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1、第二十五讲：泵站自动化与信息化技术第二十五讲：泵站自动化与信息化技术水利讲坛 本栏目由水利部人事司主办. 栏目热线: 、联 系 人:邵自平,壬 莉第二十五讲:泵站自动化与信息化技术主讲人:李 彬泵站自动化经过十多年的发展.体系结构经历了以工 综合业务应用系统用于辅助完成泵站日常运营工作的管理。一般组成如下:业控制计算机为基础的集中式数据采集系统和监控系统.到以集散控制系统或者以此为基础的分布式泵站计算机 网络及通信系统。主要包括:通信介质、网络设备、网监控系统,发展到了能够实现集测量、控制、管理干一体的 络通信管理系统等泵站综合自动化监控系统 计算机监控系统。主要包括:信息的采集、主机组与辅目
2、前我国对泵站自动化的认识仍然存在不足,认为将 机组的控制与监测、事故的报警与运行记录等。泵站开停机操作从柜前操作移至计算机屏幕前的鼠标操 视频监视系统。主要包括:视频监视控制、摄像头、储作即为泵站 自动化系统,忽视实施泵站自动化的真正内在 存设备及显示设备需求与目的,忽视了泵站经济运行、水资源优化调度、设备 运行调度系统。泵站运行调度以泵站 泵站群整体的管理、智能故障诊断、信息化应用等核心需要。直接导致的 运行状态为最优目标,根据不同工作工况确定泵站的工作结果是投入很多资金、人力与物力,但资源利用率很低.造 方式,包括确定不同型号水泵的开启台数、开启时间、水泵成大量设备利用率不高与闲置流量调节
3、、水泵叶片角度、变电站的工作方式等。实施泵站自动化的目的是为了实现泵站信息化,而泵 信息管理应用系统。主要包括:泵站远程控制和调度站信息化是以提高泵站运行效率、加强泵站运行优化调系统、泵站远程视频监视系统、泵站基本信息管理系统、泵度、实施泵站现代化管理为目的.最终是不断提高有限的 站运行实时信息管理系统、水费计收系统、综合办公自动水资源利用率。 化等系统泵站信息化系统结构与组成 二 泵站计算机监控系统功能与应用从概念上讲,信息系统是利用数据采集与传输技术、 泵站计算机监控系统,是整个泵站信息化系统中最重计算机网络技术、数据库建设、多媒体技术、业务需求等技 要的基础,是泵站实施信息化的重要保证。
4、离开了泵站计术构建的一个管理平台,在此平台基础上通过实现各业务 算机监控系统这基础,泵站信息化也失去了最基本的意系统之间的数据和信息共享,构建以满足行业业务需求勺义。因此,必须从规划、设计、建设给予重视,特别在泵站计目的的纯软件业务应用管理系统。因此,泵站信息系统的基算机监控系统的数据采集与通信、功能需求上要得到充分本结构可以概括为 大部件,即信息源、信息处理器、信息 的保证。其主要功能有:用户和信息管理者。此外,还包括计算机网络、数据库和应.数据采集和处理功能用管理等扩展部件 泵站信息化系统的数据采集和处理。是泵站信息化基泵站信息化的建设,包括:骨干通信网络、泵站计算机 础数据来源之一,是通
5、过泵站现地设备控制层的现地控制监控系统、视频监视系统、运行调度系统、泵站备业务应用单元与泵站监控层来实现的系统。通信网络是泵站信,皂、化的基础,用于将泵站泵站群 现地控制单元数据采集同泵站管理信息中心进行联网,实现泵站同信息中心间的能采集如下信息: 电量信息。包括泵站的总电流、电视频、控制信息等传输,实现各泵站闻、泵站与信息中心问 压;机组运行电流、励磁电流、励磁电压;主变负荷电流、电的信息互通与共享。泵站计算机监控系统啊于对泵站运行压、有功功率、功率因数、有功无功电度等。 非电量信息。的关键机电设备进行监控和保护,并完成对泵站日常运行 各测点温度、水位、油位、流量、压力、振动、位移、窜动等。
6、的控制和管理。视频监视系统用于对泵站关键区域的宴时状态量信息。包括机组运行、停机、检修状态.阀门的开监视。泵站运行调度系统用于辅助泵站的调度运行。泵站闭状态,刀闸的分合状态,泵站辅机设备的工作状态,主变 水利讲坛 . 中国水利压器、馈线的投运、退出状态,有载调压变压器抽头位置现自动停机等。 开关量控制量信息。包括泵站主机的启停,闸门升.数据通信功能降,各种阀门开闭,泵站辅助设备如排水泵、油系统、风机 与温度巡检系统通信。主要有:定子温度、上下导瓦等的控制,直流系统、励磁设备的调节与控制,主变、馈线温度、上下油缸温度、推力瓦温度等。 与多功能仪表通投退,主变压器有载调压控制等。 保护信息。包括各
7、种保 信。主要有:各相电压与线电压、各相电流、有功功率、无功护动作事件的记录,保护定值的管理等。功率、频率、功率因数等。与微机保护装置通信。主要有:数据处理 装置识别信息、开关量输入信号、异常信号、故障信息、控各类数据合理性比对与检查,工程单位变换等。 制信息、断路器跳合闸信号、时钟对时信号以及各项电压、状态数据检测、互锁逻辑运算、越限检查与报警信息的产 电流、有功、无功等参数。 与叶片角度调节系统通信。主生。事件数据的记录与处理。包括主要事件的动作顺序、 要有:叶片角度、油压、油位、油温以及叶片角度调节系统发生时间毫秒级、事件名称与性质等。 数据计算。包括运行状态等其他信息。 与水雨情测报系
8、统通信。主要有:主要设备综合状态量的逻辑诊断,电度量、机组流量、功水位、流量、降雨量、温湿度等水雨情信息。与生产管理率、效率等数据的计算与累加。系统通信。主要有:抽水量、流量、机组扬程、机组效率、开.控制与调节功能 机时间、运行台数、叶片角度、系统电参数、系统水文参数、泵站计算机监控系统控制与调节,是泵站自动化也是 闸门运行工况、机组运行其他工况等。 与上级调度系统泵站信息化运行调度的主要功能之一,主要能够实现:一通信。主要有:机组运行工况、变配电系统运行工况、闸门是能根据预定运行规则与参数,或按照运行人员、远方调运行工况、机组开停机以及系统电参数与非电参数等。度命令对主机组、共用辅助设备、变
9、配电设备、闸阀等设备 与同步电动机励磁系统、直流电源系统、火灾自动报警及进行手动或自动调节。二是控制与调节方式。系统一般分 消防系统通信为三级控制,优先级由高至低次序为:现地设备控制层控.数据存储与查询制、泵站监控层控制、远程调度层控制。现地控制单元可以 数据存储.是构建泵站信息化应用系统的数据库主要通过设置的切换按钮完成手动控制或者按程序控制. 在系 环节,一般按照 或 等通用的、标准的、具统处于泵站主控级控制与远程调度控制的模式下手动无有较好安全性的数据库结构进行存储。一效,但可以任意时刻切换到现地控制单元控制模式下运 是建立实时与历史数据库,完成相关数据记录储存行。有条件的情况下,现地控
10、制单元可以设置人机对话设 二是可以通过图形、曲线、趋势线、报表等方式显示、查询、备,方便泵站生产过程安全监控、在线诊断、系统参数设打印历史数据库中的数据与信息。三是历电数据保存时间定、控制操作、权限修改等工作。泵站主控级控制与远程调 至少 年,重要数据应可以转储。四是机组运行管理。实现度控制操作人员在授权情况下,可以通过点击软件控件或 对每台机组与其他主要设备的运行小时数、正常停机小时者输入命令,系统调出控制模拟或者操作流程,经过进一 数、故障与事故停机小时数、动作次数、故障与事故次数、机步确认后,系统可以自动完成相关操作。 组耗电量等的统计与计算。五是操作情况记录。断路器、隔离开关、机组、闸
11、门等设备的操作记录,包括操作内容、动作.监视与报警功能系统运行状态实时监视 开始时间、动作次数、是否操作成功、故障失败原因等。六是可实现对水泵机组、公用设备、辅助设备、变配电系统 整定值或者其他定值变更记录。包括上下限值、越限值高、等重要设备进行实时监视。同时,视频监视系统可以实施 低限值 以及其他定值变更记录。七是事故与故障记录。包同步监视与录像. 括事故与故障发生时间、内容、次数以及排除方法等记录。 过程监视三 泵站信息化系统功能与应用实现对水泵机组、公用设备、辅助设备、变配电等主要设备的启停与投退过程实施监视与顺序记录.当发生过程 泵站信息化系统是以泵站计算机监控系统、微机保护系统、视频
12、监控系统、网络通信系统为基础,通过泵站各业受阻时可以给出明确的受阻原因。事故与故障信号报警与记录 务系统之间的数据和信息共享,构建以满足泵站安全监视、优化控制与调节、经济运行、信息共享与泵站标准化管能够完成状态输入故障信号、综合故障信号、参数越理等为目标的泵站综合数据库信息业务应用系统限等信号的画面报警与数据记录。能够定时巡回检测各类故障信号.当发生故障时应该完整记录故障名称、发生时 泵站业务应用系统应根据泵站信息化建设的实际需要,因地制宜,首先满足基本业务需求,满足整体规划要间以及故障等级等数据 主控级或者重要故障与事故报警求,保障各业务系统协同工作。时,可以自动发出声光报警信号,严重故障或
13、事故时,能寞水利讲坛. 化一般流程。泵站业务应用系统建设应根据排涝、灌溉、供水等用途不同而有所区别 同一类泵站还应根据单站或梯级泵.泵站运行实时信息管理系统泵站运行实时信息管理,关系到泵站是否能够安全运站的功能加以区分 考虑到功能不同的排涝、灌溉、供水泵站,其相关的信息也有区别。因此,不同业务功能的泵 行,无论是现地还是远程。实时运行信息管理都是必须的,一站信息管理系统应根据业务需求、信息资源的特点等进 般要求达到如下功能:能根据时问间隔要求及时、完整行必要的调整,不能混淆。即使是同一类泵站,也需要对 地记录下各类设备 电气、泵等 的运行参数,以便于今后统计分析和查询等;各类设备操作记录.如操
14、作票等信息信息和业务的相关性进行系统思考,综合考虑多个泵站能进行统计和查询,规范各类设备的操作程序和规则;各之间的衔接问题。对于排涝与灌溉泵站,其信息化业务应用系统可以包 类设备在运行过程中.出现事故、故障等情况能自动记录,含泵站远程监控系统、水雨情测报系统、泵站运行调度系 或事后人工输入计算机,统一进行管理和分析;各类运行统、视频远程监视系统、调度计划管理系统、水费计收管理 日志实现计算机管理,能满足无纸化的要求。图 为泵站系统、基本资料信息管理系统、工程信息与安全管理系统、 运行实时信息管理系统一般功能要求。对于水雨情测报系统、调度计划管理系统、供水计费办公自动化管理系统等等。图 为一般泵
15、站信息化应用系统结构示意图。 收费管理系统、基本资料信息管理系统、办公自动化管理等系统.在泵站信息化初步规划阶段就必须做好需求分.泵站运行调度系统泵站运行调度系统应根据泵站运行调度的实际需求 析,根据各泵站的实际情况决定需要哪些系统与功能。以及泵组自身的结构和运行工况,构建单泵经济运行泵站远程控制系统 泵站现地控制系统模型和泵站群及梯级泵站调度管理模型。优化调度的泵站运行调度系统 基本资料信息管理系统泵目的.就是在满足泵站扬程站泵站运行实时信息管理信与流量的基本要求下,寻求 泵站信息管理应用系统息水费计收管理一 化种最佳的运行方式,使泵中心 办公自动化系统站产生的效益最大,或者说 工程信息与安
16、全管理泵站信息化在产生相同效益时消耗的 综合数据库水雨情测报系统成本最小。具体方法就是利泵站现场视频监视系统泵站远程视频监视系统用计算机技术来建立泵站对象的数学模型,根据确定图 泵站信息化应用系统结构示意图的调度准则 以水泵效率最高、泵站效率最高、泵站能耗最低、泵站水费成本最低、 单机组、多机组优化模型的建立泵站流量最大等为准则和对站内优化模型进行修正,建立模型相关约束条件,建立泵站优化调度数学模型和泵站优根据 标函数,确定相应约束条件流量扬程化调度决策支持系统.利用泵站计算机监控技术和信效率转速 确定独立变量 确定关联变量息技术对泵站运行进行优分时电价叶轮角度化调度。同时利用计算机监 对独立变量进行离散控系统测出每台水泵机组的效率.通过计算优化组 构建独立变量与关联变量的联系合.根据灌溉需要的流量.以提水费用最少建立优化模型组合选择高效率机组联合运行,实现泵站安全、高效、结果比较与分析,确定不同时段、不同流量的最优运行状态经济运行,有效降低泵站运图 泵站站内优化一般流程示意图行能耗。图 为泵站站内优一
