分层分布式自动化控制系统在泵站改造中的应用研究

文章编号：１００７－２２８４（２０１１）０３－０１２３－０５分层分布式自动化控制系统在泵站改造中的应用研究杨永春，沈俊江，潘自林（宁夏盐环定扬水管理处，宁夏盐环７５１１００）摘要：通过对陕甘宁盐环定扬黄续建工程共用工程１２座泵站计算机监控系统的结构、功能以及通讯方式的介绍，分析了分层分布式自动化技术在大中型泵站的实际应用并采用泵站优化控制算法对扬水泵站运行优化，提高供水系统的工作效率和工作质量。该系统采用全计算机监控方式，自动化程度高、性能完备、实时性强、可靠性高，能较好地满足泵站智能化、远程化的运行管理需要。关键词：分层分布式监控；综合自动化；泵站；动态规划；优化调度中图分类号：ＴＭ９２１．５１文献标识码：Ｂ收稿日期：２０１１－０２－１７作者简介：杨永春（１９６２－），男，工程师，从事机电排灌管理工作。１概述泵站自动化改造是利用现代科学技术提高泵站现代化管理水平的重要举措。近年来，综合自动化系统正广泛应用于我国水利工程的各个领域，在实现水利工程科学化、现代化管理的过程中起到积极的作用。陕甘宁盐环定扬黄续建工程共用工程１２座泵站的机组控制方式均为常规的手动就地控制，各泵站不具备流量自动调节功能运行效率低、耗能大，泵站间的调度不具有实时性，造成频繁开停机、级间弃水等现象，十分浪费国家的宝贵电能。为提高泵站管理的科学化、信息化水平，确保工程安全运行，采用分层分布式结构的自动化监控系统，实现１号～１２号泵站的以微机保护、自动测量、远程控制和远程视频监控为核心的全线综合自动化调度系统，同时，泵站的节能是泵站经济运行至关重要，对其进行优化调度是节约能源并发挥泵站工程最大效益的有效途径。因此，盐环定泵站改造采用优化调度的“动态规划法”［４］，以总能耗最低为目标进行泵站改造。２综合自动化控制系统结构设计泵站自动化监控系统以“先进实用、安全可靠”为总体设计目标，主要任务是实现基于遥控、遥信、遥测、遥视的水泵机组自动控制、水位自动测报，水闸自动控制、干渠流量监控、监视系统、良好的系统监控软件、连接上级调度中心等目标。整个系统采用分层分布式结构的自动化监控系统，以保证系统有较高的安全性及可靠性。２．１分层分布式监控的特点［５］分层分布式监控系统就是将自动化监控系统分成独立的单元和层次，每个监控节点都是一个相对独立的单元，各单元都分别直接与上层的上机位工作站或数据服务器通信，实现了真正意义上的分布式监控，与一般监控系统相比，减少了系统中的ＭＣＵ／ＤＡＵ环节，使得某个节点一旦发生故障，只会丢失一个数据，而不会涉及整个系统的数据采集与自动控制，将影响降低到最小。分层分布式监控系统具备高效可靠的顺控流程、物理量数据采集、设备自动调节和实时控制、实时图像监视、完备的报警处理、数据管理与分析、人机接口与可扩展性、网络服务与远程控制等功能，可保障水利设施的安全、高效运行。２．２基于分层分布式监控的泵站自动化系统结构在本次建设中，根据泵站的实际情况及监控目标，分层分布式监控系统控制权限分为三层，分别是：泵站内ＬＣＵ现地控制、泵站站控级控制和调度中心控制。在吴忠市盐环定扬黄管理处设立调度控制中心１座，在惠安堡设立流量监测中心１座，在各泵站设立站级控制中心共１２座，在渠系分水口／斗口处设立水量监测点１６个。在各泵站对自动化测控设备进行改造完善和增设，新建泵站ＬＣＵ现地控制单元和站级控制系统，视频监控系统，并通过新建ＳＤＨ光纤通讯网与调度控制中心连通，实现对１２座泵站的远程调度、监测和控制。各渠系水位监测点数据通过光纤通讯网传至就近泵站，然后送至调度中心，实现对１４处渠系分水口／斗口实现水位监测和水量计算。泵站整体系统结构图如图１所示。图２是泵站的系统结构图。（１）调度中心远端管理／调度网络与各泵站站控级控制／管理网络之间的通讯连接通过ＳＤＨ光纤环网以ＴＣＰ／ＩＰ方式３２１中国农村水利水电·２０１１年第３期图１系统整体结构图图２泵站系统结构图实现；（２）各泵站站控级控制／管理网络和各泵站内ＬＣＵ现地控制单元之间的通讯连接，通过网络交换机以ＴＣＰ／ＩＰ方式连接；（３）泵站内ＬＣＵ现地控制单元与前端测量／执行设备通过模拟量、开关量信号线缆连接；（４）在泵站建设视频服务器，通过在ＳＤＨ光纤环网内单独设立２Ｍ带宽，通过光纤环网进入管理处调度中心。２．２．１ＬＣＵ现地控制各泵站站内机组设备均具有遥控与手动操作功能，现地手动操作为最高优先级，主要高压配电装置柜、重要的水泵出水液控阀门多在就地保护屏（箱）手动操作，水工公用系统设备多在站级集中式的ＬＣＵ（现地控制单元）屏上操作。所有允许手动操作的间隔层设备、单元二次系统设计功能完善可靠，配有运行方式选择切换开关（ＳＡ－自动／手动）及控制开关（ＫＫ）按钮及信号灯。当处于现地控制模式时，操作人员可以根据工艺情况直接对设备进行启停的操作。