摘要:针对我国城市泵站设备普遍偏旧,自动化、信息化管理水平不高,有待实现泵站远程集中监控等问题,提出城市系站远程监控系统开发参考模型,阐述了城市泵站远程监控亲统的结构体系、开发思路、泵站现场拉制时象及设计、监控设计、监控和各泵站通信、开发工具及软件设计等技术及要求。并扼要分析建立泵站远程监控系统产生的效益。
关键词:城市泵站 远程监控系统 参考模型 计算机技术
1.城市泵站现状
目前我国各大中城市的给水调水泵站、雨水泵站、排污泵站主要分散于城市城区,进郊区及远郊区。生产运行主要采用现场人员值守。些泵站建成及运行时间较长,设备老化;近年来建设的泵站,大多数实现了现场自动控制;也有少数地区实现了几个泵站、*多几十个泵站的远程监控.采用的技术和设备参差不齐,效率、效果也不尽相同,例如有的泵站没有自动化监控系统;有的选用的技术及设备陈旧,稳定性差;有的泵站信息不能上传,不能实现远程监控等。这些都有待于采用的,成熟的技术和设备加以改造完善,实现所有泵站的自动监控。本文提出建立泵站远程监控系统的参考模型,供商榷。
2.参考模型
参考模型示意如图1所示。泵站监控负责泵站生产运行的监测监控,并通过有线和无线的方式实现监控和各个泵站信息的交换传输。具体介绍如下。
2.1泵站生产流程及控制监测点
泵站工艺流程如图2所示,泵站自动控制流程如图3所示。从图2、图3可知,自动控制系统设计模型考虑了泵站生产控制的可能环节。包括入水流量和出水流量;集水池液位;集水池格栅前后液位差;集水池格栅前后液位差报警;泵站的设备运行状态,包括:每个泵的电机运转情况,启/停状态、电机温度、电机工作电流和电压;软启动器的工作状态;变频器的工作状态;流量计、液位计、液位差计、浮球液位开关、温度计、电流表和电压表等的维护状态;直接下达实时控制指令,控制泵站的运行。
2.2泵站监控
泵站监控的作用主要是监视和控制远方各个现场泵站的生产运行,同时将各个泵站运行状况信息上传有关管理部门,同时考虑未来工作的可扩展性,应选用以下设备:工业控制计算机、高清晰度彩色显示器、针式打印机、不间断电源、管理计算机、激光打印机、工作台、文件柜、转椅,消耗品、大屏幕投影屏、工业键盘等。同时建成网络系统,如图4所示。
2.3网络结构及通信
泵站监控网络系统为以太网,可达14/100Mh/,速率,主要由3个子系统构成;监控网络系统(如图4所示),泵站现场监控网络系统(如图3所示)及各泵站和监控通信系统。前两者分别为100Mb/s以及网及10Mb/s以太网.各泵站和监控通信系统网络通信方式很多,可只据监控泵站的数量、系统所在地的通信条件等诸多因素来确定,主要有两种类型:①有线:包括光纤.公共数据网PSDN、ISDN、电话拨号等;②无我:包括电台、微波、扩频微波及卫星。考虑到泵站点多而且分散的特点,采用无线通信方式为佳,如图5是种典型的无线微波通信方式,采用此无线通信方式,连接到各个泵站的速率可达到2Mb/s以上,*新,“品可达11Mb/s.可以满足泵站网络通信的要求。
2.4泵站监控系统软件
泵站监控系统软件要实现两个主要功能:一是对下属各泵站(可扩展)的运行情况进行监视、控制;二是对下属各泵站(可扩展)的日常生产活动进行管理。
(1)计算机监控管理程序。实现对PLC系统控制参数的设置;完成对数据采集系统的组态:监控生产作业过程,包括:显示控制过程画面和实时数据;显示系统总体框图;绘制重要参数的变化趋势图;显示重要设备的工作状态;历史数据的统计分析和存储;辅助管理日常生产业务,提供决策参考。
(2)事故报警。生产过程中的检测量标时,系统自动报警显示,并通过报警打印机打印输出,形成记录文件;生产过程中的自动状态下的控制设备发出故障信号或失去控制时,系统自动报警显示,并通过报警打印机输出,形成记录文件;报警数据自动存储以备事后分析。
(3)数据存档和生产报表。系统自动生成日报表、月报表和统计报表,通过报表打印机打印输出,形成生产记录文件,并且文档可由EXCEL进行自定义处理,或用其它工具软件进行处理;具有时间和事件控制存档;可与其他Windows程序进行动态数据交换。
(4)人机操作界面设计。人机操作界面是整个系统与用户之间交流的窗口,它提供一种直观的图形化的功能实现,整个操作界面为层次渐进风格:*一层为城市所有泵站的分布图,主要显示信息说明:总进水量、总出水量及各泵站总体状况(正常、载或关闭)等。*二层为各个泵站的工艺流程画面,主要显示信息说明:该泵站的总进水量、出水量及其各个设备的总体状态(正常、载或故障)等,控制窗口提供对该泵站启动/关闭等控制。*三层为泵站中各个具体设备的工作状态、历史记录显示,主要显示信息说明:集水池:液位、液位报警;粗格栅系统:粗格栅前后液位差、液位差报警;细格栅系统:细格栅前后液位差、液位差报警;泵:所用泵的编号,电机的温度、电流和电压,启或停,正常或故障,电机报警;软启动器:正常或故障,启/停,报警。控制窗口提供对该设备启动/关闭及维护等控制。
3.社会及经济效益
通过建立泵站监控,实现泵站生产运行的远程监控,预计可产生如下效益:建立泵站监控,可以实现复杂的泵站工艺流程的运转,减少人为因素带来的可能事故和隐患,减轻劳动强度,提高工作效率和效益;节约能耗,实现增效;泵站监控和主管职能部门,能及时方便地了解掌握泵站的生产和运行情况。
4.泵站管理系统
泵站管理平台由本地保护测控装置、测量采集仪表、PLC自控装置、视频安防、本地控制系统以及区域泵站管理平台组成。通过泵站管理平台可以实现对区域内泵站的数据采集、运行监测、控制调节、能耗分析、事故预告报警、事件记录、运维管理等功能,实现泵站无人值守、集中运维管理,提高泵站的运行性。
图4泵站管理平台网络结构示意图
4.1泵站管理系统(就地部署)
Acrel-2000M泵站管理系统部署在泵站内部,实现对泵站的多方面监视、控制和运行记录,在异常时可及时发出报警信号,泵站运行。
泵闸全景图可以帮助用户进行多方面的监测泵闸多方面的运行状态,比如内外河水位、节制闸东西方向的开度、内外侧闸门的开度、水泵运行的状态以及电流。
泵站总览及单线图显示
查看泵站配电回路的分布和连接情况以及主要的电参量。主要数据包括:三相电流,三相电压,功率、电能、功率因数、回路名称。
监测节制闸运行状态,比如闸门开度,是否锁定解锁等状态,同时具备监测内外河水位的趋势、油泵的运行情况。另外在该功能模块可以实现对节制闸、油泵的远程控制功能,并可以进行远方/就地控制的切换。
水泵运行监控
监测水泵运行状态,比如运行、停止、保护装置故障等状态,实现对水泵远程控制、排水引水联动控制,在实现远程控制功能之前将水泵、工作闸门PLC控制柜选择远方。排水引水联动时,系统将下发进水闸门打开命令,直至进水闸门全开状态。
闸门监控
监测工作门、油泵运行状态,比如运行、停止等状态,在该功能模块可以实现对工作门、油泵远程控制。
趋势曲线分析
可以监测电机运行负荷曲线、内外水位曲线等等,帮助用户分析和记录运行趋势。
此外,系统还具备异常报警、报表制表等功能,使管理人员及时了解电站运行情况。
4.2区域泵站管理平台
AcrelEMS泵站管理平台设置在云服务器或者*定的区域指挥,实现对区域内不同类型泵站的统一监控,提高管理效率。平台具备泵站地理位置显示、泵站3D展示、电力监控、数据查询、控制调节、能耗分析、视频、报警管理、设备管理、运维管理等功能。数据可通过4G无线专网或网络传输。
泵站地理位置标识
可在地图标识泵站位置,点击地图上图标可直接进入泵站监视界面。
泵站工艺3D展示
通过2.5D或3D界面实时展示泵站运行状态,包括电气数据、管网、水位、闸门状态等。
电力监控
实时监测泵站配电系统运行状况,包括电气参数,越限/异常报警等等。
泵站非电量监控
平台可展示泵站变压器、电机、线缆等关键接点温度,另外可对泵站电机振动、环境温湿度、水位、闸门状态、视频、门禁等各种参量,并可设置越限报警。
能耗分析
分析各泵站电能消耗数据和碳排放分析,对标水泵能效指标,为管理者进行设备能效升级改造提供数据支持。
报警分析
平台可对区域内泵站的报警进行分级:普通、严重、事故三个级别,并对所有事故进行分析,帮助管理者好了解泵站的运行状况,避免重要的报警信息。
设备档案及运维管理
平台针对泵站设备建立设备档案库,记录设备生产厂家、性能参数、维护保养信息,并生成设备二维码,支持运维巡检、缺陷记录、工单管理、事故抢修等运维管理流程,帮助用户的管理泵站运维。
此外平台可接入各泵站的照明控制系统、应急照明和疏散指示系统数据,通过平台进行统一监控管理,提高泵站的运行和管理效率。
5.泵站的电气自动化二次产品选型
5.1泵站电气设备的自动控制、测量、保护、监视、通讯
其内容包括:泵站高压送、变电系统;泵站0.4kV配电系统;泵站直流系统;电机的综合保护系统。泵站的保护测控装置配置如图2所示。所有装置均具备通讯接口,可通过智能网关接入本地监控系统或者区域泵站管理平台,智能网关具备边缘计算和逻辑控制功能,可根据现场运行工况进行自动控制。
5.2泵站及重要辅机系统的自动控制、测量、监视、通讯
其内容包括:为主机配套的油系统的控制(例如:水泵叶片调节压力油系统、快速闸门液(油)压操作系统、油系统、齿轮箱冷却油系统等);为主机配套的气系统的控制(为真空破坏阀(虹吸式泵站)所配的低压气系统、为水泵叶片调节配套的压力油及其它气动工具用的中压储能气系统);泵站水系统(为主机组配套的冷却水系统、泵站排水系统和消防用水系统等)。
5.3各种非电量的自动测量、监视、通讯
其内容如下:水工方面的位移、沉降、扬压力、应力等各种监测;水文、水位、水情、水量、水质等各种监测;各种温度、湿度的监测;绝缘监测;各闸门开度、荷重等监测。
这些信号均为模拟量和开关量形式输出,采集信号为4-20mA模拟量信号和开关量信号,这些信号主要PLC装置采集并进行相应的告警和控制,数据可上传泵站管理平台。
为了提高性,4-20mA或者0-5V模拟量信号需要增加信号隔离装置来实现限压、限流、隔离等措施,增加系统的抗干扰能力。
6.结束语
本文针对我国城市泵站远程监控系统的开发建设,提出了城市泵站远程监控系统实现的手段和技术方法,希望能对我国城市泵站远程监控系统的开发建设提供有益的参考。
【参考文献】
[1]李启飞.城市泵站盐城监控系统的开发
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.
词条
词条说明
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