1. 泵站监控与信息化系统的研发应用

兴电灌区总干有8座泵站，在各泵站分别建立一个独立运行的计算机监控子系统，采用测控网络“893-EF网络”中的3000系列多主站高速测控产品和一台工业控制计算机构成，“EF 网络”是一个全新的工业现场测控网络系统，采用的监控系统为分层分布式集散结构，由泵站现场监测控制层和调度运行管理层组成。

1.1 泵站现场监测控制层：

泵站的数据采集系统为集散系统结构（DCS），采用分布式总线智能测控网络多主站高速测控前端设备，利用传感探测技术，在原设备上加装温度传感器、超声波液位计、电磁式流量计、位置传感器、继电器等。完成对温度、水位、流量、机组振动、窜动、出水管道压力、电压、电流、功率、功率因数、电量的监测任务，以及完成泵站电气控制设备的隔离刀闸位置、油开关分合判断及控制任务。智能测控前端分别安装在测控对象附近，缩短信号线长度，有效防止干扰和衰减，直接接入电流、电压互感器的二次侧信号,不需要任何电量变送器,减少了中间环节。采用现场总线技术将所有智能测控前端联接起来，经专用网卡接入现场工业控制计算机，完成泵站所有测控点的采集和控制任务。构成单座泵站独立运行的现场监控子系统。

1.1.1传感探测系统

① 泵站机组的过热监测与保护

泵站机组是关键设备，当出现故障时，电机绕组或机组轴承温度会异常升高。在电机水泵的每个轴承座适当部位各安装测温元件，测量轴承温度；在电机铁芯上固定安装测温元件，测量铁芯温度；所有测温元件就近接入相应的EF直流模拟量测量前端，由前端测量其电阻值，经内部运算后在计算机上显示出被测温度值，完成温度数据的采集。采用温度传感器实时监测机组运行温度，当异常情况发生时，可及时采取措施，保护机组正常工作。

② 泵站总提水流量的测量：

泵站提水流量是泵站重要的运行管理指标之一。经过对国内外测流设备和方案研究分析，确定选用精度较高、稳定性好的电磁流量计作为管道测流仪表。每座泵站有两条出水汇总管道，各安装一台电磁式流量计，测量该泵站总提水流量。其转换器输出的标准模拟量（4～20mA）电流信号，经250Ω标准电阻转换成1～5V的电压信号，接入直流模拟量测量前端，采集后进入现场工控机，使实时流量数据上传到信息管理系统。

③ 泵站前池水位测量：

泵站前池水位是泵站运行中的一个重要指标，选用超声波液位计测量，采用非接触式测量方式监测水位的高低。实际安装中采用三线制接线，声波发射强劲，测量稳定可靠。

④ 压力测量：

在每台水泵进、出水口管道上安装压力传感器，监测水泵吸水真空度和出水压力，换算出水泵工作扬程，并实时把握其工况；在阀门控制液压系统安装压力传感器监测其工作压力。

⑤ 电量信息的采集：

采用EF系列交流模拟量采集模块，完成泵站运行电压、电流、功率、功率因数、电量等参数的监测。从互感器二次回路中接入，自动完成电量信息量的采集，实现对系统运行状态的监控、参数统计、故障监测、安全保护、事故追忆等功能。

⑥ 开关量数据的采集：

在高压配电室隔离开关上加装行程开关，用于测量隔离开关的分合位置；油开关分合位置及出水阀开关位置的监测利用原有的辅助接点完成；在电动机高压控制开关柜的分闸、合闸控制回路上分别并联中间继电器，用于现场和调度中心远程控制泵站机组的启停操作。所有开关量输入、输出信号均接入开关量测控前端，检测位置信号，控制机组运行。

⑦ 其它模拟量的采集：

同步电动机励磁电流、控制用直流电流的采集测点加装霍尔直流电流变送器，将直流电流变换成1～5V的直流电压信号，接入直流模拟量测量前端完成采集；同步电动机励磁电压、控制用直流48V/220V电压的采集测点，接入分压电路转换为1－5V后接入直流模拟量测量前端完成采集；厂用电线路上接入380V/100V电压互感器，将380V交流电压转换为100V后接入交流模拟量测量前端完成采集。

1.1.2 EF数据采集系统

“EF”智能测控前端系统可以组成各种灵活的现场测控系统，最基本的网络结构为总线型拓朴结构，并可由此扩展为多个总线结构网络相连接的树型网络结构。它提供从1.25Mbit/s到2Mbit/s的通信波特率选择范围，挂网主站数最多达10台，挂网从站数最多可达240台，基本传输距离500m，最大可达1600m，可以适应各种不同的现场要求。

泵站配置EF智能测控前端，完成现场各类信号的采集、处理传输及各类对象的控制任务。测控前端是一种高集成度的监测仪器，体积小、重量轻、功能强，由计算机通过网络对其进行模式设置或读取测量及运算结果。采用直流模拟量前端，完成对温度、水位、流量、压力的监测任务；采用交流量采集前端完成电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量等监测任务。采用开关量测控前端完成泵站隔离刀闸位置及阀门启闭状态监测、油开关分合判断、水泵机组起停的控制操作及阀门启闭操作、预告信号、保护信号的监控任务。

1.1.3 软件系统

泵站监控站采用Windows 2000 Professional操作平台，监控软件采用Fix7.0工业通用组态软件开发而成。数据采集和控制部分及数据接口采用高级编程语言Visual Basic6.0开发，使用Microsoft Office的宏语言以及Fix7.0历史数据访问技术开发了泵站的管理数据库。

现场数控软件根据要求在数控界面及Fix界面上显示了泵站的主要参数，当数据超过规定的限值时，提供声音报警，供运行人员在监控现场设备的过程中，对设备的当前工况进行准确判断。当数据超过危险限值时，系统自动切断高压供电系统电源，保护泵站设备安全。

泵站监控软件主要实现以下功能：

 数据表功能

利用数据总表、分类表，以物理量表格的形式显示泵站所有的采集数据。

 工艺流程图

显示各个泵站设备的立体图、动态图和平面示意图。

 模拟流程图

将泵站的机电设备、输水系统、建筑物显示，模拟水的流动情况，同时显示每个运行设备的参数，或显示泵站一台机组的整个流程。

 电气主接线图

在泵站电气主接线图上显示每个运行的电气设备的参数。

 实时趋势图

用实时曲线显示所有参数的1 h之内的趋势。

 历史趋势图

显示被采集的参数在任意历史时间段的历史趋势。

 成组画面显示

将相关画面及参数组合显示，以利于分析、比较、判断运行指标。

 操作日志和系统运行日志

记录操作人员的各种重要操作内容、操作时间和系统运行的状况。

 各种报表

实现日报表、月报表的定时生成和存贮；具有机组累计运行台时数统计，机组启停次数统计功能等。

 事故追忆功能

将系统运行中发生事故和故障的时间、位置、事故发生前后有关参数的变化及相关因素详细记录存贮，检查时，可查询记录，判断分析事故，以便于事故的快速处理。

 控制和通信功能

现场数控程序能够根据现调度员的指令结合机组的运行工况执行机组的起、停操作和对数据上传、执行远程控制命令等。将采集到的现场所有测点实时数据上传到调度中心，以供调度人员及时掌握泵站的运行情况。接收调度中心远程控制命令，并反馈现场执行结果给调度中心。

 监控系统安全管理功能

在自动控制操作中，分配操作员的操作权限范围，使用工号口令等，任何非法操作拒绝进入，达到保证操作安全的功能。

 管理功能

管理人员可以通过网络用现场和远程方式，维护整个系统，编辑各类设备运行、测试、监视、锁定等工况，以及修改、检索、显示、打印相关生产管理指标，经济指标等报表；对网络硬件设备及传感变送一次元件进行管理。

 报警一览表

报警一览表提供了整个系统所有参数的报警资料。包括模拟量超限报警，开关量动作报警等。

1.2调度运行管理层

在调度中心建立计算机管理总站（安装工作站两台，互为热机备用），采用光纤通信系统网络将管理总站与各泵站子站联结起来，构成一个整体逻辑上的计算机局域网络，以符合数据信息传输、资源共享的需要。每个子站的计算机通过高速通信接入器接入光纤网络的数据接口，在调度中心按点对多点方式接入各子站的数据接口，再通过高速通信接入器接入局域网交换机，实现调度中心对所有泵站的运行管理和调度控制。

1.2.1 调度管理软件系统

调度系统软件是一个有机的整体，用来支持对整个系统的资源管理，并可实现调度级的数据监测、系统控制等信息处理，同时，调度系统软件也适合网络中任何一台计算机安装使用，安装了调度系统软件的计算机，一旦连上服务器数据库，即可实现数据查询功能，使得系统故障和报警处理更加及时。系统的安全性通过软件本身的保密处理和登录密码加密保护，能得到充分的保证。

调度主机、维护工作站采用Windows 2000 Professional 操作平台，服务器安装Windows 2000 Server 平台。应用软件系统平台使用Fix7.0工业通用组态软件。利用Fix组态软件良好的人机接口，内部图形处理技术和面向对象的编辑方法，可以在线组态，使用方便、简单、易学，在组态的基础上可以定制各种上位机系统画面。

1.2.2 调度数据库系统管理内容

在调度中心采用不同的界面显示各泵站所采集到的各种数据，对各泵站监控点数据实时浏览。通过数据表可显示出相关的运行参数。如电流、温度、水位、流量等，查看机组的运行状态、开关的位置、阀门的位置及各种状态，各模拟图表模拟显示机组状态（如水泵转、停）、高压开关柜状态（隔离开关合、分），模拟仪表屏（显示参数的实际值），也可通过各种图表如直方图、棒状图、曲线图显示实时数据或历史数据。

调度系统的统计功能可实现用电量、供水量、机组累计运行台时数等运行参数的统计。故障报警系统可根据已设定的不同越限值或故障及事故情况分为四个等级报警，以不同的声音提示调度人员。通过历史曲线可查询机组的运行参数的变化趋势，结合其他参数也可查询出系统运行中故障、事故的原因、发生的时间、位置及发生前后的有关参数，为快速分析及处理事故提供支持。报表打印功能可召唤打印，事故及故障随机打印，也可定时打印各种统计报表。

调度中心根据各个泵站实时传输上来的水位数据，结合灌区分配水需求和泵站各台水泵实际运行情况，合理搭配各泵站运行机组，优化运行方式，远程启停机组。

2. 监控系统应用成果

系统集成应用了大量的高新技术（计算机网络与数据库技术、光纤通信技术、现场总线技术、测控技术、探测传感技术等），在原有提水设备和工程设施上实现计算机管理与控制的一体化，是一个典型的用先进技术改造传统产业的示范。实现了兴电灌区高扬程提水泵站远程自动监测控制、达到了少人值守之目的。建成了一个集中管理、分散控制、各部门相对独立、同时又具有整体的高度统一性和连贯性，集远程和本地监控于一体的管理、调度、监控自动化系统。整个系统具有结构简单、运行可靠、兼容性扩展性好，安装维护方便等特点，是一个先进实用，有推广价值的信息自动化管理系统。主要的技术创新体现在：

(1)实现了由不同的信息网络（现场总线为主的测控网络、工业控制以太网络、光纤通信网络、计算机管理信息网络）组成的大型分布式控制系统，系统设计测控范围广、功能强大，实现了整个泵站的调度自动化。

(2)利用先进的测控技术实现了大量信息的采集与设备监控。单座泵站测控点达620点，信息采集点数目多，种类杂。系统采用不同的信息采集单元，完成了复杂的信息测控任务，并用现场总线网络把各个前端单元联系起来，由工业控制计算机进行协调、监控，并与调度中心通信，实时性强，功能完善。测控电路采用全隔离、全浮空的差动输入方式，可靠性高、抗干扰能力强。

(3)根据兴电灌区的调度运行模式、生产及管理逻辑、操作程序要求，应用Fix7.0工业通用组态等软件开发出的综合软件系统，实现数据采集、控制操作与远程管理于一体的信息管理。软件系统切实可行适用，功能强大、可维护性强、平台化设计，结构灵活多变，开放性强、操作简便、易于升级和扩容；支持在线编程，在系统正常运行时，可对某些部分根据需求进行修改编程；监控中心能根据设备增减对前端监控参数进行灵活设置及管理控制；系统容错能力强，支持多种硬件产品不同版本之间可互相兼容；人机界面友好，操作方便、实用。

(4)对原有主控设备的改造设计巧妙、构思新颖，新系统与原有设备结合紧密。所增加的测控单元以及对主控设备的保护单元都是对原有设备的功能的补充和完善，使整个系统虽然没有增加大量的设备和投资，但性能却极大改善，功能更加强大。

结语

兴电灌区采用的泵站监控与信息化管理系统经济实用、技术成熟，解决了多梯级、高扬程电力提水灌溉工程的泵站之间距离远、地处偏僻、交通不便、基础设施相对落后、提水扬程高功率大、调度方式比较复杂等管理方面的问题。实现了对泵站所有状态的监测，有利于及时发现疏漏环节、稳定运行工作点，使泵站在经济高效平稳的工况下运行。实时监测机组的运行、备用、检修状态，开关、隔离刀闸的闭合、断开状态，阀门的开启、关闭状态，电磁控制回路完好、断线状态，信号系统工作状态等；有效防止了机组低效运行，确保泵站效率达到最高，长久保持良性运行状态。使能源单耗由原来的4.695kWh/ktm降低到现在的4.5kWh/ktm以下,年节约电量769万kWh；每年比原来减少渠道和进出水池溢水、事故泄水、故障弃水340多万m3；提高了设备运行效率，方便了调度管理，提高紧急事故的监视和处理能力，保证了输水渠道、建筑物、电气设备的安全运行，提高了电力提灌工程信息化、现代化管理水平。

参考文献：

[1]水利部. 全国水利信息化规划纲要. 2001.

[2]邢建春等，893分布式智能测控网络与组态软件的接口。测控技术，2002，（1）

[3]阳宪惠. 现场总线技术及其应用。北京：清华大学出版社，1999.

[4]《兴电灌区信息化实施方案》