卢慧德

（广东省佛山市高明区沧江泵站管理处，广东佛山 528000）

沧江泵站安装有4台立式全调节轴流泵，总装机容量5000 kW，是广东佛山高明区高明沧江水利工程的重要环节，是一个极为重要的水利枢纽。基于此，沧江泵站自动控制系统在高明沧江水利综合自动化系统工程中处于重要地位。

沧江泵站自动控制系统采用分层分布式系统结构，分别为现地控制系统、中控室监控系统、视频监控系统、信息管理系统。

1 现地控制系统

现地控制系统为LCU 控制柜，监控现地各分散的设备：LCU 的PLC 与以太网交换机采用双绞线连接组成星型以太网；高低压交流电量采集、微机保护装置、机组的励磁系统等设备与现地PLC 之间采用RS-485串行通信网连接，通信协议为MODBUS。微机保护装置中的重要信号采用硬接线的方式和PLC的I/O 模块连接。

控制系统按控制权分现地控制、泵站控制室监控，主、备计算机工作站可以按需要自行转换。控制权限的优先次序是“现地控制、泵站控制室监控”。现地设备电气控制箱均配备自动/手动切换的按钮，当检修试验时或LCU 和上位机出现异常时（如信号中断等），实现现地开停机操作。根据沧江泵站的供配电系统、工艺运行参数、水泵机组工作状态等进行检测和控制，完成泵站工况检测和控制的同时，向沧江水利工程中控室监控系统传送采集的信息；接收中控室监控系统下载的数据、调度或应急命令。

1.1 泵站数据采集和传输

沧江泵站现地控制系统是整个系统的一部分，负责整个泵站遥测量、遥信量、遥控量的采集和传输，其监控通信工作主要由PLC 完成。

（1）监测。控制设备的分合状态；10 kV 侧电压、电流、功率等；水泵电机电压、电流、功率、功率因数、电量、效率、电机温度、叶轮角度；站用变压器的电流、电压、温度、冷却风机、功率等；内、外江侧水位；各种辅助设备的状态。

（2）控制。控制电气断路器的分合闸；控制设备断路器的分合闸；各种辅助设备的控制；励磁装置的控制；水泵叶轮角度定位。

沧江泵站现地控制系统的核心是PLC 系统。电量变送器、水位测量仪表、机电控制设备完成现场电量信号、非电量信号、状态信号的转换，并向PLC传送；控制继电器完成PLC 发出的控制命令；PLC 系统收集现场设备、仪表传送的信息，转换成数字量，按预先编制的程序，对这些量进行计算、判断、比较，将结果送至相应的寄存器单元，输出控制命令至控制继电器完成对水泵、辅助设备、电柜等设备的运行控制；显示操作盘作为人机接口界面为值班人员提供泵站工况显示和手动操作，通过光缆与中控室监控系统通信。

1.2 水泵控制

水泵的控制分为3级：基本（水泵配电柜）控制级、就地（PLC）控制级、中央控制级，完成水泵的维修试车、水泵就地手动/自动控制、水泵远程遥控。在就地（PLC）控制级和中央控制级时，水泵控制运行处于就地手动、就地自动、远程遥控3种模式，这3种模式由就地PLC 控制柜上的控制模式切换开关选择，在模式变化时，泵站运行设备的工况状态保持不变。

（1）基本（水泵配电柜）控制级：在馈电给水泵机组电动机的配电柜上设置机侧操作/远程运行的转换开关，基本控制级就是水泵处于维修状态或监控系统处于检修检查时，维修人员或值班人员在配电柜上操作按钮启动/停止水泵，是维修人员对水泵进行维修试车或性能检查的一种手段或是监控系统处于检修时的临时操作方式。在远程运行状态下，水泵的操作权限转交给就地控制级或中央控制级。

（2）就地（PLC）控制级：就地控制是水泵控制主要级，是实现“无人值守”技术的基础，是实现泵站安全、稳定运行的关键，是沧江泵站监控系统关键工作之一。在就地控制级，水泵的运行在“就地手动”和“就地自动”。①就地手动。在沧江泵站监控系统的显示操作盘面板上设有控制水泵运行的手动按钮，泵站值班人员根据要求，选用泵站中可用水泵，通过显示操作盘面板上按钮控制水泵的运行或停止。在这种控制方式下，操作面板上只有水泵的控制按钮，操作人员选择控制某一台泵时，PLC 程序将根据水泵运行操作规程，按时序和联锁关系控制水泵以及相关设备。在进行上述操作时，操作面板上将显示泵站中目前运行累积时间最短的泵号和目前正在运行时间最长的泵号供操作人员选择。②就地自动。就地自动控制是一个预留的功能，主要是根据整个沧江水系对沧江泵站的运行要求为依据，由PLC 自动控制泵站的运行/停止，在泵启动/停止控制操作时，PLC 将按照就地手动模式下的两种方式控制逻辑对泵进行按时序及设备联锁进行控制。

1.3 系统联锁

为了沧江泵站的安全、可靠、稳定运行，必要的系统联锁是需要的。这里所述的联锁是PLC 的软件联锁，主要对水泵控制而言。

（1）水泵的启动联锁条件：10 kV 电压正常；10 kV 供电系统无故障；水泵冷却风机运行；水泵冷却水电磁阀打开、有流量；水泵电机励磁电流正常、无故障；水泵电机馈电回路无故障。在这些条件满足的情况下，PLC 才输出水泵的启动信号，否则封锁水泵启动信号输出。

（2）水泵紧急停止联锁条件：10 kV 供电回路故障；水泵馈电回路故障；水泵冷却风机停止、故障；水泵冷却水无流量；水泵电机励磁柜故障。在上述任一条件发生，PLC 输出水泵的停止信号，封锁水泵启动信号输出。

1.4 系统的故障信号

（1）水泵故障。沧江泵站现地控制系统的水泵故障信号是一个综合信号，是以下信号的组合：电机过负荷动作跳闸；低电压保护动作跳闸；宗联差动保护动作跳闸；失步保护动作跳闸；保护继电器动作自锁未复归。

（2）10 kV 供电变压器系统故障。沧江泵站现地控制系统的10 kV 供电变压器系统故障信号同样是一个综合信号，是以下信号的组合：工作电流过流；零序电流过流；单相接地故障。

故障信号的输入方式，对于电机的故障信号以及10 kV 供电系统故障信号、变压器系统的故障信号均从综合自动化保护装置系统以MODBUS 通信方式数据总线传输。

1.5 电力系统的保护

继电保护对电力系统安全运行至关重要。继电保护产品必须对电力系统内的任何故障给予毫秒级的快速反应和检测，以保证电力系统的安全，避免电力系统损坏和系统的瓦解。沧江泵站的供配电系统的保护自成系统，可单独对保护参数进行调节。通过数据通信接口向监控系统上送电力系统的状态与工作变量。①10 kV 进线继电保护，沧江泵站的10 kV 进线继电保护包括短路、过流、接地保护。②主机组继电保护，主机组继电保护包括差动保护、过电流、过负荷、低电压、失步保护级温度保护。电机保护继电器组合了一系列电机所特有的保护元件，具有测量、监视和控制等功能，还包括顺序时间记录、高精度表计、变电站电源电压测量和单元断路器监视能力，是电机保护的完善选择。③站用变压器继电保护，站用变压器继电保护包括短路、过流、过电压、和温度保护。④其他低压电路保护，沧江泵站的低压保护均利用低压电路主开关脱扣器作为过载短路保护。

2 中控室监控系统

中控室监控系统位于控制室，设置2台操作员工作站，采用星型1000/100 Mbps 以太网络网络结构，通过网络交换机和PLC 联系，网络协议为TCP/IP 协议，中控室监控系统组成开放的计算机网络系统，保障数据传送的畅通。系统设备包含一台网络交换机，2台操作员工作站。

中控室监控系统功能包括各种图表、曲线的生成，事故、故障信号的分析处理，在线或离线计算功能，数据库管理，整个工程计算机自动化监控系统的管理。运行管理人员通过监控系统的图形化画面，进行整个工程运行控制、数据库报表管理和监视。

沧江泵站现有4台水泵机组，两台机组共用1套LCU，设公用LCU 1套，共3套现地LCU 柜。现场控制单元通过工业以太网络实现集中控制层与各现地控制单元连接交换信息，实现现地设备的控制、监视及数据共享。一些没有通信接口的设备需通过现地控制单元的I/O 模块实现设备的状态检测和控制。

自动控制系统按照“无人值守”的标准进行设计，运行管理采用自动控制系统进行。系统必须满足以下条件。

（1）系统安全可靠，并且有自诊断功能。系统的关键部位如系统主机应具有冗余配置，互为备用。

（2）采用业界流行的控制模式，即开放的计算机网络系统。

（3）系统的性价比高，经济实用。

（4）系统应具有较好的可维护性，设计标准一致，统一规范，具有方便友好的人机界面。

（5）应充分考虑系统的抗干扰及防雷电破坏能力。

（6）系统结构和设备选型均达到全开放式的要求，便于系统功能和设备的扩充，便于与日后发展的各系统连接与通信。如与上级调度中心计算机系统通信，实现遥信、遥控、遥测、遥视、遥调；与工业电视通信，实现遥视功能。

3 视频监控系统

3.1 系统设计

（1）视频监控系统主要负责泵站现场情况的实时监测，监控操作系统位于中央控制室，设置18个视频监控点。视频监控点就近配置光端机进行视频传输。各视频监控点的监控信息通过光纤交换机经网络硬盘刻录机送至服务器。

（2）视频监控系统的电源、信号以及控制线均沿电气的电缆沟敷设，为避免信号干扰，在电缆沟内敷设时应沿着自控电缆层的金属桥架敷设。出电缆沟后穿保护管埋地-0.8 m 敷设至监控点。

（3）室外监控摄像头的电源均来源于中控室、就近LCU 柜或配电箱，室内监控摄像头的电源来源于各单体照明配电箱。

（4）视频监控系统预留有上传通信接口，以方便统一管理。

（5）UPS 备用电源的输出端PE 线进行重复接地。

3.2 功能设计

（1）能全天监视目标场所，做到图像清晰，控制灵敏，画面质量达到1080 P 的画质。

（2）所有图像可在平台主机和阵列上进行录像记录，并可抓拍打印画面。

（3）安防监控系统能对全部监视点图像实时（不低于25 帧/s）录像，录像分辨率应达到1080 P。所存贮的图像资料能频繁回放，回放可单帧和连续；图像可长时间存贮，图像质量始终不变。系统具有长时间工作的全自动化能力，可实时监测视频图的变化，画面有变化即进行录像，不变立刻停止（即差异存贮），不会丢失任何视频图信号，并根据设定的触发事件发出报警信号。

（4）视频监控控制系统应能直接控制镜头。而这些控制均应通过标准键盘和鼠标来实现，方便现场监视人员调整镜头画面。

（5）系统具有便捷的影像搜寻能力（可根据摄探头编号、时间段进行搜寻）与回放操作，使用者能快速找到需要的影像进行画面剪辑和拍照，进行后期作业。

（6）系统使用统一平台软件，使生产安防监控系统与视频监控系统能统一管理，用户只需与系统联网即可实现远程监控。

（7）系统提供相应软件以实现各种自动功能，如自动网络联机、预约录像和循环录像等功能，系统一经设定后即可自行工作，减少人力管理的麻烦与维护的成本。

（8）操作人员可以用监控计算机控制闭路电视监视系统，系统提供密码保护装置。监控的电源线与信号线均设置防雷保护装置，对前端设备和后端系统设备进行保护。防雷保护装置在不影响监视系统正常运行的条件下，能够承受预期通过它们的过电压和雷电流，确保监视系统电子设备不受损害。

4 泵站信息管理系统

泵站信息管理系统包括综合数据库系统和决策支持系统。

（1）综合数据系统对涉及的众多信息进行信息分析、信息流程分析，在此基础上，对综合数据库进行逻辑设计，提出综合数据库的逻辑结构，并将数据库分成关系表数据库、GIS 图形数据库、超文本数据库和多媒体数据库4大类型，针对个数据库分别采用相应管理模块来实现关系表数据库的存储和管理。为系统与各应用子系统之间、子系统与子系统之间的数据交换提供服务，设计数据访问接口。数据库管理系统除了数据库的数据管理、备份等日常维护工作外，还需要针对不同访问者，不同访问类型和不同数据对象进行安全性管理，为此进行了数据库维护管理模块的设计。

（2）决策系统的总体功能是为水资源的调度决策提供全方位、全过程的支持。根据支持对象的信息需求和支持功能的不同要求，可将系统总体功能划分为3个层次：信息接收处理与水情工情监视、业务分析处理、信息服务和决策支持。

5 结束语

沧江泵站自动控制系统具有结构微机化、功能综合化、运行管理智能化、监视操作屏幕化等特征，可全面提高泵站运行管理的技术水平和现代化管理水平，提高泵站的经济效益和社会效益。