PRODUCT CLASSIFICATION
產(chǎn)品分類摘要:針對我國城市泵站設(shè)備普遍偏舊,自動化、信息化管理水平不高,有待實現(xiàn)泵站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控等問題,提出城市系站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)參考模型,闡述了城市泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控親統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系、開發(fā)思路、泵站現(xiàn)場拉制時象及設(shè)計、監(jiān)控中心設(shè)計、監(jiān)控中心和各泵站通信、開發(fā)工具及監(jiān)控軟件設(shè)計等技術(shù)及要求。并扼要分析建立泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的效益。
關(guān)鍵詞:城市泵站 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 參考模型 計算機(jī)技術(shù)
1.城市泵站現(xiàn)狀
目前我國各大中城市的給水調(diào)水泵站、雨水泵站、排污泵站主要分散于城市城區(qū),進(jìn)郊區(qū)及遠(yuǎn)郊區(qū)。生產(chǎn)運(yùn)行主要采用現(xiàn)場人員值守。些泵站建成及運(yùn)行時間較長,設(shè)備老化;近年來建設(shè)的泵站,大多數(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)場自動控制;也有少數(shù)地區(qū)實現(xiàn)了幾個泵站、*多幾十個泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控.采用的技術(shù)和設(shè)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(shù)及設(shè)備陳舊,穩(wěn)定性差;有的泵站信息不能上傳,不能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控等。這些都有待于采用更先進(jìn)的,成熟的技術(shù)和設(shè)備加以改造完善,實現(xiàn)所有泵站的自動監(jiān)控。本文提出建立泵站遠(yuǎn)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(fù)責(zé)泵站生產(chǎn)運(yùn)行的監(jiān)測監(jiān)控,并通過有線和無線的方式實現(xiàn)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(chǎn)流程及控制監(jiān)測點(diǎn)
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(shè)計模型考慮了泵站生產(chǎn)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;泵站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),包括:每個泵的電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況,啟/停狀態(tài)、電機(jī)溫度、電機(jī)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(guān)、溫度計、電流表和電壓表等的維護(hù)狀態(tài);直接下達(dá)實時控制指令,控制泵站的運(yùn)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(yuǎn)方各個現(xiàn)場泵站的生產(chǎn)運(yùn)行,同時將各個泵站運(yùn)行狀況信息上傳有關(guān)管理部門,同時考慮未來工作的可擴(kuò)展性,應(yīng)選用以下設(shè)備:工業(yè)控制計算機(jī)、高清晰度彩色顯示器、針式打印機(jī)、不間斷電源、管理計算機(jī)、激光打印機(jī)、工作臺、文件柜、轉(zhuǎn)椅,消耗品、大屏幕投影屏、工業(yè)鍵盤等。同時建成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),如圖4所示。
2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及通信
泵站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為以太網(wǎng),可達(dá)14/100Mh/,速率,主要由3個子系統(tǒng)構(gòu)成;監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如圖4所示),泵站現(xiàn)場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)及10Mb/s以太網(wǎng).各泵站和監(jiān)控中心通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信方式很多,可只據(jù)監(jiān)控泵站的數(shù)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(shù)據(jù)網(wǎng)PSDN、ISDN、電話撥號等;②無我:包括電臺、微波、擴(kuò)頻微波及衛(wèi)星??紤]到泵站點(diǎn)多而且分散的特點(diǎn),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(dá)到2Mb/s以上,*新,“品可達(dá)11Mb/s.可以滿足泵站網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)兩個主要功能:一是對下屬各泵站(可擴(kuò)展)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、控制;二是對下屬各泵站(可擴(kuò)展)的日常生產(chǎn)活動進(jìn)行管理。
(1)計算機(jī)監(jiān)控管理程序。實現(xiàn)對PLC系統(tǒng)控制參數(shù)的設(shè)置;完成對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組態(tài):監(jiān)控生產(chǎn)作業(yè)過程,包括:顯示控制過程畫面和實時數(shù)據(jù);顯示系統(tǒng)總體框圖;繪制重要參數(shù)的變化趨勢圖;顯示重要設(shè)備的工作狀態(tài);歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和存儲;輔助管理日常生產(chǎn)業(yè)務(wù),提供決策參考。
(2)事故。生產(chǎn)過程中的檢測量超標(biāo)時,系統(tǒng)自動顯示,并通過打印機(jī)打印輸出,形成記錄文件;生產(chǎn)過程中的自動狀態(tài)下的控制設(shè)備發(fā)出故障信號或失去控制時,系統(tǒng)自動顯示,并通過打印機(jī)輸出,形成記錄文件;數(shù)據(jù)自動存儲以備事后分析。
(3)數(shù)據(jù)存檔和生產(chǎn)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(jī)打印輸出,形成生產(chǎn)記錄文件,并且文檔可由EXCEL進(jìn)行自定義處理,或用其它工具軟件進(jìn)行處理;具有時間和事件控制存檔;可與其他Windows程序進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)交換。
(4)人機(jī)操作界面設(shè)計。人機(jī)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(xiàn),整個操作界面為層次漸進(jìn)風(fēng)格:*一層為城市所有泵站的分布圖,主要顯示信息說明:總進(jìn)水量、總出水量及各泵站總體狀況(正常、超載或關(guān)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(jìn)水量、出水量及其各個設(shè)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(guān)閉等控制。*三層為泵站中各個具體設(shè)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;粗格柵系統(tǒng):粗格柵前后液位差、液位差;細(xì)格柵系統(tǒng):細(xì)格柵前后液位差、液位差;泵:所用泵的編號,電機(jī)的溫度、電流和電壓,啟或停,正常或故障,電機(jī);軟啟動器:正常或故障,啟/停,??刂拼翱谔峁υ撛O(shè)備啟動/關(guān)閉及維護(hù)等控制。
3.社會及經(jīng)濟(jì)效益
通過建立泵站監(jiān)控中心,實現(xiàn)泵站生產(chǎn)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控,預(yù)計可產(chǎn)生如下效益:建立泵站監(jiān)控中心,可以實現(xiàn)復(fù)雜的泵站工藝流程的安全運(yùn)轉(zhuǎn),減少人為因素帶來的可能事故和隱患,減輕勞動強(qiáng)度,提高工作效率和效益;節(jié)約能耗,實現(xiàn)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(chǎn)和運(yùn)行情況。
4.泵站管理系統(tǒng)
泵站管理平臺由本地保護(hù)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(xiàn)對區(qū)域內(nèi)泵站的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行監(jiān)測、控制調(diào)節(jié)、能耗分析、事故預(yù)告、事件記錄、運(yùn)維管理等功能,實現(xiàn)泵站無人值守、集中運(yùn)維管理,提高泵站的運(yùn)行可靠性。
圖4泵站管理平臺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(nèi)部,實現(xiàn)對泵站的多方面監(jiān)視、控制和運(yùn)行記錄,在異常時可及時發(fā)出信號,保障泵站運(yùn)行安全。
泵閘全景圖
泵閘全景圖可以幫助用戶進(jìn)行多方面的監(jiān)測泵閘多方面的運(yùn)行狀態(tài),比如內(nèi)外河水位、節(jié)制閘東西方向的開度、內(nèi)外側(cè)閘門的開度、水泵運(yùn)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(shù)據(jù)包括:三相電流,三相電壓,功率、電能、功率因數(shù)、回路名稱。
節(jié)制閘監(jiān)控
監(jiān)測節(jié)制閘運(yùn)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(nèi)外河水位的趨勢、油泵的運(yùn)行情況。另外在該功能模塊可以實現(xiàn)對節(jié)制閘、油泵的遠(yuǎn)程控制功能,并可以進(jìn)行遠(yuǎn)方/就地控制的切換。
水泵運(yùn)行監(jiān)控
監(jiān)測水泵運(yùn)行狀態(tài),比如運(yùn)行、停止、保護(hù)裝置故障等狀態(tài),實現(xiàn)對水泵遠(yuǎn)程控制、排水引水聯(lián)動控制,在實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能之前將水泵、工作閘門PLC控制柜選擇遠(yuǎn)方。排水引水聯(lián)動時,系統(tǒng)將下發(fā)進(jìn)水閘門打開命令,直至進(jìn)水閘門全開狀態(tài)。
閘門監(jiān)控
監(jiān)測工作門、油泵運(yùn)行狀態(tài),比如運(yùn)行、停止等狀態(tài),在該功能模塊可以實現(xiàn)對工作門、油泵遠(yuǎn)程控制。
趨勢曲線分析
可以監(jiān)測電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷曲線、內(nèi)外水位曲線等等,幫助用戶分析和記錄運(yùn)行趨勢。
此外,系統(tǒng)還具備異常、報表制表等功能,使管理人員及時了解電站運(yùn)行情況。
4.2區(qū)域泵站管理平臺
AcrelEMS泵站管理平臺設(shè)置在云服務(wù)器或者*定的區(qū)域指揮中心,實現(xiàn)對區(qū)域內(nèi)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(shù)據(jù)查詢、控制調(diào)節(jié)、能耗分析、視頻監(jiān)控、管理、設(shè)備管理、運(yùn)維管理等功能。數(shù)據(jù)可通過4G無線專網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)傳輸。
泵站地理位置標(biāo)識
可在地圖標(biāo)識泵站位置,點(diǎn)擊地圖上圖標(biāo)可直接進(jìn)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(yùn)行狀態(tài),包括電氣數(shù)據(jù)、管網(wǎng)、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(yùn)行狀況,包括電氣參數(shù),越限/異常等等。
泵站非電量監(jiān)控
平臺可展示泵站變壓器、電機(jī)、線纜等關(guān)鍵接點(diǎn)溫度,另外可對泵站電機(jī)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(shè)置越限。
能耗分析
分析各泵站電能消耗數(shù)據(jù)和碳排放分析,對標(biāo)水泵能效指標(biāo),為管理者進(jìn)行設(shè)備能效升級改造提供數(shù)據(jù)支持。
分析
平臺可對區(qū)域內(nèi)泵站的進(jìn)行分級:普通、嚴(yán)重、事故三個級別,并對所有事故進(jìn)行分析,幫助管理者更好了解泵站的運(yùn)行狀況,避免錯過重要的信息。
設(shè)備檔案及運(yùn)維管理
平臺針對泵站設(shè)備建立設(shè)備檔案庫,記錄設(shè)備生產(chǎn)廠家、性能參數(shù)、維護(hù)保養(yǎng)信息,并生成設(shè)備二維碼,支持運(yùn)維巡檢、缺陷記錄、工單管理、事故搶修等運(yùn)維管理流程,幫助用戶更高效的管理泵站運(yùn)維。
此外平臺可接入各泵站的照明控制系統(tǒng)、應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)數(shù)據(jù),通過平臺進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理,提高泵站的運(yùn)行安全和管理效率。
5.泵站的電氣自動化二次產(chǎn)品選型
5.1泵站電氣設(shè)備的自動控制、測量、保護(hù)、監(jiān)視、通訊
其內(nèi)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(jī)的綜合保護(hù)系統(tǒng)。泵站的保護(hù)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(wǎng)關(guān)接入本地監(jiān)控系統(tǒng)或者區(qū)域泵站管理平臺,智能網(wǎng)關(guān)具備邊緣計算和邏輯控制功能,可根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行工況進(jìn)行自動控制。
圖2泵站保護(hù)測控裝置配置圖
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6 | 提供35kV和10kV線路、變壓器、電動機(jī)、電容器、母聯(lián)保護(hù)備自投 | 保護(hù)測控裝置 | |
多功能綜合測量儀表 | APM520 | 三相電流、線電壓/三相相電壓、雙方向有功/無功功率、雙方向有功/無功電能、功率因數(shù)、頻率、諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計,RS485/Modbus-RTU接口 | 高低壓回路電氣參數(shù)測量 | |
電動機(jī)測控裝置 | ARD3M | 適用于額定電壓至660V的低壓電動機(jī)回路,集保護(hù)、測量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。(過流、欠流)、電壓的(過壓、欠壓)及斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時、繞組老化予以或保護(hù)控制。 | 低壓電動機(jī)保護(hù)控制 | |
抗晃電裝置 | ARD-KHD | 電壓短暫失壓時防止接觸器脫扣,電壓恢復(fù)后不間斷運(yùn)行,避免系統(tǒng)受到?jīng)_擊。 | 抗晃電 | |
無功補(bǔ)償控制器 | ARC | 根據(jù)目標(biāo)功率因數(shù)投切電容器實現(xiàn)無功補(bǔ)償 | 無功補(bǔ)償控制 | |
無線測溫傳感器 |
| ATE400 | 監(jiān)測35kV及以下電壓等級配電系統(tǒng)母排、線纜連接點(diǎn)溫度和溫升預(yù)警。 | 適用于35kV及以下電壓等級開關(guān)柜母排、斷路器、電纜接頭等接點(diǎn)溫度監(jiān)測 |
無線測溫接收器 | ATC600 | 接收無線測溫傳感器數(shù)據(jù)并通過RS485上傳。 | ||
智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關(guān),嵌入式linux系統(tǒng),提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求,支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議,支持邏輯判斷和控制。 | 數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 |
表1泵站保護(hù)測控裝置選型
5.2泵站及重要輔機(jī)系統(tǒng)的自動控制、測量、監(jiān)視、通訊
其內(nèi)容包括:為主機(jī)配套的油系統(tǒng)的控制(例如:水泵葉片調(diào)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(jī)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(diào)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(jī)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(nèi)容如下:水工安全方面的位移、沉降、揚(yáng)壓力、應(yīng)力等各種監(jiān)測;水文、水位、水情、水量、水質(zhì)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(guān)量形式輸出,采集信號為4-20mA模擬量信號和開關(guān)量信號,這些信號主要PLC裝置采集并進(jìn)行相應(yīng)的告警和控制,數(shù)據(jù)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(xiàn)限壓、限流、隔離等措施,增加系統(tǒng)的抗干擾能力。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應(yīng)用 |
隔離式安全柵 | BM200 | 采用了限壓、限流、隔離等措施,防止危險能量從本安端子進(jìn)入危險現(xiàn)場,提高系統(tǒng)的本安防爆性能,增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。輸入4-20mA、0-5V、PT100/0-10kΩ等信號,輸出4-20mA、0-5V等信號。 | 模擬量信號安全隔離 | |
信號隔離器 | BM100 | 對電流、電壓等電量參數(shù)或溫度、電阻等非電量參數(shù)進(jìn)行快速*確測量,經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號輸出。既可以直接與指針表、數(shù)顯表相接,也可以與自控儀表(如PLC)、各種A/D轉(zhuǎn)換器以及計算機(jī)系統(tǒng)等設(shè)備配接。 | 信號轉(zhuǎn)換隔離 | |
遙信單元 | ARTU100-K8 ARTU100-K16 ARTU100-K32 | 可采集8~32路開關(guān)量,具備SOE事件順序記錄,RS485/Modbus-RTU接口。 | 開關(guān)量采集 | |
遙信遙控單元 | ARTU100-KJ8 | 8路開關(guān)量采集和8路繼電器輸出,RS485/Modbus-RTU接口。 | 開關(guān)量采集 繼電器輸出 | |
模擬量采集單元 | ARTU100-MA84 | 8路4-20mA/0-5V采集和4路4-20mA/0-5V輸出,RS485/Modbus-RTU接口。 | 模擬量采集輸出 |
表2泵站信號采集及隔離裝置選型
泵站應(yīng)設(shè)置正常工作照明和應(yīng)急照明,并滿足各場所照度要求,應(yīng)急照明持續(xù)供電時間應(yīng)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(yīng)急照明(lx) |
泵房間、格柵間 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 150 | 10 |
高低壓配電裝置室 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 200 | 15 |
控制室 | 設(shè)備布置和維護(hù)地區(qū) | 離地0.8m水平面 | 300 | 30 |
變壓器室 | 設(shè)備布置和維護(hù)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(yīng)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(yīng)控制、定時控制、遠(yuǎn)程控制等控制方式,滿足泵站工作照明要求。應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)提供不少于90min的應(yīng)急照明,采用集中電源供電,確保消防安全。消防應(yīng)急照明和工作照明控制均可接入泵站管理平臺實現(xiàn)集中監(jiān)測和控制。
圖3泵站消防應(yīng)急照明和工作照明系統(tǒng)
6.結(jié)束語
本文針對我國城市泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè),提出了城市泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的手段和技術(shù)方法,希望能對我國城市泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)提供有益的參考。
【參考文獻(xiàn)】
[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(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.
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