基于一體化管控平臺的泵站監(jiān)控系統(tǒng)研究

引言

大型泵站由主體建筑、水泵、各種輔助設備和泵站運行管理人員構成,在用水、灌溉、發(fā)電、防洪等方面具有不可忽視的作用。20世紀80年代以來,計算機監(jiān)控系統(tǒng)在我國大型泵站中迅速發(fā)展應用。1994年,"無人值班,少人值守"的理念開始在我國流行。直至今日,經(jīng)過40多年的發(fā)展,我國大型泵站及水電廠的自動化、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、流域遠程集控系統(tǒng)已形成較為完整的體系。而自動化技術、人工智能的迅速發(fā)展,對大型泵站的可靠性、標準化、智能化、經(jīng)濟性提出了更高的要求?，F(xiàn)有的自動化監(jiān)控系統(tǒng)在一體化、信息共享、智能化等方面仍有不足,不能滿足日漸提升的需求,因此,大型泵站在自動化、智能化改造方面仍有巨大的潛力,可以進一步推動"無人值班,少人值守"要求的落實。

南瑞基于一體化管控平臺的泵站監(jiān)控系統(tǒng)具備高度的開放性和集成性,該監(jiān)控系統(tǒng)集成的設備均為目前市場上主流產(chǎn)品,在軟件方面,系統(tǒng)軟件和應用軟件易于擴展和升級,且支持軟件二次開發(fā),可根據(jù)工程的實際情況及用戶要求進行修改:該系統(tǒng)具備的集成性特征使得系統(tǒng)中的各個單元具備獨立性,保證了系統(tǒng)中各個單元之間的故障響應較小,因此,不會出現(xiàn)受控設備因各種因素而發(fā)生的誤動和影響整個系統(tǒng)功能的重大故障,具備較高的可靠性。該系統(tǒng)已有國內(nèi)十幾個大中型引調(diào)水工程自動化信息化系統(tǒng)的實施經(jīng)驗,具備高度的穩(wěn)定性、可靠性、開放性和可維護性。

1系統(tǒng)總體設計

1.1系統(tǒng)組成

基于一體化管控平臺的泵站監(jiān)控系統(tǒng)主要由工程監(jiān)控、安全監(jiān)測、全景監(jiān)控、調(diào)度管理、智能告警、視頻監(jiān)視及信息管理等應用組成,各應用的功能相互結合,使泵站管理更加標準化、智能化、精準化,并在最合理范圍內(nèi)減少泵站工作人員的工作量。工程監(jiān)控的對象為所有可控設備:安全監(jiān)測的對象為泵站的運行狀態(tài):全景監(jiān)控以全景圖的方式顯示各類監(jiān)控信息和結果:調(diào)度管理能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度計劃自動生成、指令下發(fā)及指令執(zhí)行完畢后的供水信息反饋統(tǒng)計和應急調(diào)度:智能告警通過專家?guī)熳詣由缶袛噙壿嫼腿斯つ_本進行邏輯判斷,并通過各類終端進行推送和確認:視頻監(jiān)視通過攝像頭進行泵站區(qū)域內(nèi)圖像和聲音的采集、分析,并將信息傳輸至告警系統(tǒng)進行異常情況的報警:智能運維根據(jù)水利工程管理體制的要求和工程運行的實際情況建立運維管理系統(tǒng),標準化信息管理體系:信息管理系統(tǒng)對泵站的運行信息進行展示及管理。

泵站監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示。

1.2系統(tǒng)結構

基于一體化管控平臺的泵站監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分級分布式結構,從功能上一般分為兩級,包括上位機監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)地LCU,針對大型的泵站群,還包含調(diào)度控制中心。上位機監(jiān)控系統(tǒng)負責對泵站運行的整體監(jiān)控,針對泵站群,上位機還具備與調(diào)度中心的通信功能。現(xiàn)地LCU由各現(xiàn)地控制單元及各種智能測控裝置、傳感元件組成,負責泵站泵組的數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控。上位機監(jiān)控系統(tǒng)和現(xiàn)地LCU之間通過網(wǎng)絡連接,控制級別由高到低依次為現(xiàn)地LCU、上位機監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度中心。

系統(tǒng)通常采用雙星型或環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結構,上位機和LCU與交換機進行直連。雙星型的結構互為冗余,網(wǎng)絡穩(wěn)定性較高,當一條線路發(fā)生故障時,另一條備用的線路自動承擔網(wǎng)絡通信的功能。針對設立調(diào)度中心的泵站群,可采用環(huán)形網(wǎng)絡結構實現(xiàn)調(diào)度中心與各個泵站的網(wǎng)路通信,環(huán)形網(wǎng)絡結構可靠性更高,但其施工費用也相對較高。

按照業(yè)務類別,網(wǎng)絡可分為工程監(jiān)控網(wǎng)、管理調(diào)度網(wǎng)、外網(wǎng)三種。工程監(jiān)控網(wǎng)涉及重要設備的操控,對安全性、可靠性要求較高,因此需要設置獨立的網(wǎng)絡:管理調(diào)度網(wǎng)涉及水文、地理信息等敏感數(shù)據(jù),需要在相應的安全級別下才能與Internet互聯(lián),承擔視頻監(jiān)視、管理調(diào)度及對外發(fā)布任務:外網(wǎng)為工作人員提供1nternet訪問。

目前系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡架構如圖2所示。

2系統(tǒng)功能

2.1工程監(jiān)控系統(tǒng)

上位機的工程監(jiān)控系統(tǒng)在計算機中以客戶端形式存在,除能滿足遠程指令進行斷路器、隔離開關、接地開關的切、合,泵組開、停機和工況的轉換、水量調(diào)節(jié),閥門(閘門)啟閉及開度調(diào)整等外,也能根據(jù)預先設定的要求,自動進行泵組和各類閥門的控制和調(diào)節(jié)。工程監(jiān)控系統(tǒng)對設備的控制功能是通過LCU和各設備系統(tǒng)的功能來實現(xiàn)的。

同時,工程監(jiān)控系統(tǒng)能夠與調(diào)度中心進行管理區(qū)網(wǎng)絡通信。

上位機監(jiān)控系統(tǒng)的作用和現(xiàn)地LCU控制、調(diào)度中心控制之間互相補充,在保證安全穩(wěn)定運行的前提下能最大程度上降低泵站工作人員的工作強度。

現(xiàn)地LCU設有"現(xiàn)地/遠方"的轉換開關,開關指向"現(xiàn)地"時,現(xiàn)地LCU只接受設備端控制界面、設備操作開關等的控制,與此同時,調(diào)度中心和上位機監(jiān)控系統(tǒng)處僅可進行數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)監(jiān)視,而不能對現(xiàn)地控制設備直接進行操控:在監(jiān)控系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)上設有"分中心/調(diào)度中心"軟切換開關,當現(xiàn)地控制單元上"現(xiàn)地/遠方"切換開關在"遠方"控制方式下,且泵站監(jiān)控系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)軟切換開關打在"分中心"時,在泵站監(jiān)控系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)可對現(xiàn)場的控制對象進行遠方控制與調(diào)節(jié):當現(xiàn)地控制單元上"現(xiàn)地/遠方"切換開關在"遠方"控制方式下,且泵站監(jiān)控系統(tǒng)的上位機系統(tǒng)軟切換開關打在"調(diào)度中心"時,在調(diào)度控制中心可實現(xiàn)對泵站相應的現(xiàn)地控制單元進行遠方控制與操作。

2.2工程安全監(jiān)測系統(tǒng)

工程安全監(jiān)測系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集分析、自我檢測的功能。工程安全監(jiān)測系統(tǒng)能夠與現(xiàn)地采集裝置進行數(shù)據(jù)傳輸和通信,監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)和其他信息資料存放在數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫運行在數(shù)據(jù)服務器上實現(xiàn)資源共享。

采集的數(shù)據(jù)包含垂直位移、水平位移、伸縮縫開合度、揚壓力、縫內(nèi)鋼板頂塊應力、泵站地板地基土壓力及站身墻后回填土側向壓力等:采集方式包括定點、定時、循環(huán)測量等:數(shù)據(jù)采集裝置支持人工測讀功能,且可通過設置警戒值進行自動報警。

基于一體化管控平臺的泵站監(jiān)控系統(tǒng)能夠顯示與工程安全監(jiān)測相關的過程曲線、數(shù)據(jù)分布圖、控制點分布圖和報警彈窗等,且根據(jù)設備特性及歷史數(shù)據(jù)庫資料建立相關模型,自動對數(shù)據(jù)進行分析,實現(xiàn)該系統(tǒng)的設備自動檢測功能,并將設備的運行狀態(tài)、故障信息及分析評估結果顯示于監(jiān)控系統(tǒng)的工程安全監(jiān)測模塊。

2.3全景監(jiān)控系統(tǒng)

多源全景監(jiān)控在各類現(xiàn)地自動化通信服務資源、自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)源、定制監(jiān)控監(jiān)測視圖的支撐下,以簡潔明了的圖表方式顯示各類監(jiān)控信息和結果。以圖、文、聲、像等形式,通過現(xiàn)地通信服務直接與自動化資源交互,面向不同層次的需求,提供實時水情、水質(zhì)、閘泵閥監(jiān)控、安全監(jiān)測等多源全景監(jiān)控。對多源全景監(jiān)控的各個監(jiān)控模塊進行整合,形成功能更加集中和直觀的全景聯(lián)合監(jiān)測。

全景聯(lián)合監(jiān)測以多種方式向用戶提供全面、及時、易用的信息,其控制既可基于地圖平臺,也可面向主題,實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)、信息的綜合展示與查詢,同時提供綜合的信息服務。

全景聯(lián)合監(jiān)測與控制能夠全面地提供各類現(xiàn)地自動化測控單元的遠程監(jiān)測監(jiān)控功能的組態(tài)定制,將傳統(tǒng)系統(tǒng)的閘閥監(jiān)控、電站監(jiān)控、水情監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測等技術專業(yè)獨立的應用有機融合起來,提供面向業(yè)務的全景監(jiān)控定制與發(fā)布功能,可通過一張全景聯(lián)合監(jiān)測與控制定制的全景功能視圖直接監(jiān)視沿程水情、水質(zhì)、流量、工程安全等信息,按照日常運行調(diào)度規(guī)則控制閘閥與電站的運行,調(diào)用視頻查看現(xiàn)場情況,也可通過各類工作業(yè)務主題功能視圖查看供水水情、供水水量、安全、動環(huán)等專題功能視圖。

全景監(jiān)控中包含基礎監(jiān)測與監(jiān)控中各類現(xiàn)地單元的監(jiān)測監(jiān)控功能組態(tài)與定制。

2.4調(diào)度管理系統(tǒng)

調(diào)度管理系統(tǒng)能夠進行引供水工程的水量上報、審核、自動匯總、審批,實現(xiàn)調(diào)度計劃自動生成、指令下發(fā),實現(xiàn)指令執(zhí)行完畢后的供水信息反饋統(tǒng)計及應急調(diào)度,具備水量調(diào)度日常業(yè)務管理、水資源配置方案編制、實時及應急水量調(diào)度、用水計量、調(diào)度評價、水費征收等功能。

該系統(tǒng)能夠跨控制區(qū)、管理區(qū)同步運行,支持水量優(yōu)化分配及基于輸水線路模型的閉環(huán)控制(含前饋、反饋控制),具備用水申請自動匯總、調(diào)度指令自動生成、調(diào)水過程實時監(jiān)視等功能特點。

2.5智能告警系統(tǒng)

智能告警系統(tǒng)以一體化軟件平臺的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)為基礎,實現(xiàn)智能報警和App交互等功能。智能告警系統(tǒng)能夠?qū)缶瘮?shù)據(jù)進行篩選,減少人力消耗和人為失誤,從而提高水利自動化水平,保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

智能告警系統(tǒng)根據(jù)功能測點信息自動識別到設備對象,標記關鍵屬性,根據(jù)對象類型、關鍵屬性和預定義的專家?guī)熳詣由缶袛噙壿?并結合人工腳本和泵站工作人員根據(jù)工程特殊性添加的判斷邏輯,生成包含趨勢報警、過濾報警、條件報警、自定義報警等在內(nèi)的全面的報警體系。

針對重要調(diào)度操作執(zhí)行過程,將自動化資源相互協(xié)同,完成相關安全防護預警與視頻等應用聯(lián)動,最終將各類報警信息通過不同渠道進行傳達,以便迅速發(fā)現(xiàn)和解決問題。

2.6視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)能夠?qū)Ρ谜痉秶鷥?nèi)的重要地點進行視頻和音頻的監(jiān)視。攝像頭掃描方式能夠設定,包括自動與手動掃描的切換、掃描方向的切換、預設時間定點掃描等,并將掃描的內(nèi)容及地點、日期等圖像信息和聲音信息上傳至系統(tǒng)的視頻監(jiān)視模塊。該系統(tǒng)具有與數(shù)據(jù)庫及報警控制聯(lián)動的接口,可對視頻信息進行存儲、報警聯(lián)動顯示等。

2.7信息管理系統(tǒng)

信息管理系統(tǒng)具備對泵站運行狀態(tài)信息的展示及管理功能,主要包括對運行數(shù)據(jù)的接收和管理、信息發(fā)布和查詢、數(shù)據(jù)上傳、存儲等。

(1)數(shù)據(jù)接收和管理。

信息管理系統(tǒng)能夠接收和管理從控制區(qū)通過數(shù)據(jù)通信傳輸至管理區(qū)的泵站運行數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)信息進行本地存儲。

(2)信息發(fā)布和查詢。

以web網(wǎng)頁的形式將工程監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)的主要界面在信息管理系統(tǒng)進行發(fā)布,授權用戶可通過瀏覽器方式進行瀏覽,瀏覽內(nèi)容以報表、G1s圖像、結構圖、曲線圖的方式進行展示。

(3)數(shù)據(jù)上傳。

以數(shù)據(jù)庫標準接口或數(shù)據(jù)通信的方式將工程運行數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度運行管理系統(tǒng),并接收調(diào)度運行管理系統(tǒng)下發(fā)的各種指令。

3結語

隨著大型泵站行業(yè)的快速發(fā)展,我國自動化監(jiān)控系統(tǒng)在泵站體系中的應用越來越廣泛。南瑞基于一體化管控平臺的泵站監(jiān)控系統(tǒng)在穩(wěn)定性、可靠性、智能化和經(jīng)濟性方面顯示出了突出的優(yōu)點,不僅能夠減少泵站工作人員的人力投入,而且可以提高泵站的運行管理水平及管理部門的信息化水平。