太網，可達14/100Mh/,速率，主要由3個(ge) 子係統構成；監控中心網絡係統(如圖4所示),泵站現場監控網絡係統(如圖3所示)及各泵站和監控中心通信係統。前兩(liang) 者分別為(wei) 100Mb/s以及網及10Mb/s以太網.各泵站和監控中心通信係統網絡通信方式很多，可隻據監控泵站的數量、係統所在地的通信條件等諸多因素來確定，主要有兩(liang) 種類型：①有線：包括光纖.公共數據網PSDN、ISDN、電話撥號等；②無我：包括電台、微波、擴頻微波及衛星。考慮到泵站點多而且分散的特點，采用無線通信方式為(wei) 佳，如圖5是種典型的無線微波通信方式，采用此無線通信方式，連接到各個(ge) 泵站的速率可達到2Mb/s以上，*新，“品可達11Mb/s可以滿足泵站網絡通信的要求。

2.4泵站監控係統軟件

泵站監控係統軟件要實現兩(liang) 個(ge) 主要功能：一是對下屬各泵站(可擴展)的運行情況進行監視、控製；二是對下屬各泵站(可擴展)的日常生產(chan) 活動進行管理。

(1)計算機監控管理程序。實現對PLC係統控製參數的設置；完成對數據采集係統的組態：監控生產(chan) 作業(ye) 過程，包括：顯示控製過程畫麵和實時數據；顯示係統總體(ti) 框圖；繪製重要參數的變化趨勢圖；顯示重要設備的工作狀態；曆史數據的統計分析和存儲(chu) ；輔助管理日常生產(chan) 業(ye) 務，提供決(jue) 策參考。

(2)事故報警。生產(chan) 過程中的檢測量超標時，係統自動報警顯示，並通過報警打印機打印輸出，形成記錄文件；生產(chan) 過程中的自動狀態下的控製設備發出故障信號或失去控製時，係統自動報警顯示，並通過報警打印機輸出，形成記錄文件；報警數據自動存儲(chu) 以備事後分析。

(3)數據存檔和生產(chan) 報表。係統自動生成日報表、月報表和統計報表，通過報表打印機打印輸出，形成生產(chan) 記錄文件，並且文檔可由EXCEL進行自定義(yi) 處理，或用其它工具軟件進行處理；具有時間和事件控製存檔；可與(yu) 其他Windows程序進行動態數據交換。

(4)人機操作界麵設計。人機操作界麵是整個(ge) 係統與(yu) 用戶之間交流的窗口，它提供一種直觀的圖形化的功能實現，整個(ge) 操作界麵為(wei) 層次漸進風格：*一層為(wei) 城市所有泵站的分布圖，主要顯示信息說明：總進水量、總出水量及各泵站總體(ti) 狀況(正常、超載或關(guan) 閉)等。*二層為(wei) 各個(ge) 泵站的工藝流程畫麵，主要顯示信息說明：該泵站的總進水量、出水量及其各個(ge) 設備的總體(ti) 狀態(正常、超載或故障)等，控製窗口提供對該泵站啟動/關(guan) 閉等控製。*三層為(wei) 泵站中各個(ge) 具體(ti) 設備的工作狀態、曆史記錄顯示，主要顯示信息說明：集水池：液位、液位報警；粗格柵係統：粗格柵前後液位差、液位差報警；細格柵係統：細格柵前後液位差、液位差報警；泵：所用泵的編號，電機的溫度、電流和電壓，啟或停，正常或故障，電機報警；軟啟動器：正常或故障，啟/停，報警。控製窗口提供對該設備啟動/關(guan) 閉及維護等控製。

3.社會(hui) 及經濟效益

通過建立泵站監控中心，實現泵站生產(chan) 運行的遠程監控，預計可產(chan) 生如下效益：建立泵站監控中心，可以實現複雜的泵站工藝流程的安全運轉，減少人為(wei) 因素帶來的可能事故和隱患，減輕勞動強度，提高工作效率和效益；節約能耗，實現增效；泵站監控中心和主管職能部門，能及時方便地了解掌握泵站的生產(chan) 和運行情況。

4.泵站管理係統

泵站管理平台由本地保護測控裝置、測量采集儀(yi) 表、PLC自控裝置、視頻安防、本地控製係統以及區域泵站管理平台組成。通過泵站管理平台可以實現對區域內(nei) 泵站的數據采集、運行監測、控製調節、能耗分析、事故預告報警、事件記錄、運維管理等功能，實現泵站無人值守、集中運維管理，提高泵站的運行可靠性。

圖4泵站管理平台網絡結構示意圖

4.1泵站管理係統(就地部署)

Acrel-2000M泵站管理係統部署在泵站內(nei) 部，實現對泵站的多方麵監視、控製和運行記錄，在異常時可及時發出報警信號，保障泵站運行安全。

1. 泵閘全景圖

泵閘全景圖可以幫助用戶進行多方麵的監測泵閘多方麵的運行狀態，比如內(nei) 外河水位、節製閘東(dong) 西方向的開度、內(nei) 外側(ce) 閘門的開度、水泵運行的狀態以及電流。

1. 泵站總覽及單線圖顯示

查看泵站配電回路的分布和連接情況以及主要的電參量。主要數據包括：三相電流，三相電壓，功率、電能、功率因數、回路名稱。

1. 節製閘監控

監測節製閘運行狀態，比如閘門開度，是否鎖定解鎖等狀態，同時具備監測內(nei) 外河水位的趨勢、油泵的運行情況。另外在該功能模塊可以實現對節製閘、油泵的遠程控製功能，並可以進行遠方/就地控製的切換。

1. 水泵運行監控

監測水泵運行狀態，比如運行、停止、保護裝置故障等狀態，實現對水泵遠程控製、排水引水聯動控製，在實現遠程控製功能之前將水泵、工作閘門PLC控製櫃選擇遠方。排水引水聯動時，係統將下發進水閘門打開命令，直至進水閘門全開狀態。

1. 閘門監控

監測工作門、油泵運行狀態，比如運行、停止等狀態，在該功能模塊可以實現對工作門、油泵遠程控製。

1. 趨勢曲線分析

可以監測電機運行負荷曲線、內(nei) 外水位曲線等等，幫助用戶分析和記錄運行趨勢。

此外，係統還具備異常報警、報表製表等功能，使管理人員及時了解電站運行情況。

4.2區域泵站管理平台

AcrelEMS泵站管理平台設置在雲(yun) 服務器或者*定的區域指揮中心，實現對區域內(nei) 不同類型泵站的統一監控，提高管理效率。平台具備泵站地理位置顯示、泵站3D展示、18luck新客户端、數據查詢、控製調節、能耗分析、視頻監控、報警管理、設備管理、運維管理等功能。數據可通過4G無線專(zhuan) 網或網絡傳(chuan) 輸。

1. 泵站地理位置標識

可在地圖標識泵站位置，點擊地圖上圖標可直接進入泵站監視界麵。

1. 泵站工藝3D展示

通過2.5D或3D界麵實時展示泵站運行狀態，包括電氣數據、管網、水位、閘門狀態等。

1. 18luck新客户端

實時監測泵站配電係統運行狀況，包括電氣參數，越限/異常報警等等。

1. 泵站非電量監控

平台可展示泵站變壓器、電機、線纜等關(guan) 鍵接點溫度，另外可對泵站電機振動、環境溫濕度、水位、閘門狀態、視頻、門禁等各種參量，並可設置越限報警。

1. 能耗分析

分析各泵站電能消耗數據和碳排放分析，對標水泵能效指標，為(wei) 管理者進行設備能效升級改造提供數據支持。

1. 報警分析

平台可對區域內(nei) 泵站的報警進行分級：普通、嚴(yan) 重、事故三個(ge) 級別，並對所有事故進行分析，幫助管理者更好了解泵站的運行狀況，避免錯過重要的報警信息。

1. 設備檔案及運維管理

平台針對泵站設備建立設備檔案庫，記錄設備生產(chan) 廠家、性能參數、維護保養(yang) 信息，並生成設備二維碼，支持運維巡檢、缺陷記錄、工單管理、事故搶修等運維管理流程，幫助用戶更高效的管理泵站運維。

此外平台可接入各泵站的照明控製係統、應急照明和疏散指示係統數據，通過平台進行統一監控管理，提高泵站的運行安全和管理效率。

5.泵站的電氣自動化二次產(chan) 品選型

5.1泵站電氣設備的自動控製、測量、保護、監視、通訊

其內(nei) 容包括：泵站高壓送、變電係統；泵站0.4kV配電係統；泵站直流係統；電機的綜合保護係統。泵站的保護測控裝置配置如圖2所示。所有裝置均具備通訊接口，可通過智能網關(guan) 接入本地監控係統或者區域泵站管理平台，智能網關(guan) 具備邊緣計算和邏輯控製功能，可根據現場運行工況進行自動控製。

圖2泵站保護測控裝置配置圖

表1泵站保護測控裝置選型

5.2泵站及重要輔機係統的自動控製、測量、監視、通訊

其內(nei) 容包括：為(wei) 主機配套的油係統的控製（例如：水泵葉片調節壓力油係統、快速閘門液（油）壓操作係統、油係統、齒輪箱冷卻油係統等）；為(wei) 主機配套的氣係統的控製（為(wei) 真空破壞閥（虹吸式泵站）所配的低壓氣係統、為(wei) 水泵葉片調節配套的壓力油及其它氣動工具用的中壓儲(chu) 能氣係統）；泵站水係統（為(wei) 主機組配套的冷卻水係統、泵站排水係統和消防用水係統等）。

5.3各種非電量的自動測量、監視、通訊

其內(nei) 容如下：水工安全方麵的位移、沉降、揚壓力、應力等各種監測；水文、水位、水情、水量、水質等各種監測；各種溫度、濕度的監測；絕緣監測；各閘門開度、荷重等監測。

這些信號均為(wei) 模擬量和開關(guan) 量形式輸出，采集信號為(wei) 4-20mA模擬量信號和開關(guan) 量信號，這些信號主要PLC裝置采集並進行相應的告警和控製，數據可上傳(chuan) 泵站管理平台。

為(wei) 了提高可靠性，4-20mA或者0-5V模擬量信號需要增加信號隔離裝置來實現限壓、限流、隔離等措施，增加係統的抗幹擾能力。

表2泵站信號采集及隔離裝置選型

泵站應設置正常工作照明和應急照明，並滿足各場所照度要求，應急照明持續供電時間應不少於(yu) 30min。

表3泵站照明係統要求

安科瑞為(wei) 泵站提供消防應急照明和疏散指示係統和智能照明控製係統解決(jue) 方案。正常工作照明可以采用感應控製、定時控製、遠程控製等控製方式，滿足泵站工作照明要求。應急照明和疏散指示係統提供不少於(yu) 90min的應急照明，采用集中電源供電，確保消防安全。消防應急照明和工作照明控製均可接入泵站管理平台實現集中監測和控製。

圖3泵站消防應急照明和工作照明係統

6.結束語

本文針對我國城市泵站遠程監控係統的開發建設，提出了城市泵站遠程監控係統實現的手段和技術方法，希望能對我國城市泵站遠程監控係統的開發建設提供有益的參考。

安科瑞侯文莉