浅谈瓜步汛泵站自动化系统设计与实现.docx

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浅谈瓜步汛泵站自动化系统设计与实现

浅谈瓜步汛泵站自动化系统设计与实现

摘要：

泵站担负着抗御洪水涝、干旱灾害、农田灌溉、改善农业生产条件，实现稳产，跨流域调水等方面的起着重要作用，故实现泵站自动化系统是现代泵站建设的一项重要任务，它可以大大提高泵站的高速化、高效率、实时性、可靠性、灵活性等方面有着明显的优势，能提高泵站运行的经济效益。

关键词：

轴流泵自动化系统视频图像系统大屏幕显示系

1绪论

泵站在抵御洪涝、干旱灾害，改善农业生产条件，实现高产稳产，跨流域调水，乡镇给排水等方面起着极为重要的作用。

1.1选题的意义

大沥瓜步汛泵站是以提高大沥城西的部分城区、罗村西隆片涝区的排涝工程。

上述片区的降雨特点是：

雨量大，强度大，年际变化大，年内分配不均匀。

由于现状排涝体系的不完善，北村水闸及瓜步汛水闸关闸后，围内河涌水位上涨，由于机场涌水位比香基河～雅瑶水道的水位高，导致机场涌的水向香基河、大布涌倒流，使机场涌、大布涌和香基河的水位上涨。

而现有的排涝能力已不适应经济发展的需要，特别是上述片区的工业化进展迅速，大量禾田、鱼塘转化为工业用地，河涌萎缩，过流能力降低，从而导致两岸低洼地的内涝。

瓜步汛泵站工程的设计标准为按远期10年一遇24小时暴雨1天排干；设计排涝流量48.0m3/s，采用4台1800ZXB12－3.4斜式轴流泵机组，配套电机单机容量为630kw，总装机容量为2520kw；水泵进水流道底珠基高程-4.1m。

本工程属社会福利和公益性工程建设范畴，工程建成后达到10年一遇24小时暴雨1天半排干的近期目标，解决大沥西部的谭边、兴贤等村委会以及罗村西隆片涝区洪涝灾害的逼切问题。

1.2泵站存在的主要问题及要解决的办法

1.2.1泵站存在的主要问题

泵站存在的主要问题突出地表现在泵站设施老化，效益出现明显衰减。

造成以上情况的原因有以下几点。

（1）使用时间长，磨损老化严重，加之排灌设备多在潮湿、通风散热不良的环境和多泥沙、杂质的水中运行，则更加快了设备的老化。

（2）有些设备质量低劣，施工安装质量差。

（3）有些工程或因规划布局不当，或因选型配套不合理、工程不配套，不能达到设计标准。

（4）很多站管理粗放，管理人员素质低。

1.2.2泵站应解决的办法

（1）有计划地更新改造。

泵站设备要分年列入计划，有计划地更新改造。

（2）提高泵站管理单位的管理水平。

（3）加强科学研究和技术推广工作。

要搞好泵站的更新改造、经营管理和规划设计工作，必须重视科学研究，依靠科学技术进步。

2瓜步汛泵站工程施工概况

2.1工程概述

南海区大沥镇瓜步汛电排站工程水泵选用1600ZLB9-5型立式轴流式水泵，电机配用TL800-20/2150型10kV、300r/min、630kW立式同步电动机4台，总装机容量2520kW；辅助设备主要有主机组安装检修用的16/5t双梁桥式起重机1台、4台防洪闸门QPQ2x8t卷扬式启闭机、电动清污机6台、进口流道检修闸门和安全栅用电动葫芦1台，以及泵站油、水系统。

泵站变压器选用容量为400kVA的干式变压器1台。

根据佛山市南海区水利局建设规划要求，为了提高工程自动化监控水平，本工程按“无人值班、少人值守”的原则进行计算机自动化监控系统设计。

2.2轴流泵的工作原理及运行管理

2.2.1轴流泵的工作原理

轴流泵是由悬臂式翼形叶片和轮毂组成。

由于这种泵的吸水能力很小，叶轮一般都浸没在吸水池中，使水流经喇叭形的进水管直接进入泵内。

当电动机通过主轴带动叶轮旋转时，叶片则推动水体流动，水流在叶片升力的作用下增大了动能和压能。

在叶片的上方还装置了一组固定导叶，它的作用是顺直水流方向，并将水流在流出叶轮后的旋转速度的动能转变成压能。

轴流泵大多做成单级，多级轴流泵可以提高扬程，但结构复杂而且轴向尺寸也将增大。

为了使电动机装置在吸水池水面以上，轴流泵多采用立式装置。

2.2.2水泵的运行管理

水泵运行的要求是安全可靠、高效率、低耗能，在运行管理中应采取下列措施。

（1）严格遵守安全操作规程，做好运行值班工作。

（2）根据水泵的特性，使机组经常在高效率区运行。

（3）定期进行机组检修，经常进行机组各个部件的检查维护、发现问题及时处理，使机组处于良好的技术状态。

（4）进行有关技术指标的观测工作，以便于检查分析机组的运行状态。

2.3计算机自动化监控系统

本工程计算机自动化监控系统包括计算机监控系统、微机保护系统和图像监视系统三个部分。

主要的计算机监控、微机保护和图像监视对象如下。

2.3.1计算机监控

本工程计算机监控对象包括以下几方面。

（1）主机组（立式轴流式水泵轴和配套同步电动机）：

4台。

（2）站用电变压器：

2台。

（3）10kV进线、母联断路器：

1台。

（4）10kV同步电动机控制断路器：

4台。

（5）10kV变压器控制断路器：

2台。

（6）0.4kV进（出）线和励磁装置控制断路器：

21台。

（7）水系统：

1套。

（8）油系统：

1套。

（9）防洪闸门卷扬式启闭机：

4台。

（10）清污机：

6台。

（11）其它公用设备。

2.3.2图像监视对象

本工程图像监视系统的监视对象有：

检修闸门、防洪闸、内江、外江、清p

3瓜步汛泵站自动化系统的总体方案

本工程的综合自动化系统将取消常规控制，采用分层分布式结构，泵站当地均设有控制室，监视和控制本站设备的运行情况，包括泵组、高压配电等，利用计算机进行自动化监测和控制，实现工程管理的科学化、现代化，提高泵站运行的安全性、可靠性，充分发挥工程效益，促进管理的现代化。

3.1系统方案

本泵站的计算机监控系统采用分层分布式系统结构，分中控室监控级和现地控制级。

中控室监控级位于泵站现地控制室，设置2台操作员工作站兼主机，采用星型100Mbps快速以太网络网络结构通过网络交换机和PLC联系，网络协议为的TCP/IP网络协议，组成开放的计算机网络系统，保障数据传送的畅通。

主要设备包括2台操作员工作站兼主机，1台网络交换机，1台打印机，一套UPS电源。

现地控制层为LCU控制柜，监控现地各分散的设备，现地设备均配备操作按钮，当上位机和LCU的通讯中断时或在检修试验时，实现现地开停机操作。

3.2设备配置

瓜步汛泵站自动化系统的设备主要包括：

中控室设备、现地监控设备。

3.2.1中控室设备配置

中控室设备主要包括：

操作员工作站、网络设备、打印机、USP电源设备、运行人员操作台、软件。

（1）操作员工作站。

本工程配置2台操作员工作站，互为热备，兼系统主机，工作站级微机，操作员工作站功能包括对整个工程计算机自动化监控系统的管理，数据库管理，在线或离线计算功能，各种图表、曲线的生成，事故、故障信号的分析处理。

（2）网络设备。

中控监控层网络交换机采用进口品牌3COM等的快速以太网交换机，根据PLC的数量，选择16口的交换机。

网络交换速度达到10/100Mbps自适应，能保证数据、p本系统应与上述硬件设备相应的运行人员操作台，操作台由防火板为基本材料，美观大方，经久耐用，颜色和环境相适应。

（6）软件。

操作系统用微软公司的Windows2000、XP。

3.2.2现地监控设备

现地监控设备主要包括：

PLC、电量检测仪表、温度量监测、水位测量等。

3.3系统功能

本系统的主要目标是接受调度指令，实现泵站自动监控，提高泵站安全运行和管理水平，改善管理人员的工作条件。

泵站现地监控层和中控室监控层的主要功能如下。

3.3.1现地监控层LCU功能

现地级监控层LCU直接控制和监视主设备的运行，在整个系统中，它作为一个智能终端，但也可以作为独立的装置单独运行。

3.3.2中控室监控层功能

中控室监控层功能主要有：

运行监视和事件报警、控制和调节、统计报表、通讯功能、人机接口。

3.4系统性能指标

系统性指标分：

实时性；可靠性；可利用率；负载率；可维护性。

3.5供电方案

用集中供电方案，控制室采用1台6kVAUPS向现场监控室设备和LCU供电。

3.6防雷和接地

本系统所有的UPS电源交流输入均增接防雷模块。

所有户外I/O信号线增接防雷模块。

由高技术设备和精密仪表组成的，均为低压设备，过高的电流或电压都会造成系统的损坏，雷电是产生高电流或电压的最主要的原因之一，防雷是保证系统安全必不可少的措施。

4视频图像

4.1概述

为配合监控系统的运行，本工程建立一套对现场进行实时监视的视频图像系统。

本工程图像监视系统的监视对象有：

检修闸门、防洪闸、内江、外江、清污机、电机层、低电室、高电室、变压器室、中控室。

4.2图像监视设计原则

（1）安全性和可靠性：

监控中心设备具有密码或口令保护，禁止普通监控人员的非法操作，有效地保护数据、图像的可靠性。

（2）操作简便性：

系统采用专业级视频监控主机控制，利用系统软件模拟键盘控制所有设备，取代以往按键和摇杆操作方式，充分体现系统操作上的方便性；具有窗口式表单编程，操作简单、方便。

（3）灵活性和扩展性：

系统具有高度的灵活性和可扩展性，以满足将来的发展需要，充分考虑系统将来的扩展，并具有连接灵活的特点。

（4）实用性和先进性：

本系统要考虑到系统的实用性和可操作性，而不是设备的高档和系统的规模，还要充分利用现有资源，使其效益得到扩展和延续。

（5）可扩展性及投资保护性：

本系统应该考虑到将来系统的扩展，能方便地扩大监控的区域以及与其它系统的互连，使用户硬件和软件开发的投资得到保护。

4.3图像监视系统配置

本系统是一个集现场监视、远程指挥的高技术、高集成的指挥管理系统，能为提高电排站管理的现代化水平、提高快速反应能力提供一个有效的手段。

全天候实时监视各区域一定纵深范围内的现场情况、动态。

使电排站值班人员在中控室即可随时掌握现场情况，并对突发事件进行如同身临其境的“现场”调度指挥，对加强内部管理提供强有力的保证。

系统配置图像声音数字化设备，便于将来实现图像监视系统的远程控制，使领导利用办公室计算机或通过电话线在外看到图像并进行控制。

图像监视系统的监视目标：

实现对站区、水闸内外江、主厂房、高低压室、中控室、水闸、清污机等设备运转状况的监视。

系统具备视频画面移动报警功能，当有非法进入或紧急情况发生时，在中控室能够实现自动报警，并进行实时数字录像，以方便事后分析。

4.4系统基本功能

图像监视系统的基本功能有：

监视功能、信号处理功能、录像管理功能、录像回放功能、云镜控制功能、报警控制功能、网络传输工能、系统管理功能。

5大屏幕显示系统

随着自动化和信息技术的飞速发展，对信息显示的要求越来越高，其中大屏幕显示系统作为集中信息显示的交流平台，可以将各种监控系统的计算机图、文信息和视频信号等进行集中显示，在实时调度、会商、决策及信息反馈等方面都起到了重要作用。

DLP大屏幕投影显示系统以系统工程、信息工程、自动化控制等理论为指导，将显示技术及设备、投影墙拼接技术、多屏图像处理技术、多路信号切换技术、网络技术等融合为一体，使整套系统成为一个具有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕显示系统，与监控系统、指挥调度系统、网络通讯系统等子系统集成，形成一套功能完善、技术先进的信息显示及管理控制平台。

有利于各种应急事件的及时观察、处理，满足指挥中心的指挥、调度、决策功能需求，顺应调度中心管理工作“现代化、信息化、智能化”的发展要求。

6总结与展望

6.1全文总结

本文围绕瓜步汛泵站自动化的设计与实现展开研究，描述了瓜步汛泵站的施工概况，自动化系统总体方案，视频图像系统结构和功能和达到的技术标准。

该系统设计合理、功能完善、运行稳定可靠，充分利用自动化控制、微机保护、图像监视和计算机网络、通讯技术，建立先进的自动化监视和控制系统，实现了“遥测、遥信、遥控、遥调、遥视”，实现了泵站的群控。

提高了枢纽工程的安全性、可靠性，充分发挥了本工程效益，促进工程管理的科学化、现代化。

参考文献

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