摘 要：综合自动化监控系统，是监控中心监控所辖无人值班站的主要工具，大型泵站的自动化监控系统一般包含供电系统自动化、PLC集散控制及数字视频闭路监视等几部分，文章通过介绍某大型泵站自动化的建设方案，说明了自动化监控系统将、不但提高了泵站的运行稳定性、可靠性、经济性，同时具有水利工程现代化示范效。
关键词：排水泵站 自動化监控 PLC
中图分类号：TP27文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)03(c)-0065-02
泵站是大型水利、环保、城市供排水及企业水务等工程的重要组成部分，一般由供电和排水(或供水)两大系统构成。大型泵站的自动化由供电系统自动化、PLC集散控制及数字视频闭路监视等几部分组成。随着计算机技术、网络通信技术及PLC软硬件的快速发展，工业自动化控制也开始向智能集成、信息整合方向发展。本文以某大型泵站工程的建设为例对大型泵站的自动化监控系统进行介绍。
泵站工程是一个城市污水排放处理和防汛排涝的市政工程。本工程供电系统按双电源模式设计，主、备电源各由一台2000kV·A的变压器组成，高压配电室共有各种电力开关柜12台，低压配电室共20台低压馈电柜和一套直流电源屏。水处理设施包括10台大功率轴流水泵机组(单机容量为280kW)，10台大型电动阀门、6台大型启闭机、10台格栅和两条皮带输送机等大型设备，及水压传感器、超声波液位计、流量计、温度计等测量仪器。工程平面布置如图1所示。
1 泵站自动化系统方案
1.1 系统结构
泵站自动化系统结构如图2所示。
1.2 系统说明
系统采用分层、分布结构系统，即由现场设备层和远程操作管理层组成。设备层的继电保护装置、测控仪表、智能断路器及PLC系统组成多个通信总线汇接到多串口服务器NportServer，然后经以太网送后台监控管理计算机，并在这里进行多协议转换。由于规约库提供了多个常用通信规约，既可接人自己的产品，也可将国内外具有标准通信协议的设备包含进来，这种良好的包容性大大提高系统的适用性。主干采用10/100M以太网通信结构，利于增加后台通信的距离和速度，而且易于接人Internet。
在视频监视方面，应用桑塔奇数码的软硬件系统，由室内室外智能一体化高速球形摄像机对内河水情、泵房内外设备现场以及外河水情进行监视，视频信号通过总线传到视频监视主机，主机也是一台八路数字录相机，能自动进行硬盘录相。
供电系统自动化主要实现就地的测量、控制、继电保护和远方的“四遥”(即遥测、遥控、遥信、遥调)。测量是指各回路电流、电压及频率的测量，并由此计算得到有功、无功、功率因素等电量数据。保护实际上指电力系统的继电保护，包括变压器的差动保护与后备保护、馈线的线路保护、电容器保护以及双电源供电系统的备用电源自动投入等等。保护动作的依据是测量值与整定值的比较结果，因此要提高保护的准确性，就要保证测量的精度。在此采用直接交流采样的方式，通过高精度的A/D转换和数字滤波，结合科学的继电保护算法，大大提高了保护装置的精度。各继电保护装置、测控仪表及具有测控保护功能的智能开关通过通信网络与后台监控计算机进行消息交流，实现远程监控管理。
PLC的过程控制，也是泵站工程自动化监控中的一个重要组成部分。以PLC主站及其分布式I/O站作为控制处理核心设备，以触摸屏作为当地人机交互界面，对相关供电设备和泵房内的水泵机组、电动阀、启闭机、泵房外的隔栅、皮带输送机和启闭机等水处理设备进行监控，通过A/D转换模块对超声波液位计、水压计、流量计以及温度计的等传感器采集到的模拟量进行转换，由开关量输入模块检测各设备的开关、按钮状态，根据设定的程序逻辑控制开关量输出模块输出执行命令，实现泵站的自动化监控。
2 PLC集散控制系统
2.1 PLC选型配置
工程选用SchneiderModicon的Quantuml40系列PLC。由于外河河堤等地的设备到控制室距离较远，为节省布线成本、减少干扰，采用两个分布I/O站。PLC站选用16槽底板，电源选用两个CPS-124-20模块，冗余配置。CPU模块选用CPU-l13～03，带Modbus和ModbusPluse两个通信接口。通信模块使用NOE-771-01，支持TCP/IP或ModbusTCP/IP的工业以太网，带RJ45和光纤两种接口。开关量输入和输出共选用八个32点的DDI-353～00模块和四个32点的DDO-353-00模块。模拟量处理模块选用三块16通道的ACI一040-00模块。PLC分站与主站之间采用专用电缆，中间加接ModbusPluse分支器。
2.2 PLC监控要求
所有设备的控制均有手动和自动两种方式，在调试、检修或突发事件时可在设备现场进行手动操作，正常情况下由PLC进行自动控制。
水泵机组的启动由内河水位控制，水泵启动前要先确保对应的电动阀门处于打开位置，泵房内1、2号闸门和外河大堤的下部5、6号闸门处于关闭状态，3、4号启闭机处于打开状态。如以上条件不满足则先控制电动阀或闸门处于正确位置。在非汛期外河水位很低或水泵都没有工作时，内河主要通过自流方式向外排水，此时所有闸门均处于开启状态。
隔栅要定期将内河的漂浮污物打捞上来由皮带机输送运走。两组隔栅和皮带机，每组5台隔栅和一台皮带机，每天定时控制启停，时间可以设定。
为了延长水泵机组的寿命和均衡各机组设备的工程性能，杜绝部分设备长期闲置或锈蚀而其它设备长期运行导致磨损，因此要有效分配各机组设备的工作量，即要求对所有水泵机组进行均衡运行控制。
要对所有设备的故障信息进行采集并可报警保护。如电动阀、启闭机的电气故障、过力矩，水泵机组的电气故障、绕组超温、轴承过热、电机漏水、接线腔漏水、油室漏水等等信息均要由PLC进行采集处理并上报。
为了避免产生电力波动，所有水泵电机的启动都是逐一启动，间隔10s，绝不许有两台或两台以上的水泵电机同时启动，停止时也是逐一停止，间隔时问为2s。
对所有设备的状态信息如手动／自动、运行／停止、正常／故障和所有模拟量信息如内外河和集水池等处的水位高度、水泵出口压力、水道流量等等信息参数均能在触摸屏和上位机上直观显示。
2.3 触摸屏组态
以MagelisXBTF03451010.4触摸屏作为车间层监控人机交互界面，实时监测各工程量和相关设备的状态，并可通过触摸键对关联设备进行控制。触摸屏的组态是通过软件XBT-LIO00进行的，为了丰富显示信息，通常要考虑系统帮助说明、工程结构布局、工程实时数据、设备运行状态、触摸控制、故障报警信息以及系统设置等等界面的设计，在参数设置和触摸控制等方面还要考虑操作权限，防止非法操作造成事故。
2.4 通信
MODICONPLC不仅提供对标准的TCP／IP以太网、工业标准Modbus和ModbusHus的支持，而且提供了对Interbus—S、Lonworks、Profibus、Hart、FFHl和HSE等众多流行网络的支持。有的l0/l00M自适应以太网通信模块内置Web服务器，可以使用标准的PCWeb浏览器浏览PLC内的配置信息、用户程序、系统状态、远程I/0站的状态以及用户自定义网页等。PLC程序的下载上传和仿真调试可以方便地通过对等网络进行，大大提高通信速度。工业以太网通信已成为PLC及其它工控产品的发展趋势。
2.5 上位机监控管理
上位机是整个泵站工程的SCADA平台，也是一个监控管理总站。拥有美观方便、实用性强、专业完善的人机界面开发及表达工具，提供全面的电力及水工业专业图库，自动化系统建模工具，自动生成实时和历史数据库、完善的报表系统、完美的实时、历史和负荷曲线/棒图，支持统计分析和事件语音报警、记录、在线打印等功能。
3 结语
大型泵站的自动化实质是电力与水利的综合自动化，是对供电自动化系统与PLC集散控制系统的有机集成，其关键是多系统多规约的汇接与转换。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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