自動化監(jiān)控系統(tǒng)助力原水無人值守泵站

王幸呈

【摘 要】本文通過介紹上海城投原水公司徐涇泵站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)架、功能，論證了一個無人值守泵站監(jiān)控系統(tǒng)所必須具備的特性。

【關(guān)鍵詞】無人值守；自動化；冗余系統(tǒng)

上海城投原水有限公司徐涇泵站于2012年7月建成投入使用，向上海青浦徐涇、華新兩鎮(zhèn)、閔行華漕鎮(zhèn)等三鎮(zhèn)提供優(yōu)質(zhì)的青草沙原水。徐涇泵站的投入使用改善了該地區(qū)近50萬人口的用水水質(zhì)。

徐涇泵站的設(shè)計日供水量為20萬噸，在整個上海原水系統(tǒng)中是小泵站。企業(yè)出于減員增效的目的，泵站的設(shè)計目標是無人（或少人）值守。但同時供水安全對于上海這座國際性的大都市有著無比的重要性和必要性。因此泵站必須有一套強大而穩(wěn)定的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，使得較少的人力投入就可以完成整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控，確保泵站設(shè)備運行的安全、保證原水供應(yīng)的不間斷。

由于泵站的設(shè)計定位是無人（少人）值守，所以泵站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須具有以下的幾點特性：

1.高穩(wěn)定性與易維護性

原水泵站是全年365天24小時不間斷工作的泵站，所以自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須具有極高的穩(wěn)定性，才能給予生產(chǎn)活動有力保障。同時出于企業(yè)效益的考慮，系統(tǒng)還須具有維護簡便和維護周期長的特性，這樣可以減少后期人力成本的投入。

2.高度的自動化程度

由于泵站不配或只配少量的工作人員，要完成泵站內(nèi)數(shù)量、種類眾多的生產(chǎn)設(shè)備操作幾乎不可能。這時如果依靠自動化控制系統(tǒng)就可以實現(xiàn)簡便快捷的設(shè)備操作，甚至可以實現(xiàn)遠程的設(shè)備操控。

3.完善的報警機制

自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須具有完善的報警機制，可以讓工作人員第一時間獲悉問題并按照相應(yīng)的預(yù)定流程去解決問題。

4.數(shù)據(jù)的可靠傳輸

泵站的安全運行至關(guān)重要，實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測是保障安全運行的有效手段。將數(shù)據(jù)及時準確傳輸至上級管理單位以及原水調(diào)度中心，可以保證原水管網(wǎng)整體調(diào)度的安全性。同時也等于多了兩雙眼睛同時在關(guān)注徐涇泵站的生產(chǎn)活動，大大提高了及時發(fā)現(xiàn)問題的概率。

原水徐涇泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)完全滿足了以上幾點需求：

4.1泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)

自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機選用了AB品牌的ControlLogix系列PLC，采用了雙CPU雙網(wǎng)絡(luò)冗余架構(gòu)。采集設(shè)備信號的I/O機架通過冗余的controlnet網(wǎng)絡(luò)與冗余的主、副CPU機架相連接，而主、副CPU機架分別通過以太網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)交換機。當主CPU出現(xiàn)故障時，副CPU通過連接兩機架之間的通訊光跳線獲得訊息，立即接替主CPU的工作職責(zé)。故障的CPU排除問題后，自動變?yōu)楦盋PU工作。這種架構(gòu)實現(xiàn)了真正意義上的控制器無擾動切換，具有很高的可靠性。

controlLogix系列的PLC采用了模塊化的設(shè)計，友善的編程環(huán)境，易于學(xué)習(xí)、使用，使得維護工作的難度大大的降低。

自動化監(jiān)控系統(tǒng)的上位機選用了安裝Intouch軟件的PC。上位機有兩臺PC，1臺作為工程師站、1臺作為操作員站。工程師站安裝Intouch的開發(fā)版本，可以進行人機交互界面的開發(fā)與修改并具有程序的運行功能。操作員站安裝Intouch的運行版本，只具有程序運行功能。兩臺上位機互為冗余，獨立運行，各自通過網(wǎng)絡(luò)交換機向下位機ControlLogix PLC讀取數(shù)據(jù)。兩臺上位機的同時使用大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2泵站監(jiān)控系統(tǒng)的功能

徐涇泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的兩大功能：設(shè)備的控制與數(shù)據(jù)的處理。

4.2.1設(shè)備的控制

泵站主要設(shè)備如下：10kV變配電設(shè)備，400V變配電設(shè)備，水泵變頻器，水泵軟啟動，出口液控閥等。

設(shè)備的控制分為兩層：就地層與遠控層。就地層就是在設(shè)備本身的控制面版上進行操作，具有較高的優(yōu)先級別。遠控層就是在計算機上實現(xiàn)設(shè)備的控制。就地與遠控的選擇切換通過設(shè)備上的選擇按鈕來實現(xiàn)。

徐涇泵站是按無人（少人）值守標準設(shè)計的泵站，泵組的開?？梢栽谟嬎銠C端通過輕點鼠標而實現(xiàn)一步化的操作。原先需要在400V變配電設(shè)備、變頻器、出口液控閥等三處地方安排三個工作人員來完成的開停泵操作，現(xiàn)在只需一個工作人員坐在電腦前就可以完成。工作人員通過計算機操作，將控制指令發(fā)往PLC，PLC按照預(yù)定的操作流程去控制相應(yīng)設(shè)備，設(shè)備之間按照一定的順序聯(lián)動運行，此種操作方式無論在效率和準確性上都大大超越了人工就地控制的方式。而且根據(jù)不同的權(quán)限授予，工作人員除了可以在泵站內(nèi)的操作站，還可以在上級管理單位的操作站上對泵站內(nèi)設(shè)備進行控制，從而實現(xiàn)泵站真正的無人值守。

4.2.2數(shù)據(jù)的采集與處理

徐涇泵站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)眾多，主要分為以下幾類：

（1）生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)包括壓力、流量、水質(zhì)等。

（2）電氣數(shù)據(jù)包括電壓、電流、功率、開關(guān)位置等。

（3）設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括變頻器開停故障狀態(tài)，閥門開閉狀態(tài)，水泵轉(zhuǎn)速與水泵故障等。

（4）設(shè)備健康狀態(tài)數(shù)據(jù)包括水泵、電機的溫度與振動數(shù)據(jù)等。

由于數(shù)據(jù)量大，少量的工作人員無法同時兼顧這些數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)必須具有完善的報警機制，將關(guān)鍵信息第一時間呈現(xiàn)給工作人員。系統(tǒng)必須對采集到的數(shù)據(jù)進行判斷處理，除了數(shù)據(jù)本身還應(yīng)該將可能的故障提示給工作人員。比如系統(tǒng)對泵站的出口壓力進行數(shù)值的判斷，根據(jù)預(yù)設(shè)定值，進行壓力過低或過高的警報提示。又如系統(tǒng)對泵站的振動頻譜進行分析判斷，根據(jù)相關(guān)的國標，提示水泵可能存在的故障，或提醒工作人員設(shè)備老化的趨勢。

4.2.3泵站數(shù)據(jù)的上傳

徐涇泵站隸屬于松浦原水廠管轄，徐涇泵站的生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過服務(wù)器經(jīng)由兩條數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送至松浦原水廠數(shù)據(jù)服務(wù)器。兩條數(shù)據(jù)鏈路一條為點對點SDH數(shù)據(jù)專線，另一條為具有固定IP地址的ADSL。兩條數(shù)據(jù)鏈路同時傳輸數(shù)據(jù)，互為備用。

松浦原水廠的數(shù)據(jù)服務(wù)器將本廠數(shù)據(jù)連同徐涇泵站的數(shù)據(jù)一起發(fā)送至原水調(diào)度中心，同樣是通過兩條冗余的數(shù)據(jù)專線。這樣徐涇泵站的生產(chǎn)系統(tǒng)就構(gòu)成了穩(wěn)定可靠的三級監(jiān)控：本地/上級廠/調(diào)度中心，三個地方都可以對徐涇泵站的生產(chǎn)活動進行實時的監(jiān)控。不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時共享、一網(wǎng)調(diào)度的需求，同時也降低了減少本地工作人員而可能帶來的風(fēng)險隱患。

綜上所述，徐涇泵站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的可靠性與穩(wěn)定性，同時又能幫助本地或遠程的工作人員迅速準確的掌握泵站的各類突發(fā)情況，而系統(tǒng)維護又非常簡便。以自動化監(jiān)控系統(tǒng)作為基礎(chǔ)，配以視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)、智能巡更系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、外來人員管理系統(tǒng)、燈光語音警示系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)，徐涇泵站現(xiàn)在已經(jīng)穩(wěn)定的實現(xiàn)少人值守運作，并有能力實現(xiàn)無人值守的運作方式。

徐涇泵站的實際例子可以證明，完善的自動化監(jiān)控系統(tǒng)可以使得企業(yè)的生產(chǎn)活動變得輕松又安全，不僅兼顧了企業(yè)的減員增效目的。而且滿足了企業(yè)安全生產(chǎn)的要求。