CN1368703A - 泵站计算机监控系统 - Google Patents

Abstract

泵站计算机监控系统,包括调度服务器、工作站服务器、现场LCU监控制单元、组网设备以及监控软件。本项目是完整的泵站、水电厂计算机监控系统,同时,系统以电力监控和泵组监控两个既分开又联系的分系统组成,不但可以完全满足泵站的综合自动化及无人值班的要求,而且能够满足电力系统的综合自动化及无人值班的要求;另外,监控系统以组态的形式适用于不同的工程,能够减低工程的造价,降低成本,又能够适用于工程项目的发展扩建而重新组态。

Description

泵站计算机监控系统

本发明涉及一种计算机监控系统，特别涉及一种对泵站进行监控的计算机监控系统。

泵站是治水、循环供水和引水工程措施中不可缺少的组成部分。如在农田灌溉、排涝、梯级引水工程、电厂供水、城市供排水等工程措施中，泵站都是不可缺少的组成部分。其控制和管理的自动化程度直接或间接的影响这些领域的经济效益。

在跨流域梯级引水和跨流域梯级排灌等大型工程中，泵站工程复杂，泵站里的泵组较多。在这种大型工程系统中，必须实现对泵站的自动化管理和优化调度运行。优化调度运行是建立在优化模型和泵站控制自动化的基础之上，泵站控制的自动化是实现优化调度运行的必要条件之一。

目前，人们采用计算机技术对泵站进行监测，或采用常规系统和计算机监测系统并存的方式实现对泵站的管理，而没有采用计算机技术对泵站进行控制和管理。计算机监测系统只能完成数据监测和处理，未能做到计算机控制和调节泵组。多年来因在水利系统大多数泵站本身所产生的直接经济效益并不显著，或在其他领域泵站处于非重要的地位，故人们对其监控系统研究甚少，完全取消常规的控制系统而依靠计算机监控系统来监控泵站的有关资料未见载述，泵站一直依靠人工运行和管理。

大多数泵组采用继电器逻辑控制、独立的检测装置或仪表。这样运行方式落后，存在很多问题：

●现有控制和检测手段无法迅速地采集和处理大量信息：依靠

  人工巡检记录、信息得不到及时的监控；

●事故发生后，由于缺乏相应的告警信息，往往不能对事故原

  因作出正确的分析；

●各控制之间不能进行可靠的安全闭锁，不能完全避免操作员

  的操作错误；

●不能进行复杂的计算，无法进行优化运行；

●不能进行远程控制，对于梯级泵站无法进行联合调度运行；

●运行管理落后，大量的统计报表靠人工填写。

目前，先进的泵组控制系统是电气设备就地控制，通过载波、微波实现远方遥信、遥测，也没有采用计算机进行控制实现“四遥”(“四遥”指：遥控——控制远方泵站、泵组启动或停止，遥调——对远方设备的设定值进行设定或修改，遥信——对现场控制单元的信号量、故障报警量、状态量进行显示，遥测——对现场控制单元的计量进行显示)功能。并且与远方信号连接采用电缆连接，存在投资多又繁杂，而且系统不可靠，故障率也高等不足。

改变这种落后状况，提高整个泵站工程的管理水平的重要措施之一，就是采用计算机技术实现对泵站监控。

随着计算机软、硬件技术、网络技术、通讯技术和控制技术的发展，研究一套安全、可靠、维护和操作方便、满足泵站运行要求的计算机监控系统是非常可行和必要的。采用计算机对泵站进行运行管理，不但能够提高系统运行的稳定性和可靠性，而且能够降低运行成本，减少维修费用取得明显的经济效益。将计算机系统应用于泵站能够实现泵站的自动化，实现优化调度运行；同时满足无人值班的要求。

本发明的目的是将计算机技术应用于泵站公开一种能实现对供排水等泵站运行自动化管理、运行优化调度的泵站计算机监控系统。

本发明的技术方案是：

泵站计算机监控系统，包括：

1、用于发送调、控指令给分站层服务器和接受、处理分站层服务器馈送数据的远程服务器；包括：发送遥控、遥调指令给分站层服务器的装置；接受、处理分站层服务器馈送数据信息的装置；输出各泵站、泵组运行情况和历史资料的装置。

2、至少一台用于接受和处理远程服务器发送来的遥控、遥调指令，馈送现场控制单元LCU的数据给远程服务器，发送遥控、遥调指令给现场控制单元LCU和接受、处理现场控制单元LCU馈送数据的分站层服务器；包括：发送遥控、遥调指令给现场控制单元LCU的装置；检测现场控制单元LCU是否有故障的装置；检测与远程服务器和现场控制单元LCU是否有通讯故障的装置；SOE记录、置事故停机标志的装置；故障报警记录的装置；接受和处理远程服务器发送来的遥控、遥调指令的装置；馈送现场控制单元LCU传来的数据给远程服务器的装置；送现场控制单元LCU传来的数据给数据库的装置。

3、至少一台用于接受和处理分站层服务器发送来的遥控、遥调指令以及对现场进行监控的现场控制单元LCU；现场控制单元LCU至少包括用于监控泵组运行的控制单元LCU；用于监控泵组运行的控制单元LCU至少包括：接受和处理分站层服务器发送来的调、控指令的装置；监测共用设备是否满足设定开机条件的装置；监测泵组进水口工作闸状态的装置；监测泵组进水压力、出水压力是否正常装置；监测顶车装置限位开关下限的装置；监测密封、推力冷却水泵控制电源是否正常的装置；监测推力轴承冷却水是否正常装置；监测下导轴承冷却水是否正常装置；监测浆叶调节机构冷却水是否正常装置；监测下导轴承润滑水是否正常装置；监测密封水是否正常装置；监测推力轴瓦温度是否正常装置；监测上、下导轴瓦温度是否正常装置；监测高速和低速开关是否分闸装置；控制浆叶角度的装置；控制进水、出水阀门是否开/关的装置；监测是否就地紧急停机停机装置；监测是否就地控制或远方控制的装置；将现场信息反馈给分站层服务器的装置。

4、用于连接上述各部份的通信网络。远程服务器通过通信网络可连接至少一台分站层服务器。分站层服务器通过通信网络可连接至少一台现场控制单元LCU。

用于监控泵组运行的控制单元LCU还可包括：监测出水管出水流量的装置；监测电机开关高速和低速跳闸位置的装置；公用的前池水位监测装置；出水管总压力监测装置；监测高速和低速开关状态的装置。

一台用于监控泵组运行的控制单元LCU监控一台泵组。

为更好满足泵站自动化要求，可增加现场控制单元LCU对泵站的供电设备进行控制，为此，现场控制单元LCU还包括：1)用于监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU；2)用于监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU；3)用于监控电容柜电容投切补偿的控制单元LCU。

用于监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU和用于监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU至少包括：线路保护装置、中压变低压的变压器保护装置、电动机保护的装置、PT柜监测装置、以及母线联络装置。

通信网络包括：1)用于将监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU和监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU与分站层服务器连接的CDT网；2)用于将控制泵组运行的控制单元LCU与分站层服务器连接的PROFIBUS网；3：用于将分站层服务器通过MODEM与远调服务器连接起来的Internet网。

本发明能对泵站进行实时监控和运行管理。自动定时对模拟量、数据量、数据通讯量进行采集，并作出必要的数据预处理，存于实时数据库，以用于支持系统完成监测、控制和记录功能。能实现以下的运行管理：

●自动生成泵站、主设备运行日志、操作记录、变位记录；

●自动生成SOE事件记录，事故、故障报表记录；

●模拟量越项记录；

●建立历史数据库，存档备查；

●编辑、打印各类报表、运行曲线。

系统能对开关柜的断路器进行合、分闸且准确可靠，能够准确无误地开/停泵组；泵站能按预定的出水压力、流量进行稳定可靠闭环调节。

系统实现对供排水等泵站系统的电力供应、泵组运行的自动化管理，对泵站运行进行优化调度。另外，监控系统以组态的形式适用于不同的工程，能够减低工程的造价，降低成本，又能够适用于工程项目的发展扩建而重新组态。本系统也能应用于发电系统的泵组监控，此时现场控制单元(LCU)的监控对象只有泵组。

下面结合附图对实施例进行说明。

图1、实施例1系统原理及配置框图。

图2、实施例1泵站分层控制结构图。

图3、实施例1软件系统体系结构图。

图4、实施例1泵组监控流程图的主程序流程图。

图5-1、-2、-3、实施例1泵组监控流程图的开机子程序流程图。

图6、实施例1泵组监控流程图的停机子程序流程图。

图7、实施例1电力监控流程图的主程序流程图。

图8、实施例1电力监控流程图的遥控子程序流程图。

图9、实施例1电力监控流程图的遥信遥测子程序流程图。

图10、实施例1电力监控流程图的遥调子程序流程图。

图11、实施例1电力监控流程图的保护功能子程序流程图。

图12、实施例2软件系统体系结构图。

图13、实施例2泵组监控流程图的主程序流程图。

下面参照附图对实施例进行说明：

(参照附图1、2、3)大型泵站往往跨流域的，为此大多数泵站除可以在分站服务器监控外，还应能在远方流域中心或指挥中心调度，以利于整个系统稳定的运行。根据泵站的地位和特点，本发明泵站计算机监控系统采用开放、分层分布式结构，按泵站控制层次分三层，即调度层、分站层和现场控制单元层。这种结构的主要特点是将系统分为若干相对独立的单元和层次，各层次通过网络联接，根据系统实时性的要求不同，将系统任务分解到各层次，越靠近设备的现场控制单元层系统实时性要求越高；分层分布式控制的另一优点是将某一环节出现的问题对系统所造成的影响减少到最小程度。监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU和监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU通过CDT网与分站层服务器连接；控制泵组运行的控制单元LCU通过PROFIBUS网与分站层服务器连接；分站层服务器通过MODEM连接Internet网，并通过Internet网连接远调服务器。

调度层配置可以配置成单机或双机系统，分站层根据要求也可以配置成单机或双机系统，大型泵站层采用双机冗余系统，现场单元控制层根据被控对象数量可由一台或多台现场控制单元(LCU)组成。但是，为了运行安全可靠，现场控制层一般都是一台控制单元(LCU)控制一台现场设备。

泵站计算机监控系统至少包括泵组控制部分，也可由配电系统和泵组控制两大部分组成。软件监控系统是实时多任务执行程序系统、交互式分时操作系统。

泵组控制现场控制单元LCU配置为SIEMENS公司的S7-200/300系列可编程控制器PLC，网络总线为PROFIBUS，接口方式为RS485/RS422；PLC以STEP7进行编程下载控制，分站层服务器软件以WinCC组态软件为平台进行组态控制。

配电系统现场控制单元LCU配置本公司的SA—2000型微机综合保护装置，网络总线为CDT，接口方式为RS422/RS485；以C语言开发的控制程序为现场控制，分站层服务器以C++软件包开发JSY2000应用软件进行控制。

分站层服务器选用高档工控机，以Win98/WinNT为系统平台，运行JSY2000及WinCC，实现对泵站进行监控。

本实施例(参照图3)中调度层(远程服务器)配置双机系统，分站层(分站层服务器)也配置成双机系统，现场控制单元LCU包括配电系统和泵组控制两大部分组成。调度层发出控制命令(遥控、遥调)给分站层，也从分站层取得实时数据，便于管理和优化调度。分站层发出控制命令给现场控制单元LCU(PLC控制单元和SA-2000微机监控单元)，并从现场控制单元LCU(PLC控制单元和SA-2000微机监控单元)取得实时数据，将实时数据存入数据库和馈送给调度层。现场控制单元LCU(PLC控制单元和SA-2000微机监控单元)发出控制命令给控制对象，并从控制对象取得实时数据。调度层和分站层可随时从数据库中取得数据进行分析，通过报表系统打印出报警报表、运行日记、运行曲线、SOE报表、事件报表。

(参照附图4、5、6)

附图4、5、6所指的程序是设置在分站层服务器的软件WINCC上。(参照附图4)分站层服务器启动运行后，监控系统是这样运行：先进行初始化，检测现场控制单元LCU和通信线路是否有故障，如有则进行故障报警记录，然后结束；如没有则检查是否有开机命令；如有开机命令则运行机组开机子程序，然后检查是否有停机命令或停机继电器动作；如检测现场控制单元LCU和通信线路没有故障，直接检查是否有停机命令或停机继电器动作，如有停机命令或停机继电器动作则运行机组停机子程序，然后检查是否是机组事故；如没有停机命令或停机继电器动作，就直接检查是否是机组事故，是机组事故则运行SOE记录、事故停机子程序，然后检查是否是有叶片/导叶角度调节命令；没有停机命令或停机继电器动作则检查是否是有叶片/导叶角度调节命令，有导叶角度调节命令则调机组叶片/导叶角度调节子程序后返回；没有叶片/导叶角度调节命令则直接返回。

(参照附图5)

开机子程序是这样运行：开始后先判断共用设备是否满足开机条件，如是则检查是否有事故停机标志，如不是则由操作员确定是否满足开机条件，经操作员满足则进入下一步检查是否有事故停机标志，经操作员不满足则执行报警、置停机标志，然后返回。接着检查是否有事故停机标志、进水口工作闸门是否全开、顶车装置限位开关下限条件是否满足、电机开关高速跳闸位置和电机开关低速跳闸位置是否符合条件，如有一项不满足则执行报警、置停机标志，然后返回，否则检查密封、推力冷却水泵控制电源是否正常，不正常则执行报警、置停机标志，然后返回，正常则再次判断是否满足开机条件，不满足则执行报警、置停机标志，然后返回，满足则执行模拟屏准备启动信号灯亮程序。接着判断是否开机，不开机则返回，开机则启动密封、推力冷却水泵，启动推力冷却水电磁阀，启动密封供水电磁阀，设冷却水示流时限等程序；然后判断是否推力轴承接冷却水是否正常、下导轴承接冷却水是否正常、浆叶调节机构冷却水是否正常、水导轴承润滑水是否正常，如都正常则启动冷风机；如有一不正常则判断是否满足设冷却水示流时限，如满足设冷却水示流时限执行报警、置停机标志，然后返回，如不满足设冷却水示流时限则重新判断是否推力轴承接冷却水是否正常、下导轴承接冷却水是否正常、浆叶调节机构冷却水是否正常、水导轴承润滑水是否正常。启动冷风机后则使驼峰水位到位，开启密封供水电磁阀，检测密封供水是否正常，不正常则执行报警、置停机标志，然后返回；正常则查询是否高速开机；如是高速开机则合上机组高速开关，高速合闸成功则关密封供水电磁阀后返回，高速合闸不成功则执行报警、置停机标志；如不是高速开机则合上机组低速开关，低速合闸成功则关密封供水电磁阀后返回，低速合闸不成功则执行报警、置停机标志。

(参照附图6)机组停机子程序的执行过程是：依次检查是否有停机命令、机组保护是否动作、保护装置是否故障、低压保护是否动作、拦污栅后水位是否过低、是否是高低速紧急停机、推力轴瓦温度是否过高、上导轴瓦温度是否过高、下导轴瓦温度是否过高、上导轴承润滑水是否中断、下导轴承冷却水是否中断、推力轴承冷却水是否中断、浆叶调节机构轴承冷却水是否中断，上述情况都不则返回，否则置停机标志，分开机组高、低速开关，如机组高、低速开关分开不成功则报警后返回，如机组高、低速开关分开成功则调浆叶到停机角度，同时关闭密封、推力冷却水泵，关闭推力冷却水电磁阀，关闭密封冷却水电磁阀，关闭出口风机，调浆叶角度到启动角度后返回。

(参照图7、8、9、10、11)附图7、8、9、10、11所指的程序是设置在分站层服务器的软件JSY2000上。(参照附图7)分站层服务器启动运行后，监控系统是这样运行：先进行初始化，检测第N单元(现场控制单元LCU SA-2000)通信线路是否有故障，如有则进行故障报警记录，然后重新检测；如没有则检查是否有遥控命令，如有则调遥控子程序和事件记录程序，然后进入校时；如没有遥控命令，则直接进入校时；然后调遥信遥测子程序和遥调子程序，接着检测是否有事件(动作信号、故障、报警)发生，如有则将事件记录，然后检测是否有保护动作(保护功能启动并动作出口，如过流速断)，如没有事件(动作信号、故障、报警)发生，则直接检测是否有保护动作(保护功能启动并动作出口，如过流速断)；如有则调保护功能子程序和事件记录、置标记子程序，然后结束，如没有保护动作(保护功能启动并动作出口，如过流速断)；则直接结束。

(参照附图8)经初始化后检测遥控是否置位，如没有则将事件记录，结束；如有则检测装置是否异常，有异常则告警出口动作，然后结束；如装置没有异常，则检测是否有故障告警，如有则判断是否故障已置位，如已置位则结束；如故障没置位或没故障告警，则预备动作，判断操作是否被确认，不被确认则结束；被确认则判断操作者是否是系统授权，不是系统授权则重新判断操作是否被确认进行循环，是系统授权则控制出口动作，事件记录，返回。

(参照附图9)经初始化后调遥信量，检测是否有报警信号，有则判断是否是调度层信号，不是则送至分站处理后，判断是否是变位信号；是调度层信号则判断是否需要保存到数据库，如需要则保存到数据库，然后判断是否要自动弹出事件报警窗口；如不需要保存到数据库，则直接判断是否要自动弹出事件报警窗口；如要自动弹出事件报警窗口，则调用系统时间，弹出事件报警窗口，启动语音驱动程序，输出语音报警，然后判断是否遥测量；如不要自动弹出事件报警窗口，则调用系统时间，存入临时存取区，然后判断是否遥测量；如没有报警信号，则判断是否是变位信号，是变位信号则置位，然后判断是否遥测量，不是变位信号则置位，直接判断是否遥测量；则不是遥测量，则返回主程序；是遥测量，则调用系统时间，判断是否高低项报警，是高低项报警，则比较设定值，保存事件，显示测量值后返回主程序；不是高低项报警，判断是否是否保存到数据库，如不要保存到数据库，显示测量值后返回主程序；如要保存到数据库，则保存后，显示测量值，返回主程序。

(参照附图10)经初始化后设定定值，使遥信遥测遥控置位屏蔽，对应分站联络是否正常，不正常则进行事件记录，然后结束；正常则发送定值，延时等待从调度层读取对应定值，判断与发送的值是否一致，是一致则遥信遥测遥控复位开通，不一致则循环从调度层读取对应定值，如两次从调度层读取对应定值与发送的值不一致，则结束。

(参照附图11)经初始化后判断各保护功能是否投入，不是则结束；是则将事件记录置标志，保护参量值，计算处理，判断是否达到预定的设定值，不是达到预定的设定值，则重新计算处理；达到预定的设定值，则开始计时，判断是否达到预定的时间设定值，不是则循环，是则出口继电器工作，判断各参量是否查巡完毕，各参量查巡完毕则返回，否则循环至保护参量值。

(参照附图12)实施例2的泵站计算机监控系统是对用于发电的泵组进行监控。其跟实施例1不同主要在于控制对象，实施例1的控制对象有泵组也有开关柜，实施例2的控制对象也只有泵组。其它基本大同小异。根据实际情况实施例2的泵站计算机监控系统，其调度层配置成单机系统，分站层也配置成单机，现场控制单元(LCU)控制对象也只有泵组。泵组控制现场控制单元LCU配置为SIEMENS公司S7-200/300系列可编程控制器PLC，分站层服务器以Win98/WinNT为系统平台，运行WinCC。

附图13中所指的程序是设置在分站层服务器的软件。分站层服务器启动运行后，监控系统先进行初始化，检测现场控制单元LCU(可编程控制器PLC)和通信线路是否有故障，如有则进行SOE记录、故障报警记录，然后结束；如没有则检查是否有开机命令，如有开机命令则调机组开机子程序，然后检查是否有停机命令或停机继电器动作；否则，直接检查是否有停机命令或停机继电器动作，如有则调机组停机子程序，然后检查是否是机组事故，没有停机命令或停机继电器动作，就直接检查检查是否是机组事故，是机组事故则调事故停机子程序，然后检查是否是有导叶角度调节命令，没有则检查是否是有导叶角度调节命令，有导叶角度调节命令则调机组导叶角度调节子程序，返回。

实施例2中系统对泵组的监控要素、处理的方式方法一致，在此就不作重述。

Claims (8)

1、泵站计算机监控系统，其特征在于包括：

1) 用于发送调、控指令给分站层服务器和接受、处理分站

   层服务器馈送数据的远程服务器；包括：发送遥控、遥

   调指令给分站层服务器的装置，接受、处理分站层服务

   器馈送数据信息的装置，输出各泵站、泵组运行情况和

   历史资料的装置。

2) 至少一台用于接受和处理远程服务器发送来的遥控、遥

   调指令，馈送现场控制单元LCU的数据给远程服务器，

   发送遥控、遥调指令给现场控制单元LCU和接受、处理

   现场控制单元LCU馈送数据的分站层服务器；包括：发

   送遥控、遥调指令给现场控制单元LCU的装置，检测现

   场控制单元LCU是否有故障的装置，检测与远程服务器

   和现场控制单元LCU是否有通讯故障的装置，SOE记录、

   置事故停机标志的装置，故障报警记录的装置，接受和

   处理远程服务器发送来的遥控、遥调指令的装置，馈送

   现场控制单元LCU传来的数据给远程服务器的装置，送

   现场控制单元LCU传来的数据给数据库的装置。

3) 至少一台用于接受和处理分站层服务器发送来的遥控、

   遥调指令以及对现场进行监控的现场控制单元LCU；现

   场控制单元LCU至少包括用于监控泵组运行的控制单

    元LCU；用于监控泵组运行的控制单元LCU至少包括：

    接受和处理分站层服务器发送来的调、控指令的装置；

    监测共用设备是否满足设定开机条件的装置；监测泵组

    进水口工作闸状态的装置；监测泵组进水压力、出水压

    力是否正常装置；监测顶车装置限位开关下限的装置；

    监测密封、推力冷却水泵控制电源是否正常的装置；监

    测推力轴承冷却水是否正常装置；监测下导轴承冷却水

    是否正常装置；监测浆叶调节机构冷却水是否正常装

    置；监测下导轴承润滑水是否正常装置；监测密封水是

    否正常装置；监测推力轴瓦温度是否正常装置；监测上、

    下导轴瓦温度是否正常装置；监测高速和低速开关是否

    分闸装置；控制浆叶角度的装置；控制进水、出水阀门

    是否开/关的装置；监测是否就地紧急停机停机装置；

    监测是否就地控制或远方控制的装置；将现场信息反馈

    给分站层服务器的装置。

4)、用于连接上述各部份的通信网络。

2、根据权利要求1所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：上述远程服务器通过通信网络可连接至少一台上述分站层服务器。

3、根据权利要求1所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：上述分站层服务器通过通信网络可连接至少一台上述现场控制单元LCU。

4、根据权利要求1所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：上述用于监控泵组运行的控制单元LCU还可包括：监测出水管出水流量的装置；监测电机开关高速和低速跳闸位置的装置；公用的前池水位监测装置；出水管总压力监测装置；监测高速和低速开关状态的装置。

5、根据权利要求1所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：一台上述用于监控泵组运行的控制单元LCU监控一套泵组。

6、根据权利要求1所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：上述现场控制单元LCU还包括：1)用于监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU；2)用于监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU；3)用于监控电容柜电容投切补偿的控制单元LCU。

7、根据权利要求1或6所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：上述用于监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU和上述用于监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU至少包括：线路保护装置、中压变低压的变压器保护装置、电动机保护的装置、PT柜监控装置、以及母线联络装置。

8、根据权利要求1所述的泵站计算机监控系统，其特征在于：上述通信网络包括：1)用于将监控电源进线开关柜运行的控制单元LCU和监控母线馈出开关柜运行的控制单元LCU与分站层服务器连接的CDT网；2)用于将控制泵组运行的控制单元LCU与分站层服务器连接的PROFIBUS网；3)：用于将分站层服务器通过MODEM与远调服务器连接起来的Internet网。

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