Abstract: This article introduce OuJiang pumping station design of integrated automation System,

discusses the practical, efficient and economical computer monitoring system, and its design principles,

design idea and subsystem design are the focus of analysis.

Keywords: Pumping Station   Automation   Subsystem design

【中图分类号】N945.23 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）10-0000-00

1 引言

大型水站维修加固工程自动化论题。瓯江翻水站始建于1970年的温州市重点大型水利工程。位于鹿城区临江镇山根村，紧靠瓯江南岸，由翻水站和渠道两大部分组成，总占地867亩。五台水泵总装机容量4MW(5×0.8MW)，设计扬程18.76米，设计提水为15立方米/秒，技改后每台水泵日翻水量30万吨。渠道总长21.39公里，共有大小建筑物148座。

总体工程主要包括泵房、进出水建筑物、主机组、电气设备、辅助设备、金属结构、压力管道、计算机监控和属于泵站管理的变电、配电设备等；引水明渠、隧洞、渡槽、倒虹吸、暗渠等渠系建筑物及渠系配套交叉建筑物、机电设备和金属结构等。

2 概念设计

2.1 设计原则

按照“先进实用、资源共享、安全可靠、高效运行”的原则，进行本工程综合管理信息化系统设计。本工程自动化系统是一项结构复杂、技术难度大、功能众多、涉及面广的系统工程，在确保预期应用效果的前提下，考虑资金、科技发展以及现行管理水平等客观因素，遵循以下原则进行设计：

(1)需求牵引，突出重点。

(2)统一设计，分步实施。

(3)统一标准，扩展开放。

(4)经济实用。

2.2 重点难点分析

本项目是一个多站点、大范围的信息化系统，在实施过程中重视的问题如下：

(1)本项目站点多，范围广。因此要求能详细了解项目站点分布位置，掌握整个系统的架构。

(2)水利工程自动化系统具有水利工程的特点，自动化系统要求满足泵站的运行规程、城市防汛的规程要求，需要对水利工程的相关规范、规程有充分理解和经验。

(3)自动化技术飞速发展，硬件设备更新换代快，软件水平也是升级频繁，因此在设计过程中必须采用先进实用的技术方案，合理搭建系统架构，选用主流且技术先进的软硬件设备，否则可能面临系统建成，即将面临升级改造的尴尬。另外如果太过超前，又会导致技术支持不足，软硬件设备无法切实满足实际工程应用，投资及功能浪费等问题，因此对自动化的系统架构、设备选型也是必须重视的问题之一。

(4)自动化系统实施过程中应充分考虑信息网络安全防护，保证整套系统的安全。

2.3 设计思路

信息自动化系统的建设水平与质量直接关系到整个工程自动化与信息化的预期效果。依据整个系统的建设原则，本项目建设遵循如下设计思路。

(1)一体化管控平台思路。整个工程的信息化系统建设内容多，需将所有子系统进行有效整合并形成统一的数据中心和应用软件平台，高效的服务于流域相关领导和各级管理部门的日常业务应用，系统建设效果才能最大发挥。为了使系统能够灵活适应业务需求的变化，面对新应用具有可扩展性，信息和应用资源方面高度共享，避免出现信息孤岛，系统建设应采用一体化管控平台化的设计思路，综合集成现有各类信息化系统，打通这些信息孤岛，建立统一的数据中心和一体化应用系统，并提供统一的访问机制，实现不同权限用户的数据访问和业务应用，达到信息资源共享和业务协同的目标。

(2)分区分层设计思路。为了体现工程的三级控制、调度的组织机构和调度控制特点，采用分区分层进行系统设计。分区：横向上，考虑系统涉及的业务应用包括综合监控，为了保障信息安全，在横向结构上分为生产管理区(控制区)、办公信息区(管理区)和外网。控制区与管理区之间需要存在数据交互，通过单向隔离设备进行联通，严格控制区间流量的信息交换，保证控制区安全，而管理区存在连接外网的需求，管理区与外网通过防火墙等安全设备进行连通。分层：纵向上，考虑到可能后期扩展到上级调度部门，且各级部门在计算机控制、工程管理、工程运行等方面各自不同的应用需求，系统在纵向结构上分为3层：第一层：调度中心(预留接口)，部署综合监控、会商支持等功能；第二层：泵站运行管理中心层，部署综合监控、会商支持等相关业务；第三层：现地层，布设泵闸站现地监控、水情监测、视频监视、动环监控等现地自动化系统。

(3)标准、开放建设思路。标准，是系统建设的基础，标准体系，是规范、统一系统建设管理和运行管理的重要基础，也是系统信息和软、硬件资源共享、系统有效开发和顺利集成、系统安全运行和平稳更新完善，以及后续扩展升级的重要保证，系统建设标准先行，对于国家、部委标准规范没有涵盖的内容应组织专门力量编制管理局系统建设相应的标准。开放，在标准的支撑下，在一体化管控平台的基础上，系统建设采用开放的建设策略，系统可以集成不同厂家的不同环境的产品，可以容纳各类资源集成为一体，最终达到设计建设目标。

3 系统结构

工程信息自动化系统采取纵向分层、横向分区的系统结构。系统总体框架如图1所示。

3.1 纵向架构

纵向上，本工程结构考虑共分为三层：第一层为预留的局调度中心；第二层为翻水站运行管理中心；第三层为对应的现地控制单元。据此泵闸综合自动监控系统也采用三级控制，第一级为就地控制级，在布置于泵闸附近的现地控制单元上实现就地控制；第二级为现场控制级，在翻水站控制中心的计算机上实现现场控制；第三级为远程控制级，未来具备在调度中心实现远程控制。其基本功能为：完成对泵闸的实时、安全、可靠的控制。就地、管理中心、调度中心三级控制互为闭锁，就地控制为最高优先级，且在现地盘柜上设置权限控制把手切换权限，分为现地自动及远方自动两种控制模式。

3.2 横向架构

横向上，按安全等级的不同分为管理区和控制区。管理区内分布的是本工程生产管理类的业务应用，而控制区内分布的则是本工程运行监控类的生产应用，后者的安全级别高于前者，因此两区需通过物理隔离装置进行隔离，以避免低安全区系统影响高安全区系统的正常运行。管理区与外网(互联网等)的接口，通过配置防火墙等设备。

系统网络结构参见图2所示。

4 核心项目设计

4.1 泵/闸综合自动监控

为了便于工程的统一调度管理和安全经济运行，为翻水站泵组及沿线各处主要闸门配置泵闸综合自动化监控设备。

泵闸远程控制系统采用计算机监控为主、简易常规监控为辅的控制方式，主要实现翻水泵站以及进水口闸门的远程监控，本项目监控对象具体包括：翻水站5台主泵机组、5台主泵出口电动阀、2台真空泵、2台集水井渗漏排水泵、2台方池抽水泵、2台园池排水泵、1孔进水口闸门、1孔渠首控制闸、1孔石埠泄水闸。

在现地设备附近一共布置11台现地控制单元(LCU)，包含5套泵组LCU、1套公用LCU、2套排水泵LCU、3套闸门LCU。渠道管理所设置1台工作站用于石埠泄水闸的远控并通过网络接入泵站控制室的一体化平台内，实现泵站对该泄水闸的远程状态监视。

综合自动监控系统主要由可编程控制器(PLC)、触摸屏、电气量采集仪表、水位/闸位显示仪表和传感器及与翻水站控制中心应用系统连接的网络通信等设备组成。同时配置闸门开度仪传感器等，将闸门开度等信号送至可编程控制器。

4.2 水情信息采集

水情测报包括水位与流量监测，主要通过GPRS无线方式上传数据。根据工程运行管理的需求，在翻水站及沿线站点各布设水位、流量监测设备布设表，在泵站的进水口的缓冲段设置水位计，采集瓯江水位，为泵组启停数量提供水位数据。另外，在集水井、排涝泵站A、排涝泵站B各设置1台液位开关，根据浮球的位置，自动启停排水泵，排涝泵站水位开关信号接入排水泵LCU。

本子系统主要由传感器(水位计、流量计等)、信号电缆、及采集装置(RTU)组成。

本站点采用综合的监控监测方案，闸控系统与水情所需的水位监测站点进行合并设置，并统一由数据采集装置(RTU)采集，通过网络/光纤传输系统上送运行管理中心应用系统，最后经一体化应用系统平台将数据交互至闸控系统。水情信息采集系统总体功能是：

(1)系统能够实时24小时连续在线完成泵站进水口水位、渠道流量数据及水位数据的实时自动采集、传输、接收和处理；每日监测次数和自报次数可以本地设、远程设置。监测采用定时自报和召测工作方式。

(2)系统能够长期地，特别是在暴雨洪水、严寒等恶劣天气条件下稳定可靠地工作。

(3)能够通过数据采集设备将采集的水位、流量等数据上送至中心站应用系统的综合监控监测应用模块。

(4)系统各设备符合结构简单、性能可靠、低功耗的原则，具有防雷、防风雨的稳定工作能力，确保各测站在有人看管的情况下都能正常工作，当在流量量越限、设备工作异常情况下实时告警。

(5)系统能对采集到的水位、流量等数据进行处理和存储，可存储1年以上的数据。

(6)系统具有设备故障、异常、试剂异常、监测数据超限等等本地、远程自动报警功能。

4.3 动力环境监控系统

本系统主要由电源监测设备、温度、湿度、门禁等传感器与采集装置组成。机房动环采集设备配置各类传感器和采集装置，采集装置通过网络将动环数据上送泵站控制室后台服务器。系统功能包括：集中实时监视功能、报警和事件功能(通知、确认、消除)、运行历史数据记录和趋势功能、报表功能、远程控制功能。

4.4 视频图像采集系统

视频监控系统主要通过设置在各监测点的前端摄像机，对瓯江翻水站及沿线干渠进行远程自动监视，为运行控制提供视频信息依据，其中，瓯江翻水站设置16个视频点，监视对象主要包括：进出水闸、泵房、厂房进出口以及走廊、翻水站入口等区域。本项目视频监视系统采用全数字IP视频监控的方式，由前端网络摄像机、接入点交换机、运行管理中心核心交换机组成统一的整体，各站点间的交换机通过光纤通信传输通道实现网络连接。

4.5 广播预警显示系统

播预警显示系统是为了配合视频监控系统针对翻水站渠道沿线附近居民的一些不安全行为进行及时制止，并通过LED显示屏对当前水情进行公布并做好安全宣传及预警。根据翻水站渠系长度，本次共设10处广播预警显示点。广播预警显示系统与视频图像监控系统结合建设，在其中5处渠道沿线视频点位附近，建设功放、扩音喇叭及LED显示屏，显示屏采用0.8*1.2m大小，用于显示水位数据及警示标语。整个系统采用以太网组网，接入沿线公网接入点方式

4.6 基础支撑系统

瓯江翻水站综合信息化系统，基础支撑环境包括对泵站中控室、调度会商室及机房工程等实体环境的需求及通信网络的建设。泵站中控室，主要为泵站值班运行提供实体运行环境。调度会商工程，主要为运行管理中心提供调度、会商实体环境。机房工程，主要提供服务器、通信网络设备的安装工作环境。

5 结束语

通过系统需求分析，根据系统总体方案的基本设计思路，借鉴目前国内外同类系统开发经验，系统开发建设应采用先进的、科学的信息技术，搭建系统总体框架，尽可能地避免未来的重复建设，为系统开发建设和运行维护打下坚实的基础。系统逻辑构成包括：应用系统、应用支撑平台、数据资源管理平台、数据采集及交换平台、通信网络、安全体系、标准规范体系、建设运行管理体系、系统实体运行环境等十部分。

系统设计考虑经济实用，认真研究基本需求和基本情况，经济合理、注重实用，尽可能节约工程投资。技术上充分利用公共基础设施和相关行业的信息资源，实行优势互补，资源共享。在利用公用电信骨干网的同时，在公用电信网不健全的地方建设水利专网，形成全流域水利信息网络，为整个管理局各应用系统提供信息资源，避免重复建设。尽可能减少现场管理人员数量，现场管理站、监测站实行“无人值班，少人值守”的管理模式。

参考文献

[1]谢传萍.几种中小型水电站计算机监控系统网络结构的探讨.水电厂自动化,2010第31卷第2期.

[2]李辉,瞿卫华,丁伦军.溪洛渡电站计算机监控系统概述[J].水电厂自动化, 2013, 34(1): 17-20, 27.

作者简介

陈呈（1984-） 女 工学学士 研究方向：水电厂计算机监控系统设计