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摘 要：自动化系统在水利泵站中的应用，可以提高泵站运行的自动化程度，减少相关人员的劳动强度，同时也减少了人为干扰及误操作的几率，从而提高了整个工程运行的安全性、可靠性。基于此，本文阐述了水利泵站自动化系统的结构组成，对、自动化系統在水利泵站中的应用及其意义进行了探讨分析。
关键词：水利泵站；自动化系统；结构；应用；意义；
自动化系统在水利泵站中的应用具有重要作用，其最大特点是将站内当地监控系统功能、信号采集、控制等远动功能以及微机保护信息、站用交、直流信息、泵站设备工况、泵站中央信号系统等多方面功能整合为一体，在运行中由远方监控运行。
一、水利泵站自动化系统的结构组成
1、微机监控系统。微机监控系统结构从功能上分为：主控制级层和现地控制层。（1）主控制级层由操作员工作站、通信工作站、工程师工作站、数据服务器、打印机、GPS、UPS 及中控室有关设备组成，是泵站的实时监控中心，负责全站的自动化操作、历史数据处理、图像监视及全站的人机对话等。（2）现地控制层设有机组控制单元，公用控制单元和闸门控制单元，监控全站所有水泵机组、闸门及辅助设备。现地控制单元能对所管辖的运行过程进行完善的监控，它们经过输入、输出接口与运行过程相连，通过通信接口与微机保护设备交换信息，在上位机画面上实时反映所测的电气参数及保护动作信息，同时通过以太网与泵站控制层交换信息。现地控制单元对泵站控制层有相对独立性，它们能脱离泵站控制层独立核算并完成运行过程的实时数据采集处理、单元设备状态监视、调整和控制等功能。
2、微机保护系统。微机保护采用分布式单元机箱结构，各保护单元均相对独立，通过站内现场总线互联。在功能分配上，采用能下放尽量下放的原则，保护单元箱能完成的功能绝不依赖通信网，各保护单元箱上均配有操作面板和必要的手动操作开关及信号灯，运行人员可通过单元箱上的操作面板或人机接口，对相应电气设备进行操作。各保护单元故障或退出运行时，不影响其它单元及上层监控。
3、直流电源系统。某水利泵站的直流系统采用单母线接线，额定电压为直流220V，采用一组阀控式密封免维护铅酸蓄电池。蓄电池组正常以全浮充电方式运行。直流系统充电/浮充电装置采用智能高频开关电源模块并联组成，主要由充电模块、监控模块、交直流采样单元、降压单元、绝缘监测装置、防雷装置等组成。
4、图像监视系统。为配合监控系统的运行，泵站配置一套图像监视系统，通过多媒体监视设施，使运行人员能够对现场的设备的运行状态进行观察了解。图像监视系统通过以太网与监控系统相连，实现信号传输，做到远方监视泵站各设备，为泵站实现无人值班（少人值守） 提供技术保障。图像监视系统为彩色/黑白摄像机系统，在泵站中控室配置一台图像工作站，通过以太网交换机与各摄像机相连。系统可对厂房、泵组设备、高低压配电室、重要行人通道、闸前后等位置进行全面实时观察，并通过云台转动、可变镜头的调整，扩展监视范围。
二、自动化系统在水利泵站中的应用分析
1、微机监控系统在水利泵站中的应用分析。泵站监控系统采用三种控制方式：（1） 远方调度级控制方式：中心调度控制人员可以通过调度计算机系统，在远程对泵站的计算机系统实施遥测、遥信、遥控。（2） 泵站中央控制室控制方式：通过监控系统对泵站设备实施监视控制，有以下两种方式：第一、泵站自动控制：泵站主控级计算机按预先给定的水流量要求和其它限制条件，在上位机用一个指令完成对泵站泵组的启停控制。第二、手动控制：在控制台上，操作人员通过显示器、键盘、鼠标等设备进行操作。可实现分步按顺序组执行的方式，即每一步或每一顺序组完成后需经操作人员确认，才能进行下一步或下一顺序组的操作。（3） LCU 现地控制方式：上位计算机故障或必要时，可由值班员通过设在LCU屏上的控制按钮及仪表等实现对泵站设备的控制、调节、值班运行。以上三种值班运行控制方式选择中，现地控制方式级别最高，其次为中控室和远方调度。
2、微机保护系统在水利泵站中的应用分析。泵站继电保护采用微处理器构成的全数字式继电保护系统，保护装置采用标准化的机箱和插件板设计，所有组件通过标准机箱组装在保护单元箱内。保护单元箱内包含规定的保护功能、跳闸组件、监视、信号、检测、人机对话、通讯接口部件等，并能实现事故记录等功能。保护装置上设有液晶屏作为人机接口设备，用于运行监视、保护系统的调试、整定值的设定及记录、事故显示、确认以及对保护系统的电流、电压、功率、相位等实测值进行显示与记录。人机接口设备适应于缺乏程序设计知识的人使用。人机对话时自动闭锁保护出口回路，使人机对话中出现的错误不影响保护系统。
3、图像监视系统在水利泵站中的应用分析。泵站图像监视系统具有多分屏、定时切换、图像存盘、视频捕捉、云台控制、镜头控制、遥控开关、冻结视频、行动输出、视频报警布防、视频报警、检索、网络图像传输与控制、定时启动等功能，这些功能的实现保证了系统的先进性、可靠性以及实用性。同时整个系统采用标准的硬件技术接口，具有良好的开放性，为今后系统的扩展、互连及设备更新打下良好基础。
三、自动化系统在水利泵站中应用的意义
自动化系统在水利泵站自动化中应用的意义主要表现为：（1）监控系统应用的意义。计算机监控系统能迅速、准确、有效地对全站所有带微机接口的机电设备进行控制和监视。泵站控制层能实现数据采集和处理，实时控制和调节，安全运行监视，事故处理和恢复操作指导，维护管理，系统诊断等功能。监控系统实时采集泵站主要电气和非电气量及相关过程参数，包括模拟量、开关状态量、报警量和脉冲量。模拟量主要为电压、电流、频率、功率因素、有功功率、无功功率、水位及温度等；开关状态量包括机组及其附属设备、各断路器和隔离开关、泵站公用设备的有关状态、位置以及机组过程控制顺序的各状态；报警量采集主要指泵站运行的故障、事故信号以及参数越限报警信号的采集；脉冲量采集指的是接收有功电度和无功电度脉冲量或与电子式电度表通信，将电度量累加，具有对有功、无功电度按电网峰、平、谷时段累计的功能。（2）检测分析泵站各个控制点的参数。泵站自动化系统中的监控画面实时显示了各个主要设备的运行状况，有利于值班人员及时掌握系统运行情况，同时，能够实现泵站运行过程中设备的状态分析和事故报警，将发生的各种故障及时通过人机界面弹窗和事故音响告警反映给值班人员。系统维护人员可以在系统中对各个设备运行参数的设定值进行修改，根据不同时期的设备运行情况设定各个参数的上、下限值，提高自动化系统监控功能的灵活性和实效性。（3）调节泵站设备。泵站自动化系统应该能够实现水泵的启停操作、阀门开度的控制和供水工艺的连锁，使操作员能在值班室内对就地的水泵进行启停操作，并通过内部设置的连锁工艺要求，避免值班人员出现对水泵和阀门的错误操作。泵站自动化系统应实现操作远方、就地的两地选择性，便于值班员根据实际运行情况选择在远方或就地位置对设备进行操作。
结束语
综上所述，为了实现水利泵站“无人值班、少人值守”原则，泵站采用以计算机监控为主，简化常规控制为辅的监控方式及微机保护，组成泵站微机综合自动化系统，在保证本工程安全运行的前提下，很容易通过微机联网，实现多水源联合调度。
参考文献：
[1]丘传忻.泵站[M].北京：中国水利水电出版社，2012
[2]赵勇.试论泵站电气自动化的设计思路[J].陕西水利，2011（02）
[3]吴健，韦东.基于智能控制器的泵站自动化系统研究[J].中国水能及电气化，2014（15）
关键词：水利泵站；自动化系统；结构；应用；意义；
自动化系统在水利泵站中的应用具有重要作用，其最大特点是将站内当地监控系统功能、信号采集、控制等远动功能以及微机保护信息、站用交、直流信息、泵站设备工况、泵站中央信号系统等多方面功能整合为一体，在运行中由远方监控运行。
一、水利泵站自动化系统的结构组成
1、微机监控系统。微机监控系统结构从功能上分为：主控制级层和现地控制层。（1）主控制级层由操作员工作站、通信工作站、工程师工作站、数据服务器、打印机、GPS、UPS 及中控室有关设备组成，是泵站的实时监控中心，负责全站的自动化操作、历史数据处理、图像监视及全站的人机对话等。（2）现地控制层设有机组控制单元，公用控制单元和闸门控制单元，监控全站所有水泵机组、闸门及辅助设备。现地控制单元能对所管辖的运行过程进行完善的监控，它们经过输入、输出接口与运行过程相连，通过通信接口与微机保护设备交换信息，在上位机画面上实时反映所测的电气参数及保护动作信息，同时通过以太网与泵站控制层交换信息。现地控制单元对泵站控制层有相对独立性，它们能脱离泵站控制层独立核算并完成运行过程的实时数据采集处理、单元设备状态监视、调整和控制等功能。
2、微机保护系统。微机保护采用分布式单元机箱结构，各保护单元均相对独立，通过站内现场总线互联。在功能分配上，采用能下放尽量下放的原则，保护单元箱能完成的功能绝不依赖通信网，各保护单元箱上均配有操作面板和必要的手动操作开关及信号灯，运行人员可通过单元箱上的操作面板或人机接口，对相应电气设备进行操作。各保护单元故障或退出运行时，不影响其它单元及上层监控。
3、直流电源系统。某水利泵站的直流系统采用单母线接线，额定电压为直流220V，采用一组阀控式密封免维护铅酸蓄电池。蓄电池组正常以全浮充电方式运行。直流系统充电/浮充电装置采用智能高频开关电源模块并联组成，主要由充电模块、监控模块、交直流采样单元、降压单元、绝缘监测装置、防雷装置等组成。
4、图像监视系统。为配合监控系统的运行，泵站配置一套图像监视系统，通过多媒体监视设施，使运行人员能够对现场的设备的运行状态进行观察了解。图像监视系统通过以太网与监控系统相连，实现信号传输，做到远方监视泵站各设备，为泵站实现无人值班（少人值守） 提供技术保障。图像监视系统为彩色/黑白摄像机系统，在泵站中控室配置一台图像工作站，通过以太网交换机与各摄像机相连。系统可对厂房、泵组设备、高低压配电室、重要行人通道、闸前后等位置进行全面实时观察，并通过云台转动、可变镜头的调整，扩展监视范围。
二、自动化系统在水利泵站中的应用分析
1、微机监控系统在水利泵站中的应用分析。泵站监控系统采用三种控制方式：（1） 远方调度级控制方式：中心调度控制人员可以通过调度计算机系统，在远程对泵站的计算机系统实施遥测、遥信、遥控。（2） 泵站中央控制室控制方式：通过监控系统对泵站设备实施监视控制，有以下两种方式：第一、泵站自动控制：泵站主控级计算机按预先给定的水流量要求和其它限制条件，在上位机用一个指令完成对泵站泵组的启停控制。第二、手动控制：在控制台上，操作人员通过显示器、键盘、鼠标等设备进行操作。可实现分步按顺序组执行的方式，即每一步或每一顺序组完成后需经操作人员确认，才能进行下一步或下一顺序组的操作。（3） LCU 现地控制方式：上位计算机故障或必要时，可由值班员通过设在LCU屏上的控制按钮及仪表等实现对泵站设备的控制、调节、值班运行。以上三种值班运行控制方式选择中，现地控制方式级别最高，其次为中控室和远方调度。
2、微机保护系统在水利泵站中的应用分析。泵站继电保护采用微处理器构成的全数字式继电保护系统，保护装置采用标准化的机箱和插件板设计，所有组件通过标准机箱组装在保护单元箱内。保护单元箱内包含规定的保护功能、跳闸组件、监视、信号、检测、人机对话、通讯接口部件等，并能实现事故记录等功能。保护装置上设有液晶屏作为人机接口设备，用于运行监视、保护系统的调试、整定值的设定及记录、事故显示、确认以及对保护系统的电流、电压、功率、相位等实测值进行显示与记录。人机接口设备适应于缺乏程序设计知识的人使用。人机对话时自动闭锁保护出口回路，使人机对话中出现的错误不影响保护系统。
3、图像监视系统在水利泵站中的应用分析。泵站图像监视系统具有多分屏、定时切换、图像存盘、视频捕捉、云台控制、镜头控制、遥控开关、冻结视频、行动输出、视频报警布防、视频报警、检索、网络图像传输与控制、定时启动等功能，这些功能的实现保证了系统的先进性、可靠性以及实用性。同时整个系统采用标准的硬件技术接口，具有良好的开放性，为今后系统的扩展、互连及设备更新打下良好基础。
三、自动化系统在水利泵站中应用的意义
自动化系统在水利泵站自动化中应用的意义主要表现为：（1）监控系统应用的意义。计算机监控系统能迅速、准确、有效地对全站所有带微机接口的机电设备进行控制和监视。泵站控制层能实现数据采集和处理，实时控制和调节，安全运行监视，事故处理和恢复操作指导，维护管理，系统诊断等功能。监控系统实时采集泵站主要电气和非电气量及相关过程参数，包括模拟量、开关状态量、报警量和脉冲量。模拟量主要为电压、电流、频率、功率因素、有功功率、无功功率、水位及温度等；开关状态量包括机组及其附属设备、各断路器和隔离开关、泵站公用设备的有关状态、位置以及机组过程控制顺序的各状态；报警量采集主要指泵站运行的故障、事故信号以及参数越限报警信号的采集；脉冲量采集指的是接收有功电度和无功电度脉冲量或与电子式电度表通信，将电度量累加，具有对有功、无功电度按电网峰、平、谷时段累计的功能。（2）检测分析泵站各个控制点的参数。泵站自动化系统中的监控画面实时显示了各个主要设备的运行状况，有利于值班人员及时掌握系统运行情况，同时，能够实现泵站运行过程中设备的状态分析和事故报警，将发生的各种故障及时通过人机界面弹窗和事故音响告警反映给值班人员。系统维护人员可以在系统中对各个设备运行参数的设定值进行修改，根据不同时期的设备运行情况设定各个参数的上、下限值，提高自动化系统监控功能的灵活性和实效性。（3）调节泵站设备。泵站自动化系统应该能够实现水泵的启停操作、阀门开度的控制和供水工艺的连锁，使操作员能在值班室内对就地的水泵进行启停操作，并通过内部设置的连锁工艺要求，避免值班人员出现对水泵和阀门的错误操作。泵站自动化系统应实现操作远方、就地的两地选择性，便于值班员根据实际运行情况选择在远方或就地位置对设备进行操作。
结束语
综上所述，为了实现水利泵站“无人值班、少人值守”原则，泵站采用以计算机监控为主，简化常规控制为辅的监控方式及微机保护，组成泵站微机综合自动化系统，在保证本工程安全运行的前提下，很容易通过微机联网，实现多水源联合调度。
参考文献：
[1]丘传忻.泵站[M].北京：中国水利水电出版社，2012
[2]赵勇.试论泵站电气自动化的设计思路[J].陕西水利，2011（02）
[3]吴健，韦东.基于智能控制器的泵站自动化系统研究[J].中国水能及电气化，2014（15）