摘要：兴电灌区应用泵站监控与信息化管理系统后，真正解决了管理工作中数字化程度不高、时效性不强、信息管理分散、处理手段落后、信息共享机制不全、使用效率低等突出问题。应用现代高新技术，经计算机网络系统将泵站现场测控信息传至调度中心，实现远程实时监控管理。达到现代信息化管理水平。实现了对泵站远程自动实时监控，已达到少人值守，提高运行管理水平，提高泵站效率和安全运行率，降低能源单耗和运行管理费用，真正体现出向管理要效益的目标。本文对泵站监控与信息化管理系统投入运行前后的泵站生产运行情况、参数、指标等做了全面总结和深入细致的探讨分析，对运行效果做出比较和论证。

甘肃省白银市兴电灌区是多梯级高扬程电力提水灌溉工程,建于70年代末，受当时科学技术条件的制约，自动化程度很低。随着“兴电灌区续建配套与节水改造项目”和“全国大型灌区信息化建设试点项目”的实施，灌区组织技术人员研制开发了泵站监控与信息化管理系统（简称XPIT系统）。应用现代高新技术，经计算机网络系统将泵站现场测控信息传至调度中心，实现远程实时监控管理。该系统的成功开发与应用，为管理水平的提升，保证安全运行，提高灌区经济效益发挥着巨大作用。该系统于2003年4月开始安装调试，同年10月投入试运行，2004年3月正式运行。

XPIT系统以灌区需求为导向，立足应用，采用先进的现代高科技技术来管理整个灌区的提水、输水和配水等工作的具体体现。真正解决了管理工作中数字化程度不高、时效性不强、信息管理分散、处理手段落后、信息共享机制不全、使用效率低等突出问题。该系统充分利用现代信息技术，本着“实用、灵活、先进、可靠、经济、安全、易扩容、易维护操作”的设计思想，采用分层、分布式集散结构，实现了对泵站远程自动实时监控，已达到少人值守和无人值守，提高运行管理水平，降低运行管理费用，真正体现出向管理要效益的目标，为创建现代和谐的“数字兴电”打下坚实基础。

XPIT系统通过运行，充分证明该系统是一个安全可靠、经济实用、操作方便、功能完善、技术指标领先的泵站信息化管理系统。曾多次受到水利部专家组和省、市领导专家的一致好评，也得到日本、美国专家现场参观时的称赞，共获得大禹水利三等奖、甘肃省科技进步三等奖、甘肃水利科技进步一等奖三项殊荣，详细运行情况与实际效果分述如下：

1.泵站现场监测控制层运行情况

泵站现场监测控制层由一次元件传感探测系统，EF智能测控前端系统，图像监视系统，工业控制计算机等组成。泵站内部安装的一次元件所监测的数据,通过屏蔽信号线传送到各自的测控前端构成集散结构。再由屏蔽网线将各个测控前端链接起来，通过测控网卡进入工控机，组成现场总线型测控子网络系统。

1.1. 传感探测系统

利用传感探测技术，在原有设备和工程设施上加装温度传感器、超声波液位计、电磁式流量计、压力传感器、位置传感器、继电器等。完成对温度、水位、流量、出水管道压力、电压、电流、功率、功率因数、电量等监测任务；完成泵站电气设备隔离刀闸位置、油开关分合判断及控制任务；单座泵站控制信息量达620点。

(1)用“EF-3100”直流模拟量前端，经一次元件完成对温度、水位、流量、出水管道压力的监测任务。共计监测非电量信息点153点。

①铂热电阻PT100所采集温度数值经用水银温度计与远红外线测温装置校核，精确度高于上述两种测法，精确度达到了0.2%。

②超声波液位计采用SMD技术用于监测泵站前池水位及渠道水位,测量精度经用钢尺与水准仪现场测量对比，数值准确，精确度达0.03%，分辨率在1mm以内。

③压力传感器能适时监测水泵出水压力、阀门液控系统压力。精度在1%之内。用来分析判断水泵出水情况和扬程。

④采用电磁流量计监测水泵提水流量，能在环境温度-25℃～+60℃范围内工作，精确度在±0.5%以内。经从美国进口超声波流量计及流速仪等比较，精确度高于±0.1%，并能监测实时流量，计量水量，设定时段进行流量和水量查询。

(2)用“EF-3300”交流量采集前端完成进线三相电压、总电流、机组电流、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。共计采集电量信息点175点。

所采集的电量指标,经现场用仪表、仪器测量计算完全吻合，当运行中电压、电流等参数超过规定的上限、下限时，自动报警，提醒工作人员及时处理；当运行参数超过上上限、下下限时，系统将自动调节处理，有效遏制了事故发生，减少事故损失，提高紧急事故的应变能力。

(3)用“EF-3200”开关量测控前端完成泵站隔离刀闸位置及阀门启闭状态、油开关分合状态、预告信号、保护信号的监测判断及水泵机组起停的控制操作和阀门启闭操作等管理任务。共计采集状态位置检测信息量170点，控制量信息点62点。

①采用行程开关检测隔离刀闸位置28点、开关分合位置22点、阀门开闭状态40点。都能与实际运行中的分合、开闭状态相吻合，且动作可靠、显示直观。

②用微动无源接点检测继电保护装置、电磁控制装置状态等80点。能够自动检测继电保护回路及电磁控制回路好坏。在故障状态及时报警，事故状态自动断开事故回路，保护设备，并能进行事故追忆，记录事故前后设备运行状况，随机打印。提高工作人员对事故的分析能力和处理水平，减少事故损失。

③在智能测控前端的开关量输出接口，接上高性能中间继电器的电磁回路，该继电器的接点并接在机组控制电磁操纵回路中。实现对机组、进线开关的分合控制22点，进、出水阀门的开关控制40点。当工控计算机发出操作指令时，智能测控前端即给中间继电器电磁线圈通电，接通电磁操纵回路，完成水泵机组的起停及阀门的开关任务。经两年运行证明其接受命令准确，动作可靠，没有出现过误动现象，与实际动作状态完全一致。

前述智能测控前端分别安装在测控对象附近，有效缩短信号线长度，防止了信号干扰和衰减；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结起来，经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实时监测和自动控制的子站系统。监控子站的主机通过光纤中分配的信道与中心总站的服务器通讯，既能实时向上发送数据，又能接受调度中心对相应设备进行起停操作的指令。

1.2 泵站图像监视系统

在泵站安装视频工控主机、视频采集卡，高清晰度摄像机、云台控制器、视频解码器，完成视频图像实时采集，构成泵站图像监视系统。共计采集图像信息量60点。

(1)安装在泵站主厂房内带云台可调焦距的彩色摄像机，实时监视水泵机组运行状态44点，通过变焦可监视机组的运转情况，即：漏水、漏油、震动、串动等，以便维护处理。

(2)安装在泵站周围的1台摄像机，能够实时监视泵站周围环境，为泵站管理起到了积极作用，还起到了一定的防盗作用。

(3)安装在主控制室内的1台摄像机，能够实时监视主控室内人员的值班情况，并通过调焦能看到前屏仪表指示。

该系统具有完善的网络分控功能，网络分控图像质量清晰，还具备完善的网络用户管理功能，不同的用户对不同通道有不同的权限，可以灵活设置，充分满足用户的各种应用需要。在中心监控总站、领导及主管科室计算机上实现对泵站设备运行工况、人员工作情况的远程实时监视。

2． 调度运行管理层运行情况

2.1 调度中心监控系统的组成

在调度中心安装调度工作站两台，互为热机备用，设置维护工作站一台，大屏幕投影仪一台，100M局域网24口可堆叠式交换机一台， IBM(磁盘冗余、电源冗余、高可靠性)服务器一台，打印机两台。

在调度中心建立计算机管理工作总站，采用光纤通信系统网络将管理总站与各个泵站子站联结起来，构成一个整体的计算机局域网络，实现数据信息传输、视频图像信息传输、资源共享。泵站监控子站通过光纤传输的E1接口，数据(2Mbps)经高速通信网桥转换成10/100M以太网接口信号后，通过数据交换机接入调度中心监控工作站。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计算机局域网交换机，整个系统为一个星型结构的计算机局域网络。各泵站的主机(工控机)能够实现对该站所有数据的实时监测和自动控制，实时向调度中心传送监控数据并可接受调度中心对相应设备的操作指令，实现调度中心对所有泵站的运行管理和调度控制。

有关科室及领导的计算机用超五类UTP连接到调度中心交换机，进入局域网络系统，达到服务器和各个科室计算机之间的资源共享。调度中心网络终端设有接入上级网络的接口，接入水利专用信息网后，上级主管部门可在异地共享兴电灌区泵站运行监控及视频图像等信息。

2.2 泵站运行远程管理系统

根据兴电工程的调度运行模式、生产及管理逻辑、操作程序要求，研制开发出符合实际、切实可行、适用的综合数据库及信息处理系统。用来支持整个系统的资源管理，实现调度级的数据监测，视频监视和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性处理和登录密码加密保护，能得到充分保证。

2.2.1 系统软件的组成

各泵站工控机、调度中心主机、维护工作站采用Windows 2000 Professional 操作平台，服务器系统平台采用Microsoft公司的Windows2000 Server中文版操作系统。监控软件采用Intellution公司的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与SQL Server2000开发而成，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各种运行记录。其他客户机采用Windows2000 Profession中文版由服务器统一管理所有客户分机。

2.2.2 系统软件的使用效果

本项目所研究开发的系统软件，经过2年的现场运行，使用情况总结如下：

(1) 泵站能及时正确的响应调度中心发出的指令，泵站采集的数据能及时传到调度中心。泵站与调度中心的双向数据传输及时正确可靠。

(2) 功能齐全、采集数据准确，所有指标符合设计要求，系统运行稳定、可靠。数据库各表间关系正确，整体设计符合NF3规范，数据库设计合理，性能可靠。测点扩充方便，扩充能力高。

(3) 经运行验证该软件系统符合兴电灌区调度运行模式、生产管理逻辑及操作程序，该软件系统的各方面综合能力都达到了设计要求。

(4) 软件具有良好的人机接口界面，泵站和调度中心人机界面显示正确。可以在线组态，使用方便、简单、易学。

(5) 软件采用图形界面，内部图形处理技术采用面向对象的编辑方法，图库内容丰富，在组态的基础上，能定制各种上位机系统画面。

(6) 系统使用高级编程语言Visual Basic6.0系统置于中心服务器不间断运行，此系统负责采集各监控子站实时数据，并将数据存储在SQL Server2000数据库中。中心数据管理系统能够自动响应相关科室数据浏览软件的数据需求请求，并将实时数据发送到定制计算机。

(7) 采用不同的界面显示各泵站所采集到的各种数据。

2.2.3 XPIT系统实现的功能

(1) 数据表功能

将泵站所有采集的数据以物理量表格的形式归类显示，对超过设定值的数值利用颜色、闪烁、声音报警等形式提醒工作人员及时处理和调整，所显示数据真实。调度工作人员在计算机上能够看到设备的运行参数，彻底减少了泵站现场工作人员的巡视次数，降低了劳动强度。

(2)工艺流程图

能够显示泵站设备的立体图、动态图和平面示意图；利用不同颜色显示状态、各类设备上的运行参数、越限报警等，及时提醒工作人员对运行工况处理和调整。

(3)模拟流程图

将泵站的提水设备、输水管道系统用图标显示，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，工作人员能够准确管理设备运行。

(4)实时趋势图

用实时曲线显示所有参数当时的趋势。

(5)历史趋势图

显示被采集参数在任意历史时间段的趋势。可随时输入某段时间进行查询记录。

(6)成组画面显示

将相关画面及参数组合显示，可方便地分析、比较、判断运行指标。

(7)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。

(8)经济指标与性能指标计算

根据各种指标运算公式计算出各种经济指标和考核指标。

(9)各种报表

实现班报表、日报表、月报表的定时生成和存储；具有机组累计运行台时数统计功能，机组启停次数统计功能，泵站提水量、耗电量统计功能等，可召唤打印。

(10)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变化及相关因素详细记录存贮。在事故调查时，可查询记录，判断分析事故，以便于事故的快速处理。

(11)控制和通信功能

根据现场机组的运行工况执行机组的起、停操作及远程控制命令。将采集到的现场所有测点的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，结合现场设备的工况分析并执行调度命令，执行过程完成后将执行结果反馈给调度中心。

(12)监控系统安全管理功能

在自动控制操作中，分配上岗操作员的操作权限范围，使用工号口令，任何非法操作拒绝进入，达到保证操作安全的目的。对调度员的操作，系统按时间在运行日志上记录并存储，可以随时打印输出，操作记录不能修改。系统还设置时间擎保护，当调度员离开或忘记撤去密码所容许的操作权限时，系统提供一个可调的时间擎自动将操作员的密码失效，使系统继续受密码保护。将过负荷、过电压、短路、欠电压、超温、水位过低、流量变化等事故参量按要求设定规定值，在此值超越所设定限值时，跳开相关电路开关，起到安全保护作用。

(13)维护员管理功能

系统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、锁定等工况报告，以及修改、检索、显示、打印相关生产管理指标，经济考核指标等报表；对网络硬件设备及传感变送一次元件进行管理。

(14)扩展功能

在系统中需增加测点、前端设备、子站、图像系统和其它数据信息，以及网络上增加监控站时，具有平滑扩充，无缝扩容的功能。

(15)报警一览表：报警一览表提供了整个系统所有参数的报警

包括模拟量超限报警，开关量动作报警等。在报警画面上可以看到关于一条报警的若干信息，比如：产生报警信息的结点名称，测点序号，状态，测点意义，测值，报警的开始时间、日期，结束时间、日期等。

(16) 整个监控系统的自诊断功能：对整个计算机监控系统的硬件设备，包括上位机、下位机、前端设备、测点的传感变送器等进行定时检测，诊断出的故障及时显示和报警。

(17)其它功能：强大的联机帮助功能，在任何画面点查‘帮助’按钮时，可获得详细的操作帮助说明。对硬件设备及传感变送设备的管理功能，随时可以查阅任意一台工控机，前端设备、传感器、变送器的工作状态，接口电平和接口类型、型号、性能参数、维护情况等信息，以便管理、维护和正确使用。