西湖西进杨公堤泵站工程智能监控控制系统的探讨

摘要：
本文介绍了ECHO公司的SuperE-S RTU(远程测控终端)、瑞士ADE公司的网络电力采样仪表、德国DEHN防雷器、德国E+H超声波液位仪、气体探测器、加拿大ECOLO公司异味控制器和数字图像监控系统等在地埋式泵站控制系统中的应用。

关键词：
监控系统 地埋式泵站 远程测控终端

一、系统概况：

随着杭州城市化建设的不断推进，杭州市政府和市民对西湖水系的保护已引起高度重视，特别是对杭州作为一个旅游城市的环境保护及管理尤其显得重要。对影响西湖水系的杨公堤排水泵站实现有效的智能监控已是保证泵站日常管理一项重要工作，而且对杨公堤沿线泵站管理房的拆除有利于节约宝贵的景区用地，更将节约大量的泵站运行成本。
为适应西湖西进项目中的泵站管理，五座泵站均按少人值班方式设计，少量工作人员将在松岳泵站值班，卧龙、丁家山、花港、茶博泵站则无人值班，人员定期巡视，在松岳泵站的监控中心可以实时监控其它四座泵站。五座泵站采用以计算机系统为基础的集中监控系统，计算机监控系统对五座泵站的设备进行监视、测量和控制。

二、系统设计：

2.1、系统硬件构成：
（1）、数据监控系统；
（2）、图像监控系统；
（3）、UPS、打印机；
（4）、计算机监控软件、图像监控软件；
（5）、粉碎机；
（6）、超声波液位计；
（7）、电磁流量计；
（8）、气体仪表；
（9）、异味控制器；
（10）、排污泵；
（11）、网络电力仪表；
（12）、SuperE-S RTU(远程测控终端)。
系统网络拓扑图如下：



2.2、系统设计：
2.2.1、设计方案
①、通过液位仪检测到当前水池液位的4-20MA信号，经模拟量模块转换，送入RTU，利用RTU内置的强大PID功能，对潜水泵进行恒液位排水控制。系统运行时， RTU首先检测蓄水池的液位数值，将其与其在上位机上设定的液位限值进行比较，确定其所在的液位区域，再经过RTU判断后，确定各个泵、格栅的控制位。在正常工作状态下（即液位在极限范围内），RTU自动投入一台水泵运行，备泵由操作员选定或由RTU循环定时切换；当液位高时，RTU开启另一台水泵；若水位继续上高，RTU就会发出报警。
②、ECOLO异味控制系统可分为远程自动控制和就地定时控制。ECOLO的远程自动控制是通过现场气体仪表（如氨气、硫化氢）采集的数据来自动控制除臭系统。通过设定一个安全的PPM值,当气体仪表采集的数值超过设定的PPM值时, ECOLO 就开始喷雾.不要人为的去调节间断的时间和喷雾的时间。ECOLO的就地定时控制是实行间断的喷雾，间断的时间和喷雾的时间都可根据需要进行调节,间断的时间分为10个时间段,每1分钟为一个时间段,喷雾的时间也可分为10个时间段,每一秒为一个时间段.用户可以根据需要调节间断时间和喷雾时间的长短.比如:当异味浓度比较低时,可以延长间断时间,而减少喷雾时间;反之,当异味浓度比较大时,则可以减短间断时间,而延长喷雾时间。
ECOLO技术就是通过用自动异味控制设备将工作液雾化，让雾化后的工作液有效分子均匀的分布在空气中，迅速吸附空气中的异味分子并使之完全分解，同时也可以起到催化作用，使异味分子被空气中的氧气氧化，生成无毒无味的产物。该法采用的是用纯天然的植物提取液吸收分解和反应的新理念，就如同我们在生活中用生姜来去除鱼腥味一样，与传统的空气清新剂的遮盖法有着本质的区别。
当系统运行了一定时间药量会逐渐减少，当药量到一定的数值时，药量探测器输出一个报警信号，提示工作人员更换药剂。
③、泵站内电量模拟量的采集，通过采用网络电力仪表，以交流采样方式实现。在每个LCU将配置Acuvim网络电力仪表和PSM340网络电力仪表。第一类仪表Acuvim网络电力仪表采集每座泵站两回0．4kV进线的电量模拟量。每只网络电力仪表直接输入三相交流电流(5A)、三相交流电压(400V)，完成一回0．4kV进线的A、V、P、Q、Hz、Wh、Varh、COSφ的数据采集、运算及现地显示，通过RS485串口和标准ModbusRTU规约与监控系统通信，并通过计算机网络在主控层操作员工作站上显示出来。第二类仪表采用PSM340网络电力仪表，对每座泵站的潜污泵、机械格栅除污机、除臭设备供电回路的电流量。单只网络电力仪表可直接输入6路单相交流电流(5A)、同时测量并显示6条供电回路的单相交流电流，并通过RS485串口和标准ModbusRTU规约与监控系统通信，通过计算机网络在主控层操作员工作站上显示出来。
④、泵房自控现场在雷雨季节，所有明设的长线传输设备均存在被雷电的静电感应所击穿的危险，尤其是工作在弱电环境下的设备，被高压静电场的感应所烧坏的可能性更大。我们采用一些措施以及专业防雷器件对长线设备加以保护。控制柜与气体探测器连接电缆设SHUH-24信道防雷器；与流量计、液位计、液位差计传感器连接电缆端设SACH-24信道防雷器；与摄像机连接电缆的两端设SBTH-5、SACH-5信道防雷器和900600*2电源防雷器。
⑤、粉碎机的运行也分手/自动两种方式。自动时，粉碎机按在触摸屏上设定的间隔时间或根据格栅前后的液位差来启动运行。
⑥、为了实现对泵站的无人值守、综合监控、现场生产调度指挥及对灾害和突发事件的应急处理，确保监控场所内设备的可靠运行及人员的安全，本系统采用视频监控系统。这样就方便了泵站的日常管理，增强了泵站的安全性和防范能力，使管理人员准确及时地掌握各处泵站设备的实时动态信息。摄像机采用快球一体化球机（SCC-641P）和彩色转黑白枪机（SB-970），可直接安装在露天灯杆或开扩建筑物的隐蔽处。摄像机在明亮的时候为彩色图像；否则为黑白图图像。设计采用12倍三可变变焦完全可以满足人员、车辆的移动时控距或定位的查看。视频服务器专为IP网络进行视频监控而设计，可以通过五类线、光纤或无线媒介在10/100 Base-T网络上以每秒25(PAL)幅画面传送高质量MPEG4图像。
2.2.2、系统软件设计
根据控制系统的控制要求和工艺要求，SuperE-S RTU(远程测控终端)的逻辑框图如下：



三、监控系统软件功能：

触摸屏监控系统实现对整个泵站设备运行状态、各项运行数据的实时在线的监视，必要时作出判断和控制，同时作为与中央监控室进行数据交换的通讯接口和基础通讯站。监控系统由以下画面组成：
1）、系统介绍画面：在此画面，详细介绍系统组成、实现的功能和操作说明。另分析了若系统出现故障（常见）的现象及解决方法。
2）、工艺流程画面：将泵站主要设备的工艺流程以动态画面显示出来，包括各泵机的运行、液位的变化，电压、电流、频率的实时变化、粉碎机的开启情况
3）、运行操作画面：可以对各种泵机进行手/自动运行 操作控制和备泵的选择。
4）、状态显示画面：以动态图形式显示各种运行状态；以计时钟来显示各泵机所运行的时间；以历史曲线来显示水池水位和时间段；
5）、报警画面：报警历史表可记录各种报警的时间和报警的原因，以便日后的查询；报警当前表记录了最近一次出现报警的详细情况；报警频次表记录了每种报警状况出现的次数。
6）、参数画面：可对液位控制限值进行设置和修改，自动生成工艺参数的日报表、月报表进行打印。
7）、在现场控制柜触摸屏上也分为手动和自动。手动方式主要是泵、格栅等设备的调试、故障维护。

四、系统通讯：
SuperE-S RTU(远程测控终端)与各类仪表之间以自由口通讯模式进行数据交换。通讯电缆由原厂专配。
SuperE-S RTU(远程测控终端)与中央监控室之间以以太网协议进行数据互传。

五、系统小结
通过运行一年来表明该系统运行稳定可靠，操作方便；功能上面实现了对整个排水系统的控制操作、数据采集、实时监控的完整统一；提高了计算机监控的稳定性；克服了现场仪表及RTU控制的重复配置、计算机领域和DCS/RTU之间的障碍、控制和监视之间的障碍、集中式和分布式自动化结构之间的障碍。真正做到了高集成化和模块化的统一，从而使系统到达最优化控制。