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浅谈泵站自动化监控系统
（张俊红）
摘要：自动化技术在能源、电力、机械、环境等行业的应用越来越广泛，也促使了自动化水平的不断提高。计算机网络技术的成熟和迅速普及，给自动化技术提出了新的要求和展示了新的应用前景。可以相信，基于计算机网络技术的自动控制技术将是今天和明天的应用主流。
关键字：泵站；自动化；监控
近数十年来，自动化技术的应用范围越来越广泛，应用程度也更加深入。自动化技术的普遍应用，极大地把人类从繁杂的体力劳动和不安全的工作环境中解放出来，显著地改善了人类的工作环境和提高了人类的生活质量。不仅如此，自动化技术的应用，还明显地增强了企业的竞争能力，使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地。
随着计算机技术的飞速发展和社会进步，监控系统在我国的水利事业中日趋广泛的应用于泵站监控、船闸监控、闸门监控、变电站监控等方面。对于泵站方面，从老泵站的自动化改造，到新泵站的无人值班（少人值守）设计，监控系统起着决定性的作用。泵站自动化监控系统的发展，一方面与计算机技术的发展密切相关，而另一方面，水利综合应用对新技术、新产品的需求越来越高，特别是改革开放以来，“无人值班（少人值守）”新概念的提出，使泵站自动化监控技术的水平不断发展。
泵站自动化监控系统是实现水利信息化的重要环节之一，泵站自动化监控系统能完成所管辖区域内所有泵站设备的现地和远方控制操作、主要设备参数的实时监测、故障报警、运行过程模拟显示以及当地图像监视等功能；能有效地提高泵站设备的可靠性、安全性、可维护性以及控制操作的自动化水平；能够实时对设备参数和运行工况进行监视，消除设备运行隐患，确保主设备的完好率和可调率，减轻运行人员劳动强度，达到“无人值班、少人值守”的运行管理要求，进一步提高泵站调度的及时性和准确性。顺应我国水利行业运行管理现代化的发展趋势。
一、泵站监控的发展
监控系统发展到现在，大致经历了以下三个阶段：
1、第一阶段是以常规控制为主、计算机为辅的计算机辅助控制系统（CASC）。
2、第二阶段是计算机监控和常规控制并存的系统（CCSC）。
3、第三阶段是以计算机控制为基础的监控系统（CBSC）。
CCSC一般用于老泵站的改造，考虑系统可靠性及常规系统还能发挥作用。但这种方式增加了闭锁和扩展等中间环节，加重了改造的工作量，无形中也增加了系统故障的几率。而随着计算机监控在泵站的广泛应用，新上的泵站已不再考虑这种模式，而采用完全计算机控制的CBSC系统。
计算机监控系统的发展是与计算机、网络技术的发展密切相关的，按照监控系统各部分的功能分布和组成方式，监控系统的结构可分为以下两类：
1、集中控制方式。这种方式采用星形接线，由一台或两台计算机完成对所有被控设备的远方集中控制和监视。
2、采用开放、分层分布式系统。整个系统从结构上分为两级，主控级和现地控制单元级，现地控制单元级负责数据采集、设备的保护和控制调节操作的实施，主控级则注重于统计分析和全泵站性的控制。
二、泵站监控系统数据通信设计
在泵站自动化监控系统的实施过程中，数据通信是一个重要环节口。上位机系统除了采集可编程逻辑控制器(PLC)上送的数据外，一般还要与站内励磁、保护、温度巡检等多种智能装置通信，由于各个厂家生产的智能装置的通信协议不完全一致，而市场上大部分组态软件仅支持一些标准的通信协议，如 MODB US RTU和 MODBUS TCP等，给泵站自动化监控系统的实施带来了较大的困难。随着计算机和通信技术的发展，一种以嵌入式控制PC为核心部件的通信管理装置逐渐在计算机监控系统中得到应用，能方便、可靠地解决监控系统与现场设备的数据通信问题，促进监控系统向分布化、智能化、网络化方向发展。
下面本文将以SJ-30通信管理装置为例，进行简要的分析。
SJ-30是南京南瑞自动控制有限公司自主研发生产的一种通信管理装置，它采用高度集成的工业级PC／104嵌入式控制 PC为核心部件，主要用于完成现地控制核心 PLC与多个现地智能设备之间的数据通信功能，并能灵活应用于计算机监控系统中的其他数据通信环节，可以实现RS-232／CAN／以太网异网间的通信连接。
在软件方面，装置以Linux为软件平台，采用C语言开发主应用系统，实现各类数据的采集和规划管理，并通过内置数据库实现各通信任务间的数据共享。
总体来说，该装置具有如下特点：
1、核心采用了高度集成、自栈结构、IBM- PC／AT兼容的 PC／lO4嵌入式控制PC，每个通信通道均采用独立的中断和收发电路设计，具有极高的可靠性。
2、嵌入Linux操作系统作为软件平台，充分利用X86CP U的任务切换机制，实现了真正的多任务环境。
3、具有8路标准串行接口、一个CAN 现场总线接口(支持CAN 2.0 B协议) 和一个以太网接口(10Mbit•S／lOOMbi t•S)，各个通信接口均能够独立编程，支持多种连接方式，灵活应用于各种实际需求。
4、支持在线自诊断、自恢复功能,支持通过局域进行远方诊断和维护。
5、组态界面友好，人机交互快捷方便，提供通用行业驱动程序包和产品库函数，用户只要进行简的二次开发，就能实现通信功能，易于使用和维护。
三、泵站监控系统功能
1、设备状态检修和设备运行寿命评估，即是设备检修工作发展的必然趋势，也是一项技术性很强的系统工程。状态检测主要利用现代化先进的检测设备和分析技术对泵站的主设备的某些关键部位的参量进行在线实时采集、监测，经过集合现场积累的运行、检测、试验资料和专家经验的智能系统综合分析，从而对设备可能存在的机械、电力问题作出一个实际的评估。要作出一个较准确的评估目前尚有很大的困难，国内外都已做了大量的尝试性工作，取得了宝贵的经验。在实施中，它作为一个相对独立的系统，状态检修与控制系统之间有大量的数据需要共享，在考虑状态检修时应与控制系统统筹安排，两者有机结合。
2、生产管理，虽然计算机监控系统都比较完备，但因种种原因还是有部分现场设备的监测信号无法输入到监控系统中完成自动监视。安全生产管理可以通过监控系统的实时数据进行分析，并经过安全闭锁条件检查，从而实现安全管理。
3、流量控制及其平衡是整个供水安全运行的基础，是调度层计算机监控子系统的重要任务和功能。全线流量变化的稳态影响因素主要为全线供水流量目标值的变化，暂态影响因素主要来自沿线分水点分水量的变化和各泵站泵组运行情况的偏差以及水库库情影响。因此在计算时段Δt 内，除进行静态流量平衡分配运行外，应能进行动态流量平衡的闭环控制和调节。对于小的流量变动，通过调节泵站运行泵组的叶片角度进行平衡；对于流量变动大的扰动，通过增减开机台数平衡。
4、调度层计算机监控子系统在满足安全运行的前提下，应具有可根据调度中心值班员输入的总流量目标计划值或供水运行优化调度系统的决策议案，实现如下 APC 和经济运行的功能：校核各泵站进出水池水位差、当前扬程和泵组的运行效率特性，在各种安全和效率的约束条件下，找出满足总流量目标下的全线合理、优化的流量分配方案，下达至各站点，并根据流量变化，实施流量平衡调节控制功能，对各泵站进行动态流量闭环修正和补偿。自动确定各泵站起停的时间间隔及限制要求，自动逐级起停各泵站的运行。
四、结语
泵站自动化监控是一个系统工程，它需要系统中各个部分如硬件、软件、网络结构、自动化执行元件等有机组合，综合考虑，它要充分利用计算机技术、网络技术、通讯技术、冗余技术、抗干扰技术等等。采用一种合适的结构作为泵站监控系统很重要，本文着重介绍的开放分层式结构，能够很好的满足泵站监控要求。

参考文献
1、陈虹唐鸿儒《泵站监控系统的现状与趋势》中国农村水利水电2002
2、许炜晓任光胜《高压水泵站实时监控系统》重庆大学学报(自然科学版)2002
3、陈仰平《泵站自动控制系统的设计分析》魅力中国2010