泵站监控论文

泵站监控论文（共8篇）

泵站监控论文 篇1

摘要：排水泵站作为市政建设和管理工程的主要设施, 担负着城市排水防涝的重要任务。随着国民经济的飞速发展, 对市政建设和管理提出了更高的要求。城市排水泵站控制系统应向无人值守的监管模式发展, 以达到减员增效和提高管理水平的目的。

关键词：排水泵,监控系统

一、泵站工情概述

海甸岛排水泵站位于海甸岛一西路9号, 该泵站主要用于附近地区的防洪排涝和污水排放。

泵站设施为城市防洪排涝和和引水排灌起到关键作用。随着我国经济建设的快速发展, 对水利设施和水环境提出了更高的要求。城市防汛排涝、城镇水环境、深水井群和排水设施均面临着采用现代信息化技术来进一步提升设施的要求。实现排水、挡潮、排涝、引水等泵站自动化监控和集中调度管理, 实时采集各种水情、工情数据是信息化建设的基础。

二、系统目的

通过对泵站的有序控制, 将泵站运行的设备、电力、水位等实时信息采集到中控室, 进行远程监控;并在局域网内计算机上进行浏览, 使得管理人员对泵站操作情况做到有的放矢。

监控的参数有:

电力参数:电力参数:如电力设备电压、电流、功率因数。

排水泵参数:运行状态、过载状态、泵的启动、停止等。

水量信息:水位、流量、累计流量等。

门禁系统:用于加强泵站的自动安全防范和控制管理。

视频:摄像设备监控泵站水位和设施的安全防盗。

三、系统结构

1. 排水泵站计算机监控系统结构

泵站自动化系统由计算机监控系统、视频系统、大屏幕电视系统、地理信息系统以及网络通讯系统组成, 主要实现对水泵机组、水闸、配电系统、进出水池、直流系统、消防系统、技术供水系统、液压系统及其它泵站运行重要部位与关键对象、参数进行有效监视、监测, 并做到必要数据、图像、指令的上传和接收。

系统架构图如下:

2. 排水泵站计算机监控系统功能

通过组态软件实现对泵站庞大的现场数据高性能的数据采集与监视, 以实时的水情 (以水文总站的水文水质监测系统的数据为主要依据) 、雨情 (就近的雨量观测站, 加载降雨产流模型进行计算) 、工情 (水闸泵站自动监测系统提供的闸门、水泵、电机、电源信息) 为决策的主要依据, 同时综合其他系统信息 (如排水的信息系统、水资源普查的地理信息系统等) 并结合最新或预报的气象信息, 在专家系统的作用下生成不同操作控制下的模拟运行结果, 以确定最佳的防汛和引清调水方案, 并以形象直观的WEB方式显示出来;

由于泵站监控设备有些已有, 所以在充分利用现有设备前提下, 进行控制改造, 实现水泵的控制, 达到节约目的。

系统采用三层网络结构分别实现系统的采集和控制以及显示记录等功能:

采用此网络结构, 可以实现办公网与生产控制网络的隔离, 避免病毒从办公网传到生产网中来, 并可实现数据的共享, 办公管理人员可以通过IE浏览器直接访问实时数据。

(1) PLC监控系统:使用SIEMENS S7-200系列PLC, 实现对各排水泵站内机组的参数采集、运算和控制。中心监控系统可以通过与PLC的通讯连接, 根据设定的水位参数闭环调节各水泵的启停操作, 可以很方便直观地满足运行人员的需要。

(2) 数据监控中心系统:实现数据的远程显示、数据处理、统计、存储管理和运算控制。通过报表统计功能记录每天每月每年的机组运行时间, 同时编程计算出日月年的累计排水量, 并计算出站内的抽水效率, 为站内的工作人员提供一个很有价值的参考数据。结合GIS地理信息系统并辅以水位、水质、闸位、河道槽蓄容量、流量、引排水量、防汛墙高度、区域积水深度等三维空间参数, 充分利用完整的实时数据库和报警事件数据库中数据, 基于所存储的历史数据方便的进行分析统计、事故分析和追忆, 实现大型泵站设施的智能化运行。

(3) 局域网办公浏览系统:实现实时数据的网络浏览系统。

站内的几个主要组成部分通过网络连接和串口通讯方式实现了各个系统的有机组合, 并将各单元数据信息集中反映到中控室的微机监控系统的工控机之中, 从而实现了对站内各个系统参数的监测和监控功能, 真正使值班运行人员达到了一目了然的效果, 很好地满足了实际应用的需要。

四、系统功能

1. 数据的采集

通过泵站各个现场采集单元和智能装置, 依据各个不同的通讯规约, 通过网络和RS232通讯线将站内的数据实时地反映到计算机监控界面, 再通过计算机在将各主要的电气量和站内状态直观地反映到模拟屏上。

排水泵站计算机监控系统数据采集:

2. 统计和计算功能

海甸岛排水泵站专门负责海甸岛附近城区的排水, 对于排水量需要一个准确的数据, 系统通过本身具有的报表统计功能记录每天每月每年的机组运行时间, 同时通过软件编程计算出日月年的累计排水量, 并计算出站内的抽水效率, 为站内的工作人员提供一个很有价值的参考数据。

3. 控制功能

海甸岛排水泵站计算机监控系统可以在微机上实现机组的开停机的自动控制, 以及现地PLC控制单元的自动保护控制, 主工控机将站内的各控制单元有机的结合, 极大减轻了工作人员的劳动强度。

4. 水位控制调节

海甸岛排水泵站计算机监控系统可以通过与PLC的通讯连接, 根据设定的水位参数闭环调节各水泵的启停操作, 可以很方便直观地满足运行人员的需要。

泵站监控论文 篇2

【关键词】无人值守；自动化；冗余系统

上海城投原水有限公司徐泾泵站于2012年7月建成投入使用，向上海青浦徐泾、华新两镇、闵行华漕镇等三镇提供优质的青草沙原水。徐泾泵站的投入使用改善了该地区近50万人口的用水水质。

徐泾泵站的设计日供水量为20万吨，在整个上海原水系统中是小泵站。企业出于减员增效的目的，泵站的设计目标是无人（或少人）值守。但同时供水安全对于上海这座国际性的大都市有着无比的重要性和必要性。因此泵站必须有一套强大而稳定的自动化监控系统，使得较少的人力投入就可以完成整个生产过程的监控，确保泵站设备运行的安全、保证原水供应的不间断。

由于泵站的设计定位是无人（少人）值守，所以泵站的自动化监控系统必须具有以下的几点特性：

1.高稳定性与易维护性

原水泵站是全年365天24小时不间断工作的泵站，所以自动化监控系统必须具有极高的稳定性，才能给予生产活动有力保障。同时出于企业效益的考虑，系统还须具有维护简便和维护周期长的特性，这样可以减少后期人力成本的投入。

2.高度的自动化程度

由于泵站不配或只配少量的工作人员，要完成泵站内数量、种类众多的生产设备操作几乎不可能。这时如果依靠自动化控制系统就可以实现简便快捷的设备操作，甚至可以实现远程的设备操控。

3.完善的报警机制

自动化监控系统必须具有完善的报警机制，可以让工作人员第一时间获悉问题并按照相应的预定流程去解决问题。

4.数据的可靠传输

泵站的安全运行至关重要，实时的生产数据监测是保障安全运行的有效手段。将数据及时准确传输至上级管理单位以及原水调度中心，可以保证原水管网整体调度的安全性。同时也等于多了两双眼睛同时在关注徐泾泵站的生产活动，大大提高了及时发现问题的概率。

原水徐泾泵站自动化监控系统的设计与建设完全满足了以上几点需求：

4.1泵站自动化监控系统的架构

自动化监控系统中的下位机选用了AB品牌的ControlLogix系列PLC，采用了双CPU双网络冗余架构。采集设备信号的I/O机架通过冗余的controlnet网络与冗余的主、副CPU机架相连接，而主、副CPU机架分别通过以太网连接网络交换机。当主CPU出现故障时，副CPU通过连接两机架之间的通讯光跳线获得讯息，立即接替主CPU的工作职责。故障的CPU排除问题后，自动变为副CPU工作。这种架构实现了真正意义上的控制器无扰动切换，具有很高的可靠性。

controlLogix系列的PLC采用了模块化的设计，友善的编程环境，易于学习、使用，使得维护工作的难度大大的降低。

自动化监控系统的上位机选用了安装Intouch软件的PC。上位机有两台PC，1台作为工程师站、1台作为操作员站。工程师站安装Intouch的开发版本，可以进行人机交互界面的开发与修改并具有程序的运行功能。操作员站安装Intouch的运行版本，只具有程序运行功能。两台上位机互为冗余，独立运行，各自通过网络交换机向下位机ControlLogix PLC读取数据。两台上位机的同时使用大大提高了系统的稳定性。

4.2泵站监控系统的功能

徐泾泵站自动化监控系统的两大功能：设备的控制与数据的处理。

4.2.1设备的控制

泵站主要设备如下：10kV变配电设备，400V变配电设备，水泵变频器，水泵软启动，出口液控阀等。

设备的控制分为两层：就地层与远控层。就地层就是在设备本身的控制面版上进行操作，具有较高的优先级别。远控层就是在计算机上实现设备的控制。就地与远控的选择切换通过设备上的选择按钮来实现。

徐泾泵站是按无人（少人）值守标准设计的泵站，泵组的开停可以在计算机端通过轻点鼠标而实现一步化的操作。原先需要在400V变配电设备、变频器、出口液控阀等三处地方安排三个工作人员来完成的开停泵操作，现在只需一个工作人员坐在电脑前就可以完成。工作人员通过计算机操作，将控制指令发往PLC，PLC按照预定的操作流程去控制相应设备，设备之间按照一定的顺序联动运行，此种操作方式无论在效率和准确性上都大大超越了人工就地控制的方式。而且根据不同的权限授予，工作人员除了可以在泵站内的操作站，还可以在上级管理单位的操作站上对泵站内设备进行控制，从而实现泵站真正的无人值守。

4.2.2数据的采集与处理

徐泾泵站监控系统的数据众多，主要分为以下几类：

（1）生产工艺数据包括压力、流量、水质等。

（2）电气数据包括电压、电流、功率、开关位置等。

（3）设备运行状态数据包括变频器开停故障状态，阀门开闭状态，水泵转速与水泵故障等。

（4）设备健康状态数据包括水泵、电机的温度与振动数据等。

由于数据量大，少量的工作人员无法同时兼顾这些数据，监控系统必须具有完善的报警机制，将关键信息第一时间呈现给工作人员。系统必须对采集到的数据进行判断处理，除了数据本身还应该将可能的故障提示给工作人员。比如系统对泵站的出口压力进行数值的判断，根据预设定值，进行压力过低或过高的警报提示。又如系统对泵站的振动频谱进行分析判断，根据相关的国标，提示水泵可能存在的故障，或提醒工作人员设备老化的趋势。

4.2.3泵站数据的上传

徐泾泵站隶属于松浦原水厂管辖，徐泾泵站的生产系统数据通过服务器经由两条数据链路发送至松浦原水厂数据服务器。两条数据链路一条为点对点SDH数据专线，另一条为具有固定IP地址的ADSL。两条数据链路同时传输数据，互为备用。

松浦原水厂的数据服务器将本厂数据连同徐泾泵站的数据一起发送至原水调度中心，同样是通过两条冗余的数据专线。这样徐泾泵站的生产系统就构成了稳定可靠的三级监控：本地/上级厂/调度中心，三个地方都可以对徐泾泵站的生产活动进行实时的监控。不仅实现了数据实时共享、一网调度的需求，同时也降低了减少本地工作人员而可能带来的风险隐患。

综上所述，徐泾泵站的自动化监控系统具有很高的可靠性与稳定性，同时又能帮助本地或远程的工作人员迅速准确的掌握泵站的各类突发情况，而系统维护又非常简便。以自动化监控系统作为基础，配以视频监控系统、电子围栏系统、智能巡更系统、门禁系统、外来人员管理系统、灯光语音警示系统等辅助系统，徐泾泵站现在已经稳定的实现少人值守运作，并有能力实现无人值守的运作方式。

泵站监控论文 篇3

万家寨引黄入晋工程从黄河万家寨水库取水,经总干线至下土寨分水闸后分成向太原供水的南干线和向大同供水的北干线。工程分两期实施,第一期工程即总干线和南干线,建有5座泵站,分别为总干一级泵站、总干二级泵站、总干三级泵站、南干一级泵站、南干二级泵站,目前5座泵站共装有15台大功率供水机组。供水机组的主轴密封以及渗漏泵、检修泵润滑用水均由清水系统中的清水加压泵提供,因此清水系统是泵站的重要辅助系统。

1 总干一级泵站清水系统

1.1 加压泵房

总干一级泵站厂外加压泵房布置在总干一级泵站主交通洞口附近。其内设有3台清水加压泵(均为卧式离心水泵)和2台生活(消防)水泵(型号为D12-25X9);控制设备有PLC控制柜(内设PLC)、卧式离心水泵软起动柜(内设3台软起动装置)、生活(消防)水泵软起动柜(内设2台软起动装置)、加压泵电源柜、生活(消防)水泵电源柜。

3台清水加压泵工作方式为1台工作、1台工作备用、1台检修备用。在PLC控制柜上,可对清水加压泵选择自动、手动、切除控制方式,工作泵、备用泵可轮换,清水加压泵同时最多可运行2台。在自动控制方式下,清水加压泵的起停由高位蓄水池和低位蓄水池的水位信号控制:当高位蓄水池水位不足,达到下限值时,自动起动清水加压泵从低位蓄水池抽水向高位蓄水池补水,一旦高位蓄水池水位达到上限值,便自动停运清水加压泵以防止溢流;在低位蓄水池水位不足时,为防止清水加压泵空转,将自动禁止或停止清水加压泵运行并发出警报。高位蓄水池的2腔内均设有水位计,相应的显示仪表设置在加压泵房PLC控制柜内。正常情况下,由其中1只水位计控制清水加压泵的起停,2只水位计可切换使用。当高位蓄水池某腔检修时,本腔内的水位计退运,另一腔的水位计投运。高位蓄水池2腔内还设有泵站计算机监控系统以远方监视用水位计。

2台生活(消防)水泵工作方式为1台工作、1台检修备用。在PLC控制柜上,可对生活(消防)水泵选择自动、手动、切除控制方式,水泵同时最多可运行1台。在自动控制方式下,水泵的起停由地面厂区生活(消防)水池的水位信号控制。厂区生活(消防)水池设有1套水位计,输出4～20mA信号,相应的显示仪表设置在加压泵房控制盘柜内。

1.2 潜水深井电泵

在黄河滩#1、#2深井泵房各设有1台潜水深井电泵,均由PLC控制柜控制。潜水深井电泵可将深井泵房深井中的清水抽至低位蓄水池。

在PLC控制柜上,可对潜水深井电泵选择自动、手动、切除控制方式。在自动控制方式下,潜水深井电泵的起停由低位蓄水池的水位信号控制。低位蓄水池设有1套水位计,输出4～20mA信号,相应的显示仪表设在加压泵房PLC控制柜内。2台潜水深井电泵均带有水位测控装置,输出4～20mA信号至对应的潜水深井电泵房PLC控制柜。潜水深井电泵流量,深井水位、水位报警信号送至加压泵房技术供水PLC控制柜显示、报警。

1.3 清水系统数据通信方式

(1)潜水深井电泵房PLC通过数字接口传送潜水深井电泵状态、运行方式信号和深井水位信号至加压泵房技术供水PLC;低位蓄水池水位信号通过加压泵房技术供水PLC传送至潜水深井电泵房PLC。

(2)高位蓄水池水位信号直接送至加压泵房技术供水PLC;生活(消防)水池水位信号先送至加压泵房生活(消防)用水PLC后,再通过其I/O接口传送生活(消防)水池水位信号,生活(消防)水泵状态、运行方式信号至加压泵房技术供水PLC。

(3)加压泵房技术供水PLC通过数字接口(光纤传输)传送潜水深井电泵状态、运行方式信号,深井水位信号,清水加压泵状态、运行方式信号,低位蓄水池水位信号,高位蓄水池水位信号,生活(消防)水池水位信号,生活(消防)水泵状态、运行方式信号至总干一级泵站监控系统公用LCU,从而在总干一泵站监控室实现对清水系统的远方监控。

2 总干一级泵站清水系统存在的问题

2.1 水位计

总干一级泵站高位蓄水池、低位蓄水池和生活(消防)水池均位于泵站山(坡)上,其水位均采用接触式(投入式)水位计测量,水位信号则经电缆传输至PLC控制柜。在雷雨季节,清水系统易遭感应雷击而损毁,因此只能长期采用手动、现地控制方式,导致清水系统一直运行在不稳定、不可靠状态,并曾引起主轴密封水压力不足,致使机组停机的事故。多年的运行情况和维修记录证实,该种水位测量与信号传输方式不适用于引黄泵站清水系统的实际情况,必须进行技改。

2.2 自动控制系统

#1潜水深井电泵自动控制系统所需的深井水位等信号均未接入潜水深井电泵房PLC,因此只能手动控制#1潜水深井电泵运行。加压泵房技术供水PLC与#1、#2潜水深井电泵房PLC进行通信的MB+网已中断,造成加压泵房技术供水PLC无法将低位蓄水池水位信号下传至潜水深井电泵房PLC,也无法接收潜水深井电泵房相关信号并上送至监控系统公用LCU,因此无法实现自动控制及远方监控功能。

3 改造方案

方案一:采用超声波水位计。该种水位计为非接触式,通过测量声波反射时间来计算水位。它以无线方式来传输水位信号,避免了传输电缆被挖断和雷雨季节水位计遭雷击的问题。

方案二:采用雷达式水位计。该种水位计同样为非接触式,靠测量雷达波反射时间来计算水位。它同样以无线方式来传输水位信号,避免了传输电缆被挖断和雷雨季节水位计的雷击问题。

4 方案实施

在总干一级泵站高位蓄水池安装1台超声波水位计试运行后发现,天气寒冷或降温较快时,超声波水位计探头表面会出现水雾或冰霜,影响测量精度。因此,随后将高位蓄水池的超声波水位计更换为雷达式水位计。雷达式水位计采用太阳能供电方式,并在其安装处设置避雷针等防雷设施,因此改造后的清水系统自动监控系统包括太阳能供电系统、雷达水位计、无线数据传输模块和避雷针。

恢复MB+网连接,通过MB+网实现潜水深井电泵房PLC与总干一级泵站加压泵房技术供水PLC之间传输潜水深井电泵相关信号及低位蓄水池水位信号的功能。由此可保证潜水深井电泵在低位蓄水池水位下降时能自动补水,到达指定水位后自动停止;在深井水位较低时,潜水深井电泵能自动停止,以防因缺水而烧损;所有水位信号及故障信号、起停信号通过总干一级泵站加压泵房技术供水PLC上传至监控系统公用LCU,恢复清水系统的自动控制及远方监控功能。

为提高系统运行可靠性,在总干一级泵站的高位蓄水池、低位蓄水池、生活(消防)水池分别加装1套浮子式水位计,其与雷达式水位计共同组成水位测量系统。浮子式水位计以开关量的形式将报警水位信号送入清水系统(开关量同样采用无线方式传输)。在雷达式水位计和现有控制单元PLC发生故障后,浮子式水位计可控制清水系统加压泵继续工作。开关量参与控制的回路与PLC所控制的回路相互独立,仅作为PLC控制回路的后备。这2个回路可自动切换,并对PLC故障或浮子故障报警。正常情况下,以雷达式水位计采集的模拟量控制系统为主用,浮子式水位计采集的开关量控制系统为备用。

5 技术指标

水位计、无线传输装置、太阳能供电系统需满足的技术指标:所有设备要求能全年不间断运行;设备安装于户外,环境温度范围为一30～38℃;水位计测量精度为±1cm;水位计测控仪最终输出4～20mA的模拟量至清水系统自动监控系统;无线传输装置传输数据可靠,传输距离在5km左右,转换精度需达到0.5%;太阳能供电系统能保证水位计及传输设备可靠工作,并需加装防雷击装置。

6 结束语

小型泵站监控的无线数据传输系统 篇4

关键词：泵站,监控信号采集,无线数据传输

0引言

目前, 装机容量1 000 kW 以下的小型泵站在农田水利、防洪排涝中占有相当大的比例, 若采用传统的单机控制和集中控制方式, 运行管理成本较高。装机容量在100 kW以下的小型泵站, 水泵机组分散, 水泵的起停、水位、流量、温度、转速等运行参数大多靠人工手动操作来完成, 信号采集不准确、人工值守成本高。因此, 实现泵站运行过程的自动监控成为泵站改造的当务之急, 泵站监控信号和无线数据传输是泵站实现监控的关键问题。本系统是以PC机与无线数据传输模块作为中心控制, 设计了丰富的数据采集界面, 实现设备异常报警、数据记录、事件顺序记录、事故追忆等功能。用ARM2132单片机和无线收发模块nRF905构成多个下位机, 将现场采集的监控信号通过数据模块送到中心控制站, 中心控制站对接收到的信号进行判断, 通过下位机发出开停机信号, 由执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制目的, 也可以进行现地操作监控水泵运行, 解决了小型泵站信号采集、远距离控制问题, 降低运行人工费用, 提升小型泵站自动化水平。

1硬件设计

1.1系统总体设计

泵站监控无线数据传输系统结构图如图1所示。主站PC机通过USB接口与PL2303HX连接将USB转为串口通信, 可以方便地利用串口与单片机和无线数传模块nRF905进行通信;下位机由ATmega8完成多点泵站监控信号的采集, 转换后送入单片机ARM2132经nRF905无线收发将数据发送到中心控制站, 由PC机完成数据处理、图表绘制、控制指令的处理。中心控制站可以设定运行程序对泵站进行自动运行和监控, 也可以对接收到的信号进行判断和故障分析, 对下位机发出开停机信号, 由执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制。系统控制模式有两种:一是泵站可在监控系统设定的模式下自动运行;二是能在现地操作界面上直接设置机组的开停机, 两者可以通过现地操作界面进行转换设置。

1.2监控信号数据采集与控制电路设计

泵站监控信号数据采集与检测主要分为模拟量数据和数字量数据两类, 模拟量检测的数据主要有:水位、水泵轴温、电机温度、流量等;数字量检测的数据主要有:水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、功率补偿器工作状态、水泵工作状态等。模拟量输入通过传感器将检测到的连续电压变化信号经转换处理, 送入到ATmega8单片机的ADC端口如图2所示, ATmega8中的ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接, 能够对8路单端电压输人进行采样, 转换精度达到10位, ADC还包括采样保持电路, 以确保输入电压在ADC转换过程中保持恒定。数字量输入通过光电耦合器接入到PB端口。ATmega8单片机可以通过PD端口方便地设置不同的下位机地址, 来区分不同的监测终端。数据收发通过ATmega8的TXD与TXR端口与ARM2132单片机连接。单片机对采集的数据进行地址识别和数据打包后, 通过无线数传模块发送到中心控制站, 中心控制站对接收到的信号进行判断, 并发送开停机信号给ATmega8单片机, 由水泵执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制。

1.3无线数传模块电路设计

根据泵站监控系统小型化、低功耗、数据无线传输安全可靠稳定的技术要求, 选用ARM2132单片机和nRF905模块构成无线收发模块, 电路连接如图3所示。nRF905是NordicV LSI公司推出的一款无线收发芯片, 工作在433MHz的频率上, MOSI、MISO是发射/接收数据的通道;TRXCE、TXE是收/发通道的控制端;PWRUP是工作模式控制端;CSN、SCK为申行接口控制端;CD是接收模式下载波监测信号输出端;AM是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块, 曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成, 无需用户对数据进行受彻斯特编码, 可直接与单片机的串口进行数据收发, 硬件设计和软件编程都变得非常方便, 适用于工业数据采集以及家庭自动化等领域。单片机选用Philip公司生产的ARM2132单片机, 它具有低功耗、低电压 (与nRF905共用同一电压) 的特性, 适合比较复杂的实时监测系统。

ARM2132单片机主要完成对射频芯片通信过程的控制, 另一方面在上位机中通过USB转串口模块与PC机相连, 设计了USB转串口电路如图4所示。选用PL2303HX芯片, 28脚贴片SOIC封装, 工作频率为12MHZ, 符合USB 1.1通信协议, 可以直接将USB信号转换成串口信号, 波特率从75～1228800, 有22种波特率可以选择, 并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位, 实现了TTL电平与PC机USB串口标准电平的相互转换, 可以非常方便地实现PC机与无线收发模块之间的通信;下位机中ARM2132单片机通过TXD0与TXR0端口与ATmega8连接, 实现了泵站数据采集、传输和现地操作控制的功能。

2软件设计

2.1无线收发模块的软件设计

(1) 发射子程序 (如图5所示) 。

①初始化单片机内部参数, 配置nRF905内部寄存器, 并且控制模式引脚使nRF905为待机模式;②单片机通过定时器定时判断是否有数据发送, 没有数据发送时, 继续等待;③当有数据发送时, 单片机控制模式引脚使nRF905为待机模式;④单片机把要发送的数据通过SPI口写入nRF905的发送缓存区, 并且启动发送;⑤当发送完成后, nRF905结束数据传输, 则通过控制使其回到待机模式。

(2) 接收子程序 (如图6所示) 。

①配置nRF905内部寄存器, 并且控制模式引脚使nRF905为接送模式;②等待接收数据, 单片机判断nRF905数据有效引脚DR, 如果被置高, 说明有数据收到;③单片机通过SPI口以一定的CLK读出nRF905内部接收缓冲区数据;

④判断读出的数据校验是否正确, 如果错误, 则清空数据区, 如果正确保存数据。

2.2PC机通信软件设计

PC机软件采用Delphi7来实现人机界面和通信功能, 软件功能框图如图7所示。

(1) 主界面是整个软件的框架, 管理各个功能模块。

(2) 任务配置模块主要配置采集的各个参数, 包括各个终端模块地址, 采集数据的时间间隔等数据。

(3) 数据采集模块是根据任务, 定时发送采集命令, 读取各个终端的测量点数据, 同时把数据提交给数据库控制模块, 保存数据。

(4) 数据查询模块主要是根据用户要求从数据库中读取数据, 实现数据和图表显示, 同时负责统计数据的功能。

(5) 通信模块是负责把通信命令通过串口发给无线收发模块。

(6) 控制模块负责分析采集来的数据, 当采集的数据值超过用户设定的限值时, 控制模块自动发送停机指令, 也可用户手动控制。

3结语

小型泵站监控的无线数据传输系统, 具有造价低廉, 可靠性高, 能耗低, 适用于各种环境条件下运行等优点, 并且在系统硬件组成不变的情况下通过更改软件设置来适应多种监控运行方式的需要, 可广泛应用于水文检测、灌溉排水、小型水电站远程监控等领域, 在小型泵站实现无人值守或半无人值监控系统中, 具有广阔的应用前景。

参考文献

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[2]张西良, 丁飞, 张世庆, 等.温室环境无线数据采集系统的研究[J].中国农村水利水电, 2007, (2) .

[3]吕跃刚, 高晨辅, 范俊峰, 等.基于nRF905无线数传模块的设计及其实现[J].微计算机信息, 2006, 22 (11-2) .

金陡泵站自动化监控系统 篇5

佛山市顺德区大良金陡泵站工程位于顺德第一联围南线中部、金陡涌与顺德支流的汇口处,属麻江~桂畔海排灌区。本工程兴建的主要目的是,提高区内的电排能力,减少洪涝灾害。泵站采用2台1700ZXB10-3.5型斜式(斜300)轴流泵机组,配套电动机为斜式高压同步电动机TXZ600-24,单机功率为600k W,泵站总装机容量1200k W。根据顺德水利信息化建设规划要求,本泵站工程为大良镇水利闸(站)群监控工程项目的主体工程之一,采用微机保护和微机监控系统。微机保护和微机监控系统立足于高起点、高标准,按照“无人值班、少人值守”的原则和要求进行设计,综合利用自动化控制、微机保护、图像监视和计算机网络、通信技术,建立先进的自动化监视和控制系统,以提高本工程的安全性、可靠性,充分发挥工程效益,促进工程管理的现代化。

2 系统简介

金陡泵站自动化监控系统主要包括:计算机监控系统、微机保护系统、图像监视系统,以及其他系统如供电系统、对时系统等共同组成。

其中计算机监控系统是泵站工程自动化监控的重要组成部分,完成泵站工程主要设备的运行信息采集和重要流程的控制。其采用分层分布式的开放式结构,分为集中监控层和现地监控层。

集中监控层位于泵站控制室,采用100Mbit/s快速以太网络技术,TCP/IP网络协议,组成开放的计算机网络系统。其主要监控设备包括操作员工作站(计算机),一台网络交换机,一台网络打印机,一对光端机,一套GPS时钟系统及语音报警系统。操作员工作站由两台计算机组成,它们既是系统服务器,又是操作员工作站,对整个工程计算机监控系统和数据库进行管理,具有在线或离线计算、各种图表、曲线的生成,以及事故、故障信号分析处理等功能。运行值守人员通过图形化画面,进行整个工程运行监视、控制和数据库报表管理。它们的工作方式互为热备用,即两台主机系统同时工作。当主用机发生故障时,备用机的数据库具有对故障系统相同的内容且继续对过程作数据登录,并且对以前登录的数据具有完全的访问权限,一旦主用机恢复正常,就可以自动地进行数据同步,切换过程无扰动。网络交换机通过光端机与大良水利闸(站)群监控中心联网,接口速度100Mbit/s,接口协议为TCP/IP。网络和传输设备保证泵站工程的所有数据及控制信号和图像实现实时的高速传输,满足大良水利闸群监控中心对泵站工程进行监视和控制的要求。

现地监控层包括三套LCU控制柜,其中一套机组LCU控制柜,两套公用LCU控制柜。LCU控制柜与集中监控层(控制台)的网络连接采用超五类屏蔽双绞线以太网连接。系统传输协议为TCP/IP,开放性好,可根据需要随时扩展。以太网的传输速度为10/100M自适应,并行采集数据,保证数据的实时性和可靠性。LCU柜的DC24V电源由柜内的24V开关电源供电,柜内用24V开关电源,需要一主用一备用,实现电源系统的冗余,提高系统的可靠性,而且PLC模块供电与CPU供电分开,减少相互之间的干扰。机组LCU控制柜对同步电动机及水泵、励磁装置、防洪闸启闭机、清污机、冷却润滑水(供水)系统等的数据采集和控制。公用LCU控制柜对10k V进线、母联、站用变、低压进线、排水系统、供水泵等的数据采集和控制。它们都由PLC数据采集控制单元组成。PLC与微机保护装置及励磁装置等均采用Modbus-RTU通讯协议。

微机保护系统是自动化监控的核心部分,保护设备的可靠直接关系着系统的可靠性,对泵站工程重要设备运行的安全性起着至关重要的作用。微机保护系统的微机保护装置及相关中间继电器安装在被保护设备的高压开关柜上,分别对2回10k V进线、1回10k V母联、1台站用变、2台高压同步电动机进行测量和保护。电量值(电压、电流等)、机组的温度量(PT100)通过保护装置以RS485或RS232端口采用标准的Modbus RTU通讯协议采集到LCU中。微机保护中事故和故障报警状态的采集通过硬接点接入LCU中PLC的中断快速模块中,在发生危险时,不只是微机保护系统动作或发信号,PLC根据运行情况也做出相应的处理。

图像监控系统作为计算机监控系统的辅助手段,为操作员掌握设备运行操作提供了更加直观的工具。金陡泵站图像监视系统是由2台互为备用的显示屏、1台矩阵控制系统、1台硬盘录像机、1台控制码转换器、1台控制键盘以及10个监控摄像机组成。操作人员可以通过显示屏和控制键盘操作监控摄像机进行全方位实时监控,也可以通过主计算机调取硬盘录像机中的视频进行分析。闸(站)群监控中心也可以通过光端机组成的网络进行远程监控。

金陡泵站自动化监控系统的结构如图1所示。

3 PLC

PLC作为整个监控系统的核心,所有信息都是在PLC集中后送给上位机的,所有上位机的操作命令都是PLC来最终实现的。由于本泵站工程目的是防汛排涝,所以对通信、安全稳定性有着较高的要求。在通讯方面,由于集控层和现地层交换采用TCP/IP方式,现地层设备(闸门、水位、启闭机等)采用总线型通信,设备较多,所以本工程采用一种通用型协议。同时,通信网络如连接通信设备较多时,当通信速度减慢而导致监控刷新速度慢,这就使运行人员得到的设备信息相对滞后,影响监控效果,在允许的范围内,PLC能提供更多的总线通信口。在安全稳定性方面,PLC作为整个系统中的监控者,不仅要对其他被监控设备进行监控,对其自身的运行状态也要检测,避免PLC失效而造成事故扩大。在设备事故或故障发生时,要求PLC具有快速处理能力,在尽可能短的时间内解除故障,并根据故障性质做综合处理。本工程选用的是SCHNEIDER公司的PREMIUM系列的PLC。主要因为SCHNEIDER公司推出的模块级处理中断功能较突出;PREMIUM系列的任一款PLC中至少可以提供7个串口,以便数据通讯更及时;其采用的MODBUS协议为完全开放式协议,对于二次开发十分有利,同时支持MODBUS TCP/IP的组态软件及第三方软件也众多,便于在上级调度中心进一步使用综合性网管软件来进行整合。

4 组态软件

人机操作界面是由组态软件构造的,所以其必须操作方便且稳定安全,本工程采用i FIX软件进行组态。i FIX支持多种图形格式,其追加的图形库内容丰富,能方便组建操作员熟悉的操作界面;i FIX提供多种数据类型以及现成的功能块,界面功能能快速方便地实现;i FIX是基于结点的,寻找节点名不必人工设定,是第一个完全基于Client/Server的HMI软件,具有C/S架构软件的所有功能,可以监视远程节点的所有数据点而不用增加任何的Tag,可以在线增加、修改、删除远程节点中的数据库点,真正实现远程组态;i FIX基于组件对象技术(COM、DCOM),几乎针对工业应用的所有硬件都有接口,而且应用上稳定性好;i FIX还带有SQL语言,全面支持ADO、RDO,所以对于常用的办公软件如Office97/2000以及一般的数据库软件如SQL Server、Access、O-racle、Fox Pro等都能很好的访问和操作;i FIX采用硬件狗的加锁方式,能提供更稳定安全的操作环境。

5 微机保护

微机保护装置选用美国GE系列微机保护产品。该型微机保护系统具有跳闸和报警准确、故障录波、顺序记录、故障报告、自动检测、参数整定和修改功能。保护装置的监控软件ENERVISTA具有良好的兼容性、准确性和可靠性。全中文界面,是目前唯一一种支持全中文界面的进口微机保护产品。微机保护装置安装在10k V进线、母联和站用变10k V高压侧保护及各机组上,采用标准的Modbus RTU通讯协议,通过RS485分别直接与公用PLC、各机组PLC进行总线通信和DI点的输入转换,并通过通信口向各PLC传输保护相关数据,包括事件记录、故障报警、事故录波、电量和非电量(温度)采集等,从而实现监控系统对保护模块的直接管理,且能保证信号的正确、可靠、实时。

6 图像监控主机

在图像监控系统中,图像监控主机的性能尤为重要。目前比较常用的有PC式工控DVR同嵌入式硬盘录像机。相对于嵌入式硬盘录像机而言,PC式工控DVR的系统庞大,指令复杂而不公开,文件系统容易丢失,严重影响系统稳定性和处理速度。出于本工程对图像监控系统稳定性要求高的考虑,采用嵌入式RTOS操作系统的POS-Watch视音频硬盘录像机。其数字化的CCTV矩阵设计模式,通过局域网可传输广播级图像。单机实现双向传输,通过IP网络可进行远程图像监控;实现一点对多点及多点对一点浏览,具有全面的安保功能;可切换编解码操作。可达到更高的清晰度,更高的帧数。

7 结语

金陡泵站自动化工程的建成,实现了“无人值班,少人值守”的目的。操作人员只需通过视频实时监控,就能准确得知现场的水位情况,并通过计算机及时控制防洪闸及排水泵的开关,极大地优化了泵站运行的运行和管理,改善了操作人员的工作条件。

摘要：介绍了由计算机监控系统、微机保护系统、图像监视系统、供电系统以及对时系统等共同组成的金陡泵站自动化工程,并进一步介绍了PLC、组态软件、微机保护装置、图像监控设备等关键技术。该监控系统可实现对现场水位的视频实时监控,并通过计算机及时控制防洪闸及排水泵的开关。

浅析泵站自动化监控系统的应用 篇6

1 系统目的

通过对泵站的有序控制, 将泵站运行的设备、电力、水位等实时信息采集到中控室, 进行远程监控;并在局域网内计算机上进行浏览。泵站自动化系统由计算机监控系统、微机保护系统、多媒体工业电视系统以及网络通讯系统组成, 主要实现对水闸、水泵机组、配电系统、进出水池、直流系统、消防系统、技术供水系统、液压系统及其它泵站运行重要部位与关键对象、参数进行有效监视、监测, 并做到必要数据、图像、指令的上传和接收。

2 泵站综合自动化系统

2.1 设备配置

泵站的综合自动化系统主要由以下设备构成: (1) 主控站计算机监控设备; (2) 现地控制单元 (PLC) ; (3) 上下游水位计及快速闸门开度仪、通航水闸; (4) 微机保护装置 (含线路保护、电机保护、主变保护) ; (5) 多媒体工业电视系统; (6) 网络通讯装置。

2.2 系统体系结构

计算机网络:将位于各个区域的本地监控集中起来构成完整的区域监控系统, 通讯线路可以按照现场环境决定, 光纤传输能满足数据和图像的传输。一套PLC对一个或者几个监控对象的监测与控制, 数套PLC现场的水泵、闸门、保护设备、供电系统的监测与控制最后集中连接到本地的网络交换机。视频监视是一个独立的系统, 实现现场关键对象的视频监视, 完成远程控制的必备条件。

监控对象位于层次结构的最下层, 主要为监控、监测的设备, 由水泵、闸门、配电设备、水位/流量、安防等组成。位于控制对象的上层为仪表设备, 对于水位的监测是通过水位仪来完成的, 闸门的开度是通过闸门开度仪来实现, 软启器保护、水泵状态信号, 这些设备有标准的接口 (如4mA~20mA等) ;视频部分为硬盘录像机完成摄像机的信息编码、压缩、转换以及转送等等。

控制层实现对监控对象的控制, 包括命令的解释、执行以及保护, 控制层相对比较关键, 尤其是对机电设备的保护控制相当重要, 所有设备的控制逻辑均在控制层完成, 即PLC控制柜。视频部分的控制在硬盘录像机中。

交换层即网络通讯系统, 有各个LCU端的网络交换机实现, 所有交换按照编程时指定的IP地址完成。

应用层是监控系统需要达到的目的, 与一体化监控平台iCentroView密切的结合从而实现统一集中监控与调度管理。

2.3 系统功能

泵站自动控制系统应具备如下功能:数据采集与处理;运行监视和事故报警;调节与控制;通讯数据等。

(1) 数据采集与处理功能。

将现场设备的各种运行参数和设备运行状态通过I/O通道或现场总线采集到LCU, 经过必要的数据处理后形成各类实时数据。对模拟量输入、开关量输入、保护事件、温度量、电气量进行数据采集和处理。具体功能包括: (1) 具有硬件和软件滤波功能; (2) 数据有效性、合理性判别; (3) 连续量的越复限和离散状态检查; (4) 报警及事件的登录; (5) 事故时, 有语音报警、多媒体工业电视联动、自动录像。

(2) 运行监视和事故报警。

运行过程中的自动保护功能包括: (1) 运行实时监视; (2) 参数越限报警记录; (3) 事故顺序记录; (4) 故障状态显示记录; (5) 事故追忆及相关量记录。

(3) 控制与调节。

(1) 控制对象:水闸、水泵、低压电气设备等。 (2) 控制方式:当控制方式切换到计算机控制为主方式时, 集控中心值班人员通过主控站工控机人机接口对设备进行监控, 主要有:自动完成泵闸启闭和开、停机;电气设备开关合/分操作;各种整定值和限值的设定;各种辅助设备的操作;各种信号处理;其他与业主商定的功能。 (3) 泵组顺序控制:当泵组开、停机指令确认并下发后, 计算机监控系统能自动推出相应机组的开、停机操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况, 当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。机组的开、停机操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统能自动识别在不同方式下的开、停机操作要求并作出响应。 (4) 泵组辅助设备及全厂公用设备手动控制及启、停或开、闭手动操作。 (5) 闸门顺序控制。当闸门启、闭指令确认并下发后, 计算机监控系统能自动推出相应闸门启、闭操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况, 当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。闸门启、闭操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统能自动识别在不同方式下的启、闭操作要求并作出不同的响应。

控制与调节对象主要为水泵、闸门以及户内变电所的电气设备。当控制方式切换到计算机控制为主方式时, 控制室值班人员通过工控机人机接口对设备进行监控, 应能完成以下内容:按给定流量自动完成开闸、关闸操作;按给定开度自动完成开闸、关闸操作;闸门运行过程中遇到意外情况时在监控主机以及现地进行急停操作;电气设备开关合/分操作;各种整定值和限值的设定;各种辅助设备的操作;其他必要功能。

对采集的数据与检测事件进行在线计算, 打印输出各种运行日志和报表。在线显示实时图形, 使值班人员对运行过程进行安全监视, 并通过控制室计算机键盘在线调整画面、显示数据和状态、投退测点、修改参数、控制操作等。画面显示是计算机自动控制系统的主要功能, 画面调用将允许自动及召唤方式实现。

设备状态维修的指导除了正常地监视各类设备的运行状态外还要具备设备的维修指导, 达到指定的参数时给出提示, 使设备的维护更科学。当各画面出现进行操作时语音提示, 发生事故和故障时用准确、清晰的语言向有关人员发出报警。

(4) 通讯数据。

将有关数据、信息送往上级部门;接收上级部门下发的各种命令;提供通信协议文本, 负责接口配合工作。计算机与设备的数据通信;计算机与各设备之间的数据通信, 其原则是速度快、数据处理能力强、安全可靠性高。

3 结语

随着我国科技水平的大力提高, 如何合理地利用泵站现有资源, 更加经济有效地实现泵站自动化系统变的尤为重要。

摘要：泵站是水利枢纽工程的主要设施, 泵站设施为城市防洪排涝和农村引水排灌起到关键作用。随着我国经济建设和科技水平的大力提高, 对水利设施和水环境提出了更高的要求。而城市排水泵站也需要进一步提升自动化设施水平, 实现泵站自动化监控和集中调度管理。

泵站监控论文 篇7

近年来, 各大城市都不同程度的出现内涝、洪水等灾害性天气, 加强城市防洪排涝系统建设成为各地政府多年来基础设施建设领域的重要工作, 其中城市防洪排涝泵站就是防洪排涝系统的重要一环。 如何提高防洪排涝泵站的运行效率, 减少运行设备故障, 降低运行维护成本成为水利工作者的重要使命。 随着工业自动化技术的发展, 基于PLC监控系统更广泛的应用于城市防洪泵站中, 一定程度上较好的解决了以上问题。 文章以浙江某泵站为例, 介绍了一种泵站监控系统的设计。

1 工程概述

该泵站工程枢纽主要由一座30m3/s单向泵站和两座节制闸组成。共装设主泵3 台, 配套电动机额定电压10k V, 功率280k W。泵站供电电源电压等级为10k V, 设站变一台, 10/0.4k V, 315k VA。监控对象包括3 台单向主泵、8 孔节制闸闸门启闭设备 ( 螺杆启闭机) 、6 台工作闸门启闭设备 ( 液压启闭机) 、清污设备 ( 3 台回转式清污机, 1 台皮带传输机) 、排水系统 ( 2 台渗漏排水泵、2 台检修排水泵) 、技术供水系统 ( 2 台循环供水泵、2 台冷却供水泵、2 台自动滤水器) 、消防供水系统 ( 2 台消防供水泵) 、10k V高压开关柜微机保护装置、站用变微机保护装置、直流系统设备等。

2 系统结构设计

该泵站工程采用以计算机监控系统为基础, 以必要、简单的常规监控作为辅助和备用监控手段的监控方式。 通常情况下, 设备的运行监视和控制在中控室的主计算机上进行, 同时中控室设有能实现在紧急情况下停机、跳闸操作的按钮。 各PLC通过人机联系终端液晶触摸屏实现对所监控设备进行监视和控制。各系统的现地控制柜上还设有必要简单的信号、 控制开关以及操作按钮, 以实现设备的现地监控。

计算机监控系统拟采用分层分布式结构, 由主控级和现地控制单元级组成。主控级设备由两台互为备用的操作员工作站和必要的外围设备组成, 布置在控制楼的控制室内, 并配置有通信计算机, 以便实现远方监控。 现地控制单元级布置在设备现地, 配置如下:泵房内3 台主泵各设一台PLC现地控制柜, 泵站公用部分设一台PLC控制柜, 在水泵和集水井排水泵旁设现地控制箱。 现地单元控制级以可编程控制器PLC为控制核心, 实现闸门开度、水位、限位开关、水泵及其辅助设备运行参数、状态等的采集和处理功能, 接收主控级和现地命令, 进行闸门启闭、水泵及其辅助设备开停控制, 以及对所控设备进行故障监测等功能, 同时将有关信息实时上送主控级计算机。

3 设备选型及功能要求

3.1 主控级设备及功能要求

枢纽主控级由布置于两台监控主机 ( NEMATRON工控机) , 一台通信计算机 ( NEMATRON工控机) , 100M工业以太网交换机 ( N-TRON) 和UPS等组成。为了保证系统的正常运行, 2 台监控主计算机互为热备用, 当监控主计算机出现故障时, 备用计算机将自动接管主操作站的所有工作, 实现监控主计算机所有功能。

两台主机同时供运行值班人员使用, 具有数据计算和处理, 数据库管理, 在线及离线计算功能, 各图表、曲线的生成, 事故、故障信号的分析处理、图形显示、数据报表打印、全枢纽运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值切换、设定与变更工作方式以及语音报警等功能。 全枢纽所有的操作控制都可以通过鼠标器及键盘而实现;通过显示器可以对全厂的生产、设备运行作实时监视, 并取得所需的各种信息, 并易于开发人员进行应用程序的开发和修改。

3.2 现控级设备及功能要求

现地控制单元选用AB公司compactlogix系列PLC, 该系列PLC均带有自检功能, 在故障时自动报警, 以保证系统的安全可靠。 该系列PLC有多种通讯方式可选, 本工程中选用了专用RS485 通讯模块, 该模块支持MODBUS RTU规约。

3.2.1 机组现地控制单元。 每台机组配置1 面机组PLC控制柜, 布置在泵房现地, 用于机组的数据采集、处理和开停机控制。机组PLC控制柜通过专用RS485 通讯模块, 采用MODBUS RTU通讯协议完成与机组开关柜的多功能仪表的通讯。 水泵、电机的各种自动化元件如压力变送器、温度传感器、电磁阀、示流信号器等经现地端子箱转接后引入机组PLC的I/O模块。 在控制柜上设置硬布线的紧急停机按钮, 以便在机组PLC故障的紧急情况下使用。

3.2.2 公用设备现地控制单元。 枢纽设置1 面公用设备PLC控制柜, 用于全部公用设备的监控, 包括技术供水系统、消防供水泵、渗漏排水泵、检修排水泵、清污机及皮带机、10k V及400V开关设备等。 公用设备PLC通过Modbus方式与供配电系统保护测控装置、直流电源装置、智能测量仪表、UPS的通讯。 将继电保护系统的重要节点信号, 以硬节点方式接入公用PLC, 以确保部分网络出现故障时, 重要信号仍能通过公用PLC上传至主控单元。同时, 在技术供水系统、消防供水泵、渗漏排水泵、检修排水泵、清污机及皮带机设置现地控制箱, 以实现硬接线方式启停, 并允许远控、运行、故障、电源状态等信号以无源空接点方式送给公用PLC。

3.2.3 液压系统现地控制单元。 枢纽3 台机组出水流道的6扇事故闸门和6 扇拍门共用一套液压系统, 设置1 面PLC控制柜。 工作门液压系统设置2 台30k W油泵 ( 一主一备) , 采用软起动器一拖二起动。 软启动器具有MODBUS通信接口与PLC实现通信。 控制柜上设有触摸屏, 可直接通过触摸屏对液压系统进行监视和操作。每扇闸门采用2 只液压油缸启闭, PLC可实时监测2只液压油缸的行程并进行同步控制。 同步控制方式为根据两油缸行程差控制比例调速电磁阀进行纠偏。

3.2.4 节制闸现地控制单元。 节制闸室现地设置两套节制闸PLC柜, 分别控制4 台螺杆式启闭机, 共控制8 台螺杆式启闭机。PLC对开启程度、启停等进行控制。

4 主要功能及特点

4.1 主要功能

4.1.1 主控级功能。 主控级设备在中控室内, 主控级负责协调和管理各现地控制单元的工作;收集有关信息并作相应处理和存储;对被控对象进行安全监视和控制;完成系统自诊断及对外的通信联络、软件开发等等。 监控主机是全站集中监视和控制的人机接口, 可实现实时图形显示、报警和事件的发布、各种报表显示和打印、系统自诊断信息显示等。

4.1.2 现地控制单元功能。 各现地控制单元分别采集、处理和显示各机组、 公用设备及闸门液压系统的电气量和非电气量, 并根据需要实时上送主控级;可对状变、越限、运行过程、PLC的异常等进行监视;对机组的开/停、开关的分/合、各公用辅助设备的投/退、电磁阀的启/停等进行控制;具有自诊断功能并可完成与主控级和现场设备的通讯等。

4.2 系统特点

( 1) 大量采用网络通讯技术, 尽量采用同一厂家、同一系列的数字化主、辅机控制保护装置为网络通讯的顺利实施奠定了坚实的基础, 避免了各种不同型号、不同系列的PLC和测保单元使用各种不同的规约, 不需增加规约转换的硬件和软件接口, 从而提高了通讯的可靠性和实时性, 为网络通讯的顺利实施奠定了坚实的基础。[2]每个设备之间均互相独立, 局部故障不至于影响整体网络工作。 并且, 每个接入设备都具有特定的功能, 以实现功能独立分布和就地分布。[3]采用工业级交换机, 采取了较商业交换机更为严格的防静电、防电磁干扰、防震动等措施, 更适应工控场合恶劣工作环境和条件, 平均无故障时间不小于17 万小时。[4]由于泵站地处多雷地区, 系统采取多项措施以提高系统防雷击、抗干扰的能力, 例如:电源防雷, UPS的AC380V电源进线、PLC的AC220V电源两侧均设置电源电涌保护器;网络防雷, 现地控制单元与下层设备之间的通讯网络配置网络信号电涌保护器;模拟量信号防雷, 如进、出水池水位信号和栏污栅前、后水位信号 ( 4~20m A) , 视频信号等设置模拟量信号防雷器;光电隔离和电气隔离, PLC的输入模块采用光电隔离技术, 输出信号通过光电隔离输出模块经中间继电器电气隔离后再到现场设备。

5 结束语

本工程中, 通过监控系统设计, 泵站泵组的自动运行严格按照计算机监控程序执行, 在泵组及辅助系统的控制柜PLC中均有设备故障的显示, 在控制室的计算机内也可以了解到各设备的运行情况。 监控系统的应用, 使得能够确保泵站安全可靠地运行, 同时提高了运行维护的效率, 降低了运行维护的成本。

参考文献

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[3]王瑞.基于PLC的立交桥排水泵站自动控制系统设计[J].机械工程与自动化, 2009 (2) :135-137.

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泵站监控论文 篇8

姚坊泵站设有4台10kV同步电机(装机总容量为3 600kW),1台800kVA站用变,1回10kV进线。改造前,姚坊泵站采取人工现场手动分散控制方式,值班人员工作环境差、劳动强度大;控制、保护、测量及信号系统磨损、老化严重。随着计算机工业控制技术的发展,可编程逻辑控制器(PLC)的日益广泛运用,PLC取代传统继电器实现控制成为必然,因此采用PLC对泵站监控系统进行改造。

1 PLC采集的信息收集

1.1 I/O信号采集内容

姚坊泵站PLC的I/O信号按类型主要分为开关量、模拟量和RS-485数据等。

(1)机组模拟量输入:供水压力、线圈温度、铁芯温度、轴承温度、快速闸门开度等。

(2)机组开关量输入:快速闸门开闭、电磁阀开闭、开关合分、排水开关、风机正常等。

(3)机组开关量输出:主开关合跳、排水泵开关、风机开关、电动蝶阀开关等。

(4)公共信号模拟量输入:前池水位、高压柜电压/电流、低压柜电压/电流。

(5)公共信号开关量输入:高压柜开关合分、低压柜开关合分等。

(6)公共信号量输出:高压柜开关合跳、低压柜开关合跳等。

(7)RS-485数据:定子电压/电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、母线电流、电机保护(过流、过压、过负荷、励磁消失等)、高压线路保护(速断、过流和过负荷保护)、定值输入等。

1.2 计算各类型参数点数

计算各类型参数点数是为了统计各类模块的数量。计算各类型参数点数时,一般按类型进行统计,对于公共信号和机组信号可分别进行统计,见表1。

2 PLC系统配置

2.1 系统硬件配置

姚坊泵站参数较多,选用了Modicon TSX Premium57PLC。PLC程序可在编程器上或PC机上进行编写,编程方式有指令码编程和梯形图编程。此处选用在PC机上用梯形图进行编程的方式。配置PLC硬件时,选取相应机架、CPU、电源模块、开入/开出模块、模入/模出模块等。完成PLC硬件配置后,各机架和模块都有了自己的位置编号,机架从左到右分别为0、1、2…8。编号的目的是为了辨别各模件的地址,以方便编程时对相应的点号编码,从而便于识别。

2.2 系统软件配置

系统软件配置的主要作用是对开关量输入、开关量输出、计数器、模拟量输入、RS-485数据等进行必要的设定,以满足编程要求。开关量输入如图1所示。

进行梯形图编程时,把%IO.3.0.0作为一个开关量输入点,其中%IO代表开关量输入,3代表#3槽位,0.0代表输入模块硬件的具体输入点,如接1号点的位号为1.0。输入点读入后,把它赋值给PLC内部寄存器。编程时,寄存器用%M表示,%M后的数字代表第几个内部寄存器,%M1即为第一个内部寄存器。

3 泵站开停机控制流程

3.1 泵站开机控制流程

泵站开机前,需确保没有电气故障(主要通过保护装置反映),各部分温度适合开机,油位、励磁正常。在确定开机条件满足后,通过LCU调试键启动快速闸门;待闸门开到位后,使冷却风机运行,冷却水电磁阀打开。以上步骤都完成后便可开泵运行。泵站开机控制流程如图2所示。

3.2 泵站停机控制流程

泵站停机一般控制流程如图3所示。先发停泵指令,LCU控制断路器分闸,关闭供水泵、冷却风机、节制闸门,最后在无负荷时停机。

4 泵站抽水量算法及控制策略

4.1 水泵的工作特点及抽水量算法

根据水泵的性能曲线,水泵的总抽水扬程H与其抽水流量Q间有一定关系,即:

水泵要把水送到某高程,不仅需要提升净扬程,还要克服管路阻力。水泵需要扬程H需的表达式:

式中,H净为水泵抽水的净扬程;S为进出口流道的阻力参数。

水泵需要扬程曲线与水泵扬程-流量性能曲线的交点为水泵的实际工作点,即:

H净亦为水泵抽水时进出口的水位差,在实际中相对容易测算。式(3)可转化为:

由式(4)可推算出流量计算曲线,如图4所示。

根据图4,采用直接线性插值法可得出需要的流量为:

式中,Qa为所求的流量;H*为当前的水位差。

求出流量后,可计算出抽水量:

4.2 控制策略

排灌泵站排水时,水泵的控制系统基础模型为:

式中,A为管网(管道和泵站前池)中驻留水水面的有效面积;dh/dt为进水池水位的变化率;Qmt (t)为流入管网的当前流量;Qm(t)为泵站当前出水流量。

模型中,A为管网参数,与水位、管网结构有关,很难掌握确切值;Qm(t)也是随机变量,因此,仅以式(7)作为控制依据是无法实现闭环控制的。当引入管道的流量与管道充满度具有定量的对应关系(即Qmt(t)=B·h(t))后,有:

式中,B、C为常数。

利用水位h(t)实现闭环控制可达到快速逼近和跟踪来水流量的目的。对于泵站水泵,根据工艺理论,管道充满度与流量具有一定的对应关系,因此按进水管口径和抽水电机数设定水位标高。以4台抽水电机为例,当水位在H1时,管道充满度对应的管道流量等于1台水泵的流量,此时开启#1水泵(运行1台水泵);当水位达到H2时,管道充满度对应的管道流量等于2台水泵的流量,开启#2水泵(运行2台水泵);当水位到达H3时,开启#3水泵(运行3台水泵);当水位到达H4时,开启#4水泵(运行4台水泵),此时泵站达到预期的满负荷运转。反之,当水位降到H3时,关闭#4水泵(运行3台水泵);当水位降到H2时,关闭#3水泵(运行2台水泵);当水位降到H1时,关闭#2水泵(运行1台水泵);当水位降到H0时,关闭#1水泵(水泵全关)。

5 结束语

姚坊泵站采用PLC进行控制后,不仅提高了设备监控的可靠性,而且使得设备的检修维护十分方便快捷,大幅提高提高了泵站的综合自动化管理水平。

参考文献

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