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安科瑞 陳聰
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(jiān)控等問題,提出城市系站遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)參考模型,闡述了城市泵站遠程監(jiān)控親統(tǒng)的結構體系、開發(fā)思路、泵站現場拉制時象及設計、監(jiān)控中心設計、監(jiān)控中心和各泵站通信、開發(fā)工具及監(jiān)控軟件設計等技術及要求。并扼要分析建立泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)產生的效益。
關鍵詞:城市泵站 遠程監(jiān)控系統(tǒng) 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、排污泵站主要分散于城市城區(qū),進郊區(qū)及遠郊區(qū)。生產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制;也有少數地區(qū)實現了幾個泵站、*多幾十個泵站的遠程監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng);有的選用的技術及設備陳舊,穩(wěn)定性差;有的泵站信息不能上傳,不能實現遠程監(jiān)控等。這些都有待于采用更先進的,成熟的技術和設備加以改造完善,實現所有泵站的自動監(jiān)控。本文提出建立泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控中心負責泵站生產運行的監(jiān)測監(jiān)控,并通過有線和無線的方式實現監(jiān)控中心和各個泵站信息的交換傳輸。具體介紹如下。
2.1泵站生產流程及控制監(jiān)測點
泵站工藝流程如圖2所示,泵站自動控制流程如圖3所示。從圖2、圖3可知,自動控制系統(tǒng)設計模型考慮了泵站生產控制的可能環(huán)節(jié)。包括入水流量和出水流量;集水池液位;集水池格柵前后液位差;集水池格柵前后液位差報警;泵站的設備運行狀態(tài),包括:每個泵的電機運轉情況,啟/停狀態(tài)、電機溫度、電機工作電流和電壓;軟啟動器的工作狀態(tài);變頻器的工作狀態(tài);流量計、液位計、液位差計、浮球液位開關、溫度計、電流表和電壓表等的維護狀態(tài);直接下達實時控制指令,控制泵站的運行。
2.2泵站監(jiān)控中心
泵站監(jiān)控中心的作用主要是監(jiān)視和控制遠方各個現場泵站的生產運行,同時將各個泵站運行狀況信息上傳有關管理部門,同時考慮未來工作的可擴展性,應選用以下設備:工業(yè)控制計算機、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、工作臺、文件柜、轉椅,消耗品、大屏幕投影屏、工業(yè)鍵盤等。同時建成網絡系統(tǒng),如圖4所示。
2.3網絡結構及通信
泵站監(jiān)控網絡系統(tǒng)為以太網,可達14/100Mh/,速率,主要由3個子系統(tǒng)構成;監(jiān)控中心網絡系統(tǒng)(如圖4所示),泵站現場監(jiān)控網絡系統(tǒng)(如圖3所示)及各泵站和監(jiān)控中心通信系統(tǒng)。前兩者分別為100Mb/s以及網及10Mb/s以太網.各泵站和監(jiān)控中心通信系統(tǒng)網絡通信方式很多,可只據監(jiān)控泵站的數量、系統(tǒng)所在地的通信條件等諸多因素來確定,主要有兩種類型:①有線:包括光纖.公共數據網PSDN、ISDN、電話撥號等;②無我:包括電臺、微波、擴頻微波及衛(wèi)星??紤]到泵站點多而且分散的特點,采用無線通信方式為佳,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(jiān)控系統(tǒng)軟件
泵站監(jiān)控系統(tǒng)軟件要實現兩個主要功能:一是對下屬各泵站(可擴展)的運行情況進行監(jiān)視、控制;二是對下屬各泵站(可擴展)的日常生產活動進行管理。
(1)計算機監(jiān)控管理程序。實現對PLC系統(tǒng)控制參數的設置;完成對數據采集系統(tǒng)的組態(tài):監(jiān)控生產作業(yè)過程,包括:顯示控制過程畫面和實時數據;顯示系統(tǒng)總體框圖;繪制重要參數的變化趨勢圖;顯示重要設備的工作狀態(tài);歷史數據的統(tǒng)計分析和存儲;輔助管理日常生產業(yè)務,提供決策參考。
(2)事故報警。生產過程中的檢測量超標時,系統(tǒng)自動報警顯示,并通過報警打印機打印輸出,形成記錄文件;生產過程中的自動狀態(tài)下的控制設備發(fā)出故障信號或失去控制時,系統(tǒng)自動報警顯示,并通過報警打印機輸出,形成記錄文件;報警數據自動存儲以備事后分析。
(3)數據存檔和生產報表。系統(tǒng)自動生成日報表、月報表和統(tǒng)計報表,通過報表打印機打印輸出,形成生產記錄文件,并且文檔可由EXCEL進行自定義處理,或用其它工具軟件進行處理;具有時間和事件控制存檔;可與其他Windows程序進行動態(tài)數據交換。
(4)人機操作界面設計。人機操作界面是整個系統(tǒng)與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,整個操作界面為層次漸進風格:*一層為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狀況(正常、超載或關閉)等。*二層為各個泵站的工藝流程畫面,主要顯示信息說明:該泵站的總進水量、出水量及其各個設備的總體狀態(tài)(正常、超載或故障)等,控制窗口提供對該泵站啟動/關閉等控制。*三層為泵站中各個具體設備的工作狀態(tài)、歷史記錄顯示,主要顯示信息說明:集水池:液位、液位報警;粗格柵系統(tǒng):粗格柵前后液位差、液位差報警;細格柵系統(tǒng):細格柵前后液位差、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?;蚬收?,電機報警;軟啟動器:正?;蚬收?,啟/停,報警。控制窗口提供對該設備啟動/關閉及維護等控制。
3.社會及經濟效益
通過建立泵站監(jiān)控中心,實現泵站生產運行的遠程監(jiān)控,預計可產生如下效益:建立泵站監(jiān)控中心,可以實現復雜的泵站工藝流程的安全運轉,減少人為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(jié)約能耗,實現增效;泵站監(jiān)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和運行情況。
4.泵站管理系統(tǒng)
泵站管理平臺由本地保護測控裝置、測量采集儀表、PLC自控裝置、視頻安防、本地控制系統(tǒng)以及區(qū)域泵站管理平臺組成。通過泵站管理平臺可以實現對區(qū)域內泵站的數據采集、運行監(jiān)測、控制調節(jié)、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泵站管理平臺網絡結構示意圖
4.1泵站管理系統(tǒng)(就地部署)
Acrel-2000M泵站管理系統(tǒng)部署在泵站內部,實現對泵站的多方面監(jiān)視、控制和運行記錄,在異常時可及時發(fā)出報警信號,保障泵站運行安全。
泵閘全景圖
泵閘全景圖可以幫助用戶進行多方面的監(jiān)測泵閘多方面的運行狀態(tài),比如內外河水位、節(jié)制閘東西方向的開度、內外側閘門的開度、水泵運行的狀態(tài)以及電流。
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。
節(jié)制閘監(jiān)控
監(jiān)測節(jié)制閘運行狀態(tài),比如閘門開度,是否鎖定解鎖等狀態(tài),同時具備監(jiān)測內外河水位的趨勢、油泵的運行情況。另外在該功能模塊可以實現對節(jié)制閘、油泵的遠程控制功能,并可以進行遠方/就地控制的切換。
水泵運行監(jiān)控
監(jiān)測水泵運行狀態(tài),比如運行、停止、保護裝置故障等狀態(tài),實現對水泵遠程控制、排水引水聯(lián)動控制,在實現遠程控制功能之前將水泵、工作閘門PLC控制柜選擇遠方。排水引水聯(lián)動時,系統(tǒng)將下發(fā)進水閘門打開命令,直至進水閘門全開狀態(tài)。
閘門監(jiān)控
監(jiān)測工作門、油泵運行狀態(tài),比如運行、停止等狀態(tài),在該功能模塊可以實現對工作門、油泵遠程控制。
趨勢曲線分析
可以監(jiān)測電機運行負荷曲線、內外水位曲線等等,幫助用戶分析和記錄運行趨勢。
此外,系統(tǒng)還具備異常報警、報表制表等功能,使管理人員及時了解電站運行情況。
4.2區(qū)域泵站管理平臺
AcrelEMS泵站管理平臺設置在云服務器或者*定的區(qū)域指揮中心,實現對區(qū)域內不同類型泵站的統(tǒng)一監(jiān)控,提高管理效率。平臺具備泵站地理位置顯示、泵站3D展示、電力監(jiān)控、數據查詢、控制調節(jié)、能耗分析、視頻監(jiān)控、報警管理、設備管理、運維管理等功能。數據可通過4G無線專網或網絡傳輸。
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(jiān)視界面。
泵站工藝3D展示
通過2.5D或3D界面實時展示泵站運行狀態(tài),包括電氣數據、管網、水位、閘門狀態(tài)等。
電力監(jiān)控
實時監(jiān)測泵站配電系統(tǒng)運行狀況,包括電氣參數,越限/異常報警等等。
泵站非電量監(jiān)控
平臺可展示泵站變壓器、電機、線纜等關鍵接點溫度,另外可對泵站電機振動、環(huán)境溫濕度、水位、閘門狀態(tài)、視頻、門禁等各種參量,并可設置越限報警。
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,為管理者進行設備能效升級改造提供數據支持。
報警分析
平臺可對區(qū)域內泵站的報警進行分級:普通、嚴重、事故三個級別,并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。
設備檔案及運維管理
平臺針對泵站設備建立設備檔案庫,記錄設備生產廠家、性能參數、維護保養(yǎng)信息,并生成設備二維碼,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。
此外平臺可接入各泵站的照明控制系統(tǒng)、應急照明和疏散指示系統(tǒng)數據,通過平臺進行統(tǒng)一監(jiān)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品選型
5.1泵站電氣設備的自動控制、測量、保護、監(jiān)視、通訊
其內容包括:泵站高壓送、變電系統(tǒng);泵站0.4kV配電系統(tǒng);泵站直流系統(tǒng);電機的綜合保護系統(tǒng)。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,可通過智能網關接入本地監(jiān)控系統(tǒng)或者區(qū)域泵站管理平臺,智能網關具備邊緣計算和邏輯控制功能,可根據現場運行工況進行自動控制。
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泵站及重要輔機系統(tǒng)的自動控制、測量、監(jiān)視、通訊
其內容包括:為主機配套的油系統(tǒng)的控制(例如:水泵葉片調節(jié)壓力油系統(tǒng)、快速閘門液(油)壓操作系統(tǒng)、油系統(tǒng)、齒輪箱冷卻油系統(tǒng)等);為主機配套的氣系統(tǒng)的控制(為真空破壞閥(虹吸式泵站)所配的低壓氣系統(tǒng)、為水泵葉片調節(jié)配套的壓力油及其它氣動工具用的中壓儲能氣系統(tǒng));泵站水系統(tǒng)(為主機組配套的冷卻水系統(tǒng)、泵站排水系統(tǒng)和消防用水系統(tǒng)等)。
5.3各種非電量的自動測量、監(jiān)視、通訊
其內容如下:水工安全方面的位移、沉降、揚壓力、應力等各種監(jiān)測;水文、水位、水情、水量、水質等各種監(jiān)測;各種溫度、濕度的監(jiān)測;絕緣監(jiān)測;各閘門開度、荷重等監(jiān)測。
這些信號均為模擬量和開關量形式輸出,采集信號為4-20mA模擬量信號和開關量信號,這些信號主要PLC裝置采集并進行相應的告警和控制,數據可上傳泵站管理平臺。
為了提高可靠性,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,增加系統(tǒng)的抗干擾能力。
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,并滿足各場所照度要求,應急照明持續(xù)供電時間應不少于30min。
工作場所 | 工作面名稱 | 規(guī)定照度被照面 | 工作照明(lx) | 應急照明(lx) |
泵房間、格柵間 | 設備布置和維護地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 150 | 10 |
高低壓配電裝置室 | 設備布置和維護地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 200 | 15 |
控制室 | 設備布置和維護地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 300 | 30 |
變壓器室 | 設備布置和維護地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 100 | 15 |
樓梯 | 離地0.8m水平面 | 50 | 5.0 | |
通道 | 離地0.8m水平面 | 50 | 1.0 |
表3泵站照明系統(tǒng)要求
安科瑞為泵站提供消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)解決方案。正常工作照明可以采用感應控制、定時控制、遠程控制等控制方式,滿足泵站工作照明要求。應急照明和疏散指示系統(tǒng)提供不少于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制均可接入泵站管理平臺實現集中監(jiān)測和控制。
圖3泵站消防應急照明和工作照明系統(tǒng)
6.結束語
本文針對我國城市泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)建設,提出了城市泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現的手段和技術方法,希望能對我國城市泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)建設提供有益的參考。
【參考文獻】
[1]李啟飛.城市泵站鹽城監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)
[2]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.