浅析自动化监控系统在固原东饮工程中的应用

牛 赟

(宁夏固原市原州区水务局，宁夏固原 756000)

宁夏固原东部农村饮水安全重点供水工程(简称东饮工程)水源是固原东山坡引水工程贺家湾水库，主要解决固原市原州区东部和彭阳县西北部，原州区8乡(镇)和彭阳县4个乡镇计98个行政村、14.50万人及78所学校、82座清真寺的人饮安全问题。工程主管线全长112.26km，支线26条，总长990.38km，总投资为1.764亿元。

为提高工程管理水平，降低运行管理费用，实行科学管理，科学运营及计划节约用水目的，对工程采取自动化监控系统进行管理，准确实现自供水管网上采集数据、处理，并传送到原州水务局调度中心、远程控制监视供水管网相应设备，实现对人饮工程的分段、分层远程监控和管理。

1 自动化监控系统的组成及工作原理

自动化监控系统由通信系统及自动化系统两大部分组成，主要是对工程各泵站机组、净水厂设备、输水管阀门、输水管压力和流量、蓄水池水位等进行安全监视、自动控制、科学调度、稳定运行和经济运行。通信工程主要解决各泵站、管理站、净水厂、原州水务局之间生产、调度通话及各站点控制监测数据传输功能;自动化系统是采用计算机监控系统，实现上述各项监测功能。

1.1 组成及主要设备

根据东饮工程建设实际，自动化监控系统采用分段分层集中控制方式，调度中心设在原州区水务局，下层分段管理设有净水厂、第2～第5管理站，共5个管理站点，各管理站点分别管理相应分段范围内的现场测控单元，有4种类型42个现地PLC控制单元。工程自动化监控系统由远程调度中心监控系统、管理站点监控系统、现场测控单元系统组成，各系统通过通信网络实现数据双向传输。

a.通信系统:包括通信网络及调度电话系统，传输部分采用PDH光端设备和光电转换器，交换部分采用小型用户级数字程控交换机。设PDH光传输站6对端，光电转换器42对端，交换站1个。线路部分采用单模层绞式、松套管结构、铠装直埋光缆。敷设直埋光缆123.01km，光缆采用GYTA53-4/8/12/18B1型单模、18、12、8、4 芯直埋光缆。

b.自动化系统:包括调度中心和现场监控系统的装置、单元测控装置、现场水测仪表的装置。自动化系统采用开放式分层分布式系统结构，由调度中心中控室控制、管理站点控制、现地测控单元3层组成，系统之间通过以太网拓扑方式联结。现地测控单元分为泵站PLC测控单元、净水厂PLC测控单元、管路分水口PLC测控单元及蓄水池PLC测控单元4种类型。现地测控单元现地安装，监控计算机分别在调度中心中控室和管理站点控制室安装。系统配置包括硬件、软件配置。硬件主要包括现地电量和非电量测量装置、现地PLC控制单元、调度中心中控室和管理站点微机后台监控系统。软件配置主要包括系统软件及监控应用软件，监控软件分管理站点监控计算机组态软件和调度中心监控计算机组态软件。

1.2 系统工作原理

整个自动化监控系统控制方式按三级调度控制方式控制，即调度中心调度级、管理站点控制级和现场就地控制级。现地控制级权限大于管理站点控制级权限，管理站点控制级权限大于调度级权限。正常运行时，由调度控制中心计算机监控系统对全线各在线监控泵站、净水厂、蓄水池水位、输水管道阀门、分水口流量压力等进行远方监控、数据采集、自动实时控制、输水/配水调度及运行管理;当调度控制中心计算机监控系统，由于通信通道中断或设备故障失去功能时，控制权下放到管理站点，由分段管理人员通过管理站点监控计算机实现控制功能;当上两级监控系统由于通信通道中断或设备故障而失去功能时，控制权可下放到现地，管理人员通过现地PLC装置实现控制功能。正常运行时现地PLC控制装置、管理站点内的监控计算机只做监视不控制，只有在调度中心计算机监控系统出现故障的时候，管理人员可在管理站点内计算机上实现监控。检修时，可采用现地PLC控制装置就地控制方式。

系统工作原理如下图所示。

系统工作原理流程图

2 自动化监控系统功能

通信及自动化系统采用分层、分布、分散式结构，实现实时监测，在保证整个系统安全可靠运行的前提下，降低运行管理费用，达到“无人或少人值守”的目标。工程自动化监控系统有数据采集与监视控制(SCADA)、优化调度、经济运行、通信、安全分析、监控显示等功能。

2.1 调度中心监控系统功能

2.1.1 数据采集与处理

调度中心监控系统采集各管理站点上送来的模拟量、开关量及经各种计算、综合和统计后的处理信息，存入数据库;监视泵站、净水厂主要设备运行状态、调蓄水池水位、各站点电气参数、输水分水流量、输水管路压力、通信设备或通道运行状态、泵站泵组扬程及流量等;机组事故或危急状态处理，事故和报警报告，事故顺序记录，事故追忆和相关量记录，趋势分析等。

2.1.2 优化调度

调度控制中心计算机监控系统根据输水系统全年的输水计划及水源水情，进行优化计算，给出全年每月抽水总量及取水口取水量，并不断获取工程运行状态和来水、用水的最新信息，对调度方案进行实时校对，实现调度方案与实时信息的迅速反馈、合理调整。

2.1.3 经济运行

在满足输水量，保证整个输水系统安全稳定运行的前提下，使整个系统弃水量少、能耗量小。通过对各泵站运行方式及输水管路分水阀门控制和取水口流量的调度，保证整个输水系统用水和最小能耗。

2.1.4 通信功能

调度控制中心调度员，可在调度控制台上通过键盘直接对各监控站点的控制对象进行远方控制。同时控制两座泵站所有泵组的起动和停机，输水分水阀门的开启和关闭。

2.1.5 安全分析

当输水线路中任何1处(或多处)发生机组变压器与设备本身因输电线路出现事故而被迫停机等事故时，计算机系统应根据可能出现的故障情况制定处理措施，自动实现相应的启、停程序，以保证水工建筑物安全。

2.1.6 监控显示功能

画面显示是计算机监控系统的主要功能，采用流程图、仪表图、棒型图、总貌图等形式，实时、动态地显示重要工艺参数的变化情况和整个工程的实时情况。模拟和数字过程变量随时间的变化过程可以驱使画面进行显示并归档存储。

系统能对各现地PLC控制器的参数进行设定和修改。具有良好生动的人机界面，所有控制命令均具有中文信息提示。

2.2 管理站点监控功能

工程设有5个管理站点，对工程进行分段管理。各管理站点通过工业以太网通讯链路下接各下层测控单元，完成对各下层监控点测控单元的数据采集和控制。同时，通过通信网向调度中心传送监测信号，向各下层测控单元传送控制命令，实现遥测、遥信、遥控和遥调。各管理站点都具有数据处理、运行监视、事件报警、事故分析与处理、趋势分析、人机联系及操作、统计和制表打印、自动流量控制、通信、系统主时钟、系统自诊断、自恢复等功能，能确保各管理站点控制范围内工程运行安全，并随时反馈信息，解决各种问题。

2.3 现地PLC测控功能

工程现地测控单元分泵站、净水厂、输水管路出水口测控装置和蓄水池测控装置三类，其中泵站、净水厂分别作为独立集成单位，其运行控制、监视、监测等功能要求均在泵站、净水厂设计要求中描述，以下技术要求仅为输水管路出水口及蓄水池现地PLC测控单元功能要求。

现地PLC测控单元具有数据采集和处理、控制与操作、通信、时钟同步、自诊断等功能。各现地PLC测控单元能够接受远控级指令，并进行有效性检查、核对后执行;以“定时”或“召唤”方式向远控级发送采集的数据。

3 应用效果

3.1 提高工作效率

固原东部农村饮水安全重点供水工程自动化系统运行管理模式，按少人值班、集中控制方式设计，采用计算机监控系统，实现工程中泵站机组、净水厂设备、输水分支管路阀门及各蓄水池水位、输水管流量、输水主管压力等监测功能，该系统能实现管理人员配置少、提高工作效率的目的。与传统管理模式比较，该人饮安全工程需要至少20人管理，而配备自动化系统后，仅7人即可实现全系统工程管理，节约人工65%，并在调度中心计算机监控系统出现故障时，在管理站点内计算机上实现监控，从而克服东部山区山大沟深，人饮管线长远，管理不便等困难，使工程实现高效管理、高效运行。

3.2 适时调整调度方案

调度控制中心计算机监控系统，根据不断获取的工程运行状态数据、来水与用水信息，对调度方案实时进行校对，及时调整调度方案，同时，在保证整个输水系统安全稳定运行的情况下，通过对各泵站运行方式及输水管路分水阀门控制和取水口流量调度，实现整个输水系统的弃水和能耗最小，实现经济运行。

3.3 系统操作安全可靠

系统管理工作站、监控工作站等均有身份密码识别和权限识别，未通过识别的人无法改变系统组态，无法对系统进行任何操作(停电除外)。系统设计有操作员记名和口令询问措施，可将其操作开始和结束时间、操作动作记录并存档。而系统设备同时考虑操作习惯和步骤、通信的安全性及硬件、软件、固件设计的安全性。系统对每个功能操作提供安全检查和校核，当发生误操作时，系统能自动禁止误操作输出并报警提示，可以确保系统操作安全，并随时提示运行人员正确操作。

4 结语

固原东部农村饮水安全重点供水工程自动化系统，担负着全线输水流量最优化调度、输水流量平衡控制、输水量控制、输水经济运行、运行监视、运行事故处理、输水起动控制、停止输水控制、供水点供水量统计和计费、接收工程观测、运行管理等任务，具有结构紧凑合理、适应性能好和操作简便、运行稳定等特点。通过不断改进，可在各种大、中型人饮工程中广泛推广和应用。