浅谈城市泵站远程监控系统的开发

时间：2024-03-13作者：安科瑞电子商务(上海)有限公司浏览：40

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

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。



节制闸监控

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.





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