计算机自动化及远程监控系统在水利泵站的应用

孟令明，彭 菲，姜 爽，傅思维，邱天尧

（1.松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林 长春 130000；
2.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000；
3.松辽水利委员会水文局黑龙江中游水文水资源中心，黑龙江 佳木斯 154000）

水利泵站稳定运行必须实现对泵站管理的信息以及泵站工作的状况信息进行采样，任何环节的信息得不到采集将无法达到对水利泵站进行控制。过去传统泵站的运行控制都是通过人工进行控制的，水利泵站24 h 的运行中必须由工作人员坚守管理。由于人工实施控制管理存在很多无法预知的疏忽问题，水利泵站长时间运行经常会发生安全性的事故。为了杜绝这一类问题的发生，相关机构以及研究单位提出，将水利泵站的控制管理工作升级成由计算机进行自动控制，实现远程对水利泵站进行控制管理，从而提升控制管理泵站的效率以及安全性。

1.1 人工控制

人工控制主要是通过管理人员人工检测水位、流量以及水泵的转速数据，管理人员依据泵站运行控制的标准对泵站现有设备进行手工调节，人工控制具有很大的缺点，例如：人工操作精度不高、劳动的强度非常大，并且设备之间的协调性较差，不能使整个系统达到最佳协调运行。但是这种控制也存在一定的优势，例如：泵站简单成本低，非常适合小型泵站的运行调度。

1.2 半自动控制

半自动控制是将采集的数据传输到控制室，泵站相关数据会通过上位机展现出来，泵站工作的过程实时受到管理人员的监控，管理人员通过上位机数据变化对泵站实施远程控制，这种控制形式仍然需要人为进行控制，因此，这种控制形式会受到人为因素的影响，也会增减管理人员的工作强度。

1.3 自动化控制

自动化控制是计算机技术和工控技术相结合对水利泵站进行控制的技术，它是采集数据、处理数据与实时监控无人参与的控制模式。一般是利用PLC下位机进行数据采集、分析、处理，并对设备实施调控；
上位机由组态软件和PC 组成，与下位机通过网络实现通信，进而达到对泵站进行自动控制。

通过以上3 种控制形式的分析不难看出，自动化控制的形式具有一定的优势，其控制的自动化程度非常高，在监控、管理运行上非常完善，因此，这种控制形式是水利泵站今后发展的方向。

控制系统基本结构主要有上位机监控、PLC 下位机组成，系统在满足自动控制水利泵站的同时，还具有一定的扩展性与兼容性。

2.1 计算机的系统监控

确保水利泵站能够实现自控控制管理的关键因素为：控制系统必须引入对系统运行进行实时监控的功能，从而能够获得对系统进行自动调节数据。监控从功能上可分成管理层面、控制层面、设备层面等。见图1 所示。

图1 自动监控基本结构

管理层面主要是帮助管理泵站的运行以及对相关信息的收集，确保管理人员能够实时了解泵站实际的运行情况[1]。控制层面主要控制泵站实施自动化的控制，对泵站工作过程的信息、数据实施相应的处理，并能够实现图像视觉监控和人机对话的功能，进而达到有效提升泵站工作的效率。设备层面控制主要控制泵站具体阀门、机组、开关，同时还对泵站的阀门以及机组设备实施监控。具体层面控制能够通过相应接口和计算机实现信息的交流，同时通过相应软件实现在显示屏显示监控相关参数与信息，具体控制层面也能够实现对泵站进行独立的控制，实现收集数据、整理数据、控制泵站等一系列的工作，从而达到提升泵站工作的效率。

2.2 计算机控制保护系统

在水利泵站自动控制的过程中，计算机保护系统能够确保泵站稳定工作，它能够保证泵站各单元独立工作。泵站各系统通过总线互相通信，当某分支系统出现问题，控制系统会自动将其断开，防止发生由于一个分支系统出现故障而影响整个系统的运行。为了使各系统具有一定的独立性，各系统都配备独立完善的控制系统，避免各系统之间存在连带性。

2.3 影像监视系统

该系统主要是通过WinCC 组态实现的，影像监视系统的播放是利用多媒体技术实现，从而确保工作者能够实时地掌握泵站运行的状况。

在监控状态下，工作者达到对各个泵站的工作现场实施监控，在远程管理平台上能够掌控泵站实际运行的状况，进而达到有效提升操作人员管理、工作的效率。

3.1 针对泵站设备工作的状态进行检测

水利泵站在实际的运行过程中容易出现很多问题，要确保水利泵站能够安全可靠地运行，必须对其运行的各个设备进行运行状态的检测，从而能够实时了解泵站工作状态与参数。在泵站运行的过程中，系统监测能够对泵站中的各个部分运行的状况实施监测、进行实时的数据采集，随后系统会将采集的泵站设备工作运行的相关数据以及相关信息传送到计算机，计算机会将这些数据和系统智能专家实施比较与分析，通过分析的结果，在分析计算泵站运行设备是否存在问题，同时针对问题实施科学性评价。上述过程是一个非常复杂具有一定高度的控制过程，在国内外已经有很多专家研究学者对其进行了大量的研究与实验，而且在这方面取得了很多经验与成绩。在水利泵站实际的运行过程中，设备运行状态的检测是一个相对独立的信息系统，但实际上它与控制系统又是相互联系、相互帮助的关系，因此在水利泵站实际运行过程中，两者需要相互结合、相互促进，达到资源相互共享。

3.2 运行的管理

当前对于自动化控制的研究以及使用已经非常成熟，但仍然在很多机械设备的运行不能达到自动化控制与自动化监控的程度，尤其水利泵站的运行控制，水利泵站运行的过程较为复杂，一方面泵站的工作环境相对较为恶劣，这对于控制系统提出了很高的要求；
另一方面，水利泵站控制的过程也相对复杂，这也对控制系统提出了技术要求。因此，针对水利泵站实际的环境以及工作的原理，首先对于自动控制系统设备的选用进行严格的要求，使其能够在恶劣的环境内正常工作；
其次针对水利泵站的工作原理，对其控制进行深入的研究，使其完全能够满足控制的要求，并在控制的软件设计上，加大对采集数据能够精确分析以及智能判断的研究与实现；
最后利用闭环检查的方式达到对水利泵站运行设备进行管理。

3.3 控制流量的系统

水利泵站工作的主要内容是控制泵站的水量大小，因此，针对水利泵站进行流量控制是水利泵站工作中的关键点，这也是计算机自动控制与自动监控的最重要功能。在对水利泵站进行控制与监控的过程中，其主要的工作是全程对泵站的流量变化进行监控，在对流量进行监控的过程可从以下几方面实施：①在水利泵站工作的过程中，全程监控泵站水流量数值参数的变化；
②在水利泵站工作的过程中，对沿线各个分水点水量参数的变化进行检测，同时还要对泵站设备工作状况以及水库实际情况进行监控。在实际流量检测的实施中，首先设定检测时间段，对水利泵站在静态时的水流分配以及动态时水流量实施检测，假如监测显示流量变化较小，可对泵站运行的机组进行调整叶轮使其达到一定的平衡，当检测显示流量的变化较大时，可相应减少运行机组的数量达到调整的目的。

3.4 调度

水利泵站的调度是保证泵站能够安全可靠运行的基础，在水利泵站日常运行的工作中，必须与泵站实际的工作状况相结合实施相应的调度工作。调度指挥中心的工作人员必须根据计划设定的流量以及相应的方案，确保泵站能够正常运行。在实际工作的过程中，要对水利泵站进水池与出水池之间水位差以及泵站设备的运行数据实施校对，当在确保泵站系统能够安全、可靠运行的基础下，对运行的方案实施进一步的优化，同时把控制信息传输到相应位置，随后对应流量产生的变化，再对流量的控制进行相应的调整。当前，我国在水利泵站上实现自动化的控制与自动化的监控的单位很多，且部分水利泵站已经实现了少人值班，甚至出现了无人泵站的地方，最终完全实现了远程控制与监控的目的。

4.1 自动控制系统中计算机监控的应用与分析

对泵站运行状态实施计算机监控的具体方法有3 种：①远程监控的方式，管理人员可以远程通过计算机控制系统监控泵站运转工作；
②通过泵站控制室对泵站的运行进行控制，这种控制主要是管理人员通过手动进行控制与对设备进行调节工作；
③利用LCU 进行自动控制，这种控制方式是计算机控制发生故障时使用的，管理人员通过触摸屏启动停止设备运行，运行过程都是通过LCU 中的程序进行控制，它能够确保泵站稳定工作，并且能够合理实现设备之间的最佳配合。

4.2 泵站工作过程中计算机保护应用与分析

泵站计算机保护能够确保泵站控制系统正常运行，本保护具有全数字化的保护功能，且保护装置组件均装于保护箱内，保护箱能够将出现的事故进行记录，并能够将上述的数据通过保护箱显示屏显示出来，显示器具有人机交互的功能，其操作非常简单，就是不懂程序的操作人员也能通过汉字提示进行正常操作。

4.3 泵站工作运行状态图像系统的应用与分析

泵站工作运行状态图像系统能够减轻管理人员的实际工作量，可以实现远程对泵站进行监控、各区分屏显示、图像信息存储、运行异常报警等，不仅能够提升对泵站管理的效率，同时还能实现泵站自动控制。另外，泵站图像系统还具有扩展硬件接口，从而使其具有很高的功能扩展，从而为今后泵站的升级与优化提供了开发基础。

随着当前计算机技术的高速发展，水利泵站逐步进入到计算机控制时代，计算机的自动控制为泵站运行工作带来非常大的帮助。因此，应该大力发展水利泵站计算机管理与控制的实施，确保我国在水利泵站的管理与运行实现现代化。水利泵站实现计算机管理与自动化控制，不仅能够提升泵站的工作效率，同时还能够减轻管理人员实际的工作强度，另外还能减少由于操作失误带来运行事故几率。随着我国经济、科技的高速发展，我国在水利泵站运行控制方面将会全面实现计算机管理与控制，进而会推动水利泵站经济效率的大幅度提升。

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