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大中型泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)選型原則
點擊次數(shù)：230 發(fā)布時間：2011-7-26
一、概述
我們所提到的泵站計算機監(jiān)控/和保護屬于二個*不同的專業(yè)，在計算機監(jiān)控、保護系統(tǒng)中還應含有安全自動裝置。他們的數(shù)據(jù)采集是獨立的，運行也是相對獨立的。泵站計算機監(jiān)控、保護系統(tǒng)中的保護，在學科上應為繼電保護和安全自動裝置，屬電力系統(tǒng)繼電保護及其自動化專業(yè)（上世紀七十年代以前為發(fā)配電專業(yè)），其作用是負責保護泵站電氣主設備安全。所以泵站計算機監(jiān)控、保護系統(tǒng)的提法并不科學。
我國泵站計算機監(jiān)控技術/的應用是在水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)上發(fā)展起來的，這項技術起源于上世紀八十年代，目前，該項技術已廣泛的應用于水電廠。經過多年的移植、試點，新建的大、中型泵站已全部采用計算機監(jiān)控技術，已建的大、中型泵站也在逐步將常規(guī)控制設備更換為計算機監(jiān)控系統(tǒng)。泵站計算機監(jiān)控技術的應用,不僅提高了泵站運行管理和設備安全運行，還使泵站無人值班（少人值守）得以實現(xiàn)，并可提高泵站的使用效率。
大、中型泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)/〔以下簡稱監(jiān)控系統(tǒng)〕經歷了常規(guī)電磁式設備、集中式微機監(jiān)控系統(tǒng)和分層分布式微機監(jiān)控系統(tǒng)幾個階段, 集中式微機監(jiān)控系統(tǒng)和分層分布式微機監(jiān)控系統(tǒng)又統(tǒng)稱為計算機監(jiān)控系統(tǒng)設備。由于集中式微機監(jiān)控系統(tǒng)和分層分布式微機監(jiān)控系統(tǒng)是由大、中型水電廠控制系統(tǒng)移植的，故而在泵站的應用適應性一直不好。
上世紀90年代中期小型計算機在大、中型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)方面的廣泛應用,計算機的價格快速走低，微型計算機的功能不斷加強。國內一些廠家便開始考慮如何將其技術移植到微機上,以應用于大、中型泵站，在高等院校和科研所的共同努力下，這一目標得以實現(xiàn)，所以現(xiàn)在泵站監(jiān)控系統(tǒng)的上位機控制方式上,還明顯的保留有大、中型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的痕跡。在網(wǎng)絡結構上則受變電站綜合自動化影響較大，很多生產廠家的樣本上還將泵站監(jiān)控、保護稱為泵站綜合自動化。泵站綜合自動化這一名詞zui早來源于電力變電站綜合自動化。這一提法是不科學的，稱為泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)較為合理。
二、監(jiān)控系統(tǒng)簡介
1、監(jiān)控系統(tǒng)的組成
泵站監(jiān)控系統(tǒng)大都由主站級（上位機）和現(xiàn)地控制單元級組成，它們之間依靠不同的通信介質及相關網(wǎng)絡設備加以聯(lián)接。主站級大多配有一臺或多臺計算機，輔以打印機、不間斷電源（UPS）、調制解調器（MODEM）、衛(wèi)星同步對時裝置（GPS）。其主要功能就是替代人工值班，現(xiàn)地控制單元級則裝有PLC或集中采集裝置、常規(guī)儀表、常規(guī)控制開關、溫巡、轉速信號裝置等；在信息量較大的泵站，有的還裝有一體化工控機或帶觸摸屏的數(shù)字處理單元?，F(xiàn)地控制單元級的主要功能是完成對水泵機組的自動監(jiān)視、控制和調節(jié)。通信介質多采用雙絞線、光纖。
2、監(jiān)控系統(tǒng)的功能劃分
泵站主站級計算機的主要功能是完成對全站主設備的實時監(jiān)測、控制、調節(jié)、運行記錄，兼有與上級水情調度機構的通信管理。在推廣水利信息化管理的今天，與上級水情調度機構的通信已變得十分重要。
現(xiàn)地控制單元級的主要功能是可按照主站級的指令，完成對泵站的設備實施具體的操作，也可在主站級或網(wǎng)絡無法正常工作的情況下，在現(xiàn)地獨立完成對設備的操作。這些操作可以是自動的也可以是手動的。
3、通信的主要功能
通信的主要功能分為內部通信和外部通信。內部通信為主站級工作站、服務器及現(xiàn)地級LCU、勵磁裝置、保護及自動裝置等相互之間的通信。
外部通信為泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與上級水情調度、水情測報系統(tǒng)及閘門監(jiān)控系統(tǒng)、船閘控制、視頻監(jiān)控和水工建筑物監(jiān)測系統(tǒng)等的通信。
泵站監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)使用zui廣泛的是10Mbps或 100Mbps的以太網(wǎng)（Ethernet），監(jiān)控系統(tǒng)與勵磁裝置、繼電保護及自動裝置、直流等的通信多采用串行通信（RS232、RS422、 RS485等）。監(jiān)控系統(tǒng)常用的接口方式：串行接口、網(wǎng)絡接口（RJ45或光纖）、總線。監(jiān)控系統(tǒng)常用的通信載體有雙絞線及雙絞屏蔽電纜、光纖、無線傳輸?？偩€常用的有： CAN控制局域網(wǎng)等多種
4、監(jiān)控系統(tǒng)與泵站自動化的關系
20世紀20年代美國、瑞士等發(fā)達國家，在泵站就已采用自動化控制模式。40年代，國外在泵站運行采用在中控室和機旁兩級值班；到50年代后期，就已開始實現(xiàn)無人值班。所以說，泵站自動化控制不是現(xiàn)在才有的，也不是一定要采用計算機才能實現(xiàn)。只要設計合理，常規(guī)設備一樣可以自動化控制的目的。
監(jiān)控系統(tǒng)是泵站自動化的重要組成部分，計算機監(jiān)控功能的發(fā)揮取決于泵站自動化相關設備的配置是否完善。大、中型泵站計算機監(jiān)控技術推廣緩慢的主要原因之一，就是泵站輔機自動化和泵站自動化元件產品不配套。
要想真正的讓監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮作用，除了有聰明的腦袋，還需有靈活的四肢。完善的輔機自動化和可靠的自動化元件是*的。
5、監(jiān)控系統(tǒng)的基本配置
監(jiān)控系統(tǒng)一般只包括主站級計算機及其相關設備和現(xiàn)地控制單元級LCU。它的設備范圍為計算機及其相關設備，網(wǎng)絡設備，由PLC或集中采集裝置、常規(guī)儀表、常規(guī)控制開關、溫巡、轉速信號裝置（此設備大多數(shù)由主機廠家配套）等組屏的LCU設備。
主站級計算機的配置依賴于市場的流行趨勢和用戶的資金投入。客觀的說，對于監(jiān)控系統(tǒng)，市場流行的工業(yè)控制機或品牌計算機，按標準配置都可滿足需要。所要變化的是主板插槽的多少，以滿足網(wǎng)卡和通信卡數(shù)量的需要。在采用集中式結構的系統(tǒng)中，工控機主板插槽數(shù)量則需要更多以滿足開入開出等功能板的裝配。
現(xiàn)在計算機硬盤容量都很大，可方便大容量信息的存儲，配上外置式刻錄光驅，可方便大容量數(shù)據(jù)的存儲，計算機的相關設備如打印機一般僅在監(jiān)控系統(tǒng)設備調試時使用一下，平常運行時使用頻率很小，設備檔次高低并不重要。在無人值班的情況下，更是用途不大，泵站配一臺普通打印機即可滿足要求。
由于計算機及其外圍設備大都是交流電輸入，為了解決在交流電源消失時能有效地保存數(shù)據(jù)，主要是采用直流逆變來加以解決。目前普遍采用的增加不間斷電源（UPS）設備解決在交流電源消失時，保存計算機數(shù)據(jù)的方法，并不一定是好的方法。它會使布線復雜，設備布置凌亂，既不利于設備的維護，也不美觀。實際只需在泵站現(xiàn)有直流系統(tǒng)上安裝一臺好的逆變設備就可以很好的解決，還可以節(jié)省投資，降低維護成本。
調制解調器（MODEM）。調制是將系統(tǒng)的數(shù)字信號轉化為模擬量信號的過程；而解調則是將模擬信號再還原為數(shù)字信號的逆過程，因此，在計算機監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)兩端計算機上加裝調制解調器之后使數(shù)字信號可以長距離傳輸。
衛(wèi)星同步對時裝置（GPS）。為使泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)及智能設備的時鐘與標準時間同步，一般在泵站主站級配置有衛(wèi)星同步對時裝置（GPS）。由衛(wèi)星同步對時裝置（GPS）輸出的時鐘同步信號使泵站主站級計算機和現(xiàn)地級智能設備的時鐘與標準時間同步。同步時鐘脈沖可以送至泵站控制級計算機和各現(xiàn)地控制單元，使整個系統(tǒng)與標準時間同步。同步時鐘信號也可以不經主站級網(wǎng)絡直接送至各現(xiàn)地控制單元，實現(xiàn)硬對時，后者比前者對時。
泵站的順控主要由現(xiàn)地級LCU的PLC來完成，其配置檔次的高低主要取決于PLC的選型，在LCU屏里其它都是配套設備和繼電保護及其自動裝置，所以PLC也是決定監(jiān)控系統(tǒng)價格的主要設備之一。目前在監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛采用的PLC有GE的9030、VersaMax；施耐德的Quantum系列；AB的SLC-500、MicroLojix1200和1500;歐姆龍的CJ1、CJ2。
6、監(jiān)控系統(tǒng)的結構：
有關監(jiān)控系統(tǒng)的文章和各廠家的說明書里，大家都會提到計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結構，而談的zui多的要算分層分布式結構，可是至今也沒有對分層分布式結構有一個性的解釋。實際上大家談的監(jiān)控系統(tǒng)結構應該是計算機網(wǎng)絡的結構形式，而并非監(jiān)控系統(tǒng)的結構，監(jiān)控系統(tǒng)的結構應該按現(xiàn)地級設備的相對物理位置劃分較為合理，而不應以網(wǎng)絡的設備分布劃分。不管是集中式、分層分布式還是分散式分布式，都可適用于大、中型泵站，他們帶來的只是價格的攀升和使用維護的難度。
7、常規(guī)監(jiān)控與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的區(qū)別
常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)是以人為作為核心進行信息處理的，不可避免的會出現(xiàn)一些失誤，其準確率和可靠性自然不高，而且因人而異。常規(guī)測量儀表的取值誤差較大，既有測量的誤差，還有人為觀察誤差；*信號裝置不能準確的告知和記錄事故發(fā)生的時間和順序。與之相比計算機監(jiān)控系統(tǒng)則具有如下一些更加*的基本特點：
（1） 數(shù)據(jù)采集處理
（2）運行監(jiān)視（狀態(tài)變化、故障報警等）
（3）事件順序記錄
（4）事故追憶
（5）遠動
（6）安全操作閉鎖
（7）自診斷、自恢復功能
（8）實時控制和調節(jié)
三、監(jiān)控系統(tǒng)的選型
在泵站監(jiān)控系統(tǒng)/設備選型時，要遵循：可靠、實用、經濟的原則。首先設計人員應對大、中型泵站信息化建設的現(xiàn)狀和發(fā)展有較全面的了解，新建泵站都要按無人值班（少人值守）進行設計和建設。大、中型泵站信息化技術發(fā)展的目的首先是要提高泵站安全性與可靠性，降低泵站運行成本。泵站實現(xiàn)“無人值班（少人值守）”還要與簡化廠房設計配合，才能真正技術*、經濟合理的目的。
基于泵站監(jiān)控系統(tǒng)是一集成設備（OEM）這一特點，在設備的選型上必然存在多樣性問題，同樣的價格會有幾十種不同的設備配置。在監(jiān)控系統(tǒng)設備的集成方式上、網(wǎng)絡結構上、PLC的廠家及型號選擇上，沒有統(tǒng)一的標準可遵循。各設備生產廠家也不可能對所有的IT設備和智能設備的技術性能都十分熟悉，所以目前大部分廠家提供給我們的設備并不是十分合理的配置，很多廠家生產的設備在技術指標和功能上往往很難標書和相關規(guī)范的要求，而這些問題用戶是很難了解到的。
要想發(fā)現(xiàn)存在的問題，必須要有完備的設備訂貨合同和詳細的技術協(xié)議。因為只有簽定了完備的設備訂貨合同，明確了法律責任，并提出詳細的技術條款和設備清單，設備生產廠家才不可能隨意更換配置和改變功能。這樣，設備生產廠家如無法完成標書要求的技術功能要求，則不會盲目承接。
1、提出合理的方案
客觀的講，目前各廠家所生產的泵站監(jiān)控系統(tǒng)都能基本滿足大、中型泵站的技術要求，只是研發(fā)實力不一樣，在智能設備的性能、軟件開發(fā)和通信網(wǎng)絡的技術指標上各廠家之間存在很大的差異，有的差異可能會影響到泵站的正常運行。所以在監(jiān)控設備定貨前一定要根據(jù)泵站的規(guī)模和經濟能力拿出合理的技術方案。在技術方案里要對主站級的設備配置、網(wǎng)絡的結構和網(wǎng)絡設備的選型、智能設備的選型和功能要求、PLC設備生產廠家和設備型號的確定加以明確，特別是PLC模塊的類型和數(shù)量、主站級計算機的生產廠家及技術指標和網(wǎng)絡設備的生產廠家和型號。除要有技術招標文件外，還需有詳細的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖和設備清冊。
２、監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖的基本要求
目前廠家在投標時提供的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖都是示意圖，并不能真實的反映智能設備之間的聯(lián)接關系，也無法真實反映相互之間的通信方式，這就給將來設備驗收帶來不便，同一張監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡示意圖可以有很多種不同的結果。
首先，業(yè)主應要求設計院拿出計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖，由于設計院不可能對所有的IT設備的性能和配置方法都十分了解，所以應要求設備廠家根據(jù)設計院的網(wǎng)絡圖做出幾種能反映設備之間聯(lián)接關系和反映系統(tǒng)及設備相互之間的通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖，并根據(jù)網(wǎng)絡圖做出詳細的設備清單，這樣就可以將技術方案加以確定。業(yè)主對幾種方案可按可靠、經濟、實用的原則和自己的需求選擇其中一種。
1、監(jiān)控系統(tǒng)設備清冊的基本要求
監(jiān)控系統(tǒng)設備清冊是確定技術指標和設備價格的關鍵。技術方案一經選定，根據(jù)完整的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖就能列出詳細的設備清單。目前設備生產廠家提供的設備清冊只標型號，沒有設備名稱、技術參數(shù)以及具體設備生產廠家，不具備*性，給系統(tǒng)廠家在后期系統(tǒng)集成時變更設備留下了很大的空間，造成用戶與廠家在設備驗收時產生分歧。如果碰到責任心不強的廠家，則會出現(xiàn)無法滿足設計要求的問題。
對于監(jiān)控系統(tǒng)設備清冊的具體要求是要將監(jiān)控系統(tǒng)所用設備的名稱、型號、技術參數(shù)、具體的設備生產廠家和使用數(shù)量按不同的安裝單位分門別類的詳細列出，在投標時還應提供設備單價和總價。設備驗收時則按設備清冊逐一對照，既可避免意見分歧，也可保證監(jiān)控系統(tǒng)的產品質量。
2、價格估算
由于沒有統(tǒng)一的標準，在泵站監(jiān)控系統(tǒng)的價格上是沒有參考標準的。各系統(tǒng)設備生產廠家的進貨渠道和采購量的不同，拿到的設備價格也不一樣，加之IT產品市場價格變化很快，所以很難準確的判斷誰的價格高低。如有實力的廠家進貨量大，采購價格低，但管理成本高；實力稍差的廠家進貨價格高，但管理成本低。所以也不能以價格的高低來評判產品的好壞。
一般將IT產品在網(wǎng)上公布的價格打六折，其他設備可直接與生產廠家詢問，二者合一就應是系統(tǒng)集成廠家的報價，在這一報價的基礎上上下浮動幾個點應該是可以接受的。這種計算方法不適用于自產的微機保護及智能裝置，對于無自主研發(fā)能力的廠家，因其沒有大的研發(fā)成本，其裝置的利潤空間很大。
5、監(jiān)控系統(tǒng)集成廠家的選擇
現(xiàn)在業(yè)主都習慣用企業(yè)的注冊資金量、年產值和已生產了多少設備來衡量系統(tǒng)集成廠家的技術，而注冊資金量、年產值和已生產了多少設備是無法真實體現(xiàn)系統(tǒng)集成廠家的真實技術。有的廠家年產值很高，但主營的是其他產品，泵站監(jiān)控系統(tǒng)在其中所占比例則很低；而有些年產值不太高的廠家則有可能是專業(yè)生產泵站監(jiān)控系統(tǒng)的。
在技術上衡量的標準應以有多少產品是自主研發(fā)的，具不具備應用軟件的自主開發(fā)能力（不含組態(tài)應用軟件的開發(fā)能力），而不是看集成廠家生產了多少設備。很多廠家2000年前生產的設備已被撤換，因為那時人們對監(jiān)控系統(tǒng)并不了解，只要說是綜合自動化設備就行，交了不少學費。
現(xiàn)在泵站監(jiān)控設備生產廠家以前大都是生產變電站綜合自動化設備和小型水電站監(jiān)控設備的，由于自主研發(fā)生產數(shù)字式保護繼電器有一定的難度， 繼電保護和安全自動裝置（數(shù)字式保護繼電器）對專業(yè)技術和生產技術要求很高，而監(jiān)控系統(tǒng)屬集成系統(tǒng)（OEM），只要了解泵站的生產工藝流程就行，而泵站的生產工藝流程由設計院完成，所以對自動控制稍有了解的生產工廠和自動控制公司都可完成，這也就是為什么有這么多的監(jiān)控生產廠家和自動化公司涉足這個行業(yè)的主要原因之一。
現(xiàn)在泵站計算機監(jiān)控、保護系統(tǒng)在運行中所出的問題，大多是出在保護裝置上，再就是出在監(jiān)控應用軟件上。目前國內還沒有專門的泵站監(jiān)控應用軟件銷售，而國內只有少數(shù)幾家具有泵站監(jiān)控應用軟件自主研發(fā)能力，大多數(shù)廠家只能在iFX或組態(tài)王等組態(tài)軟件上進行二次開發(fā)，在使用中感覺軟件的適應性不是很好，可維護性較差。由于受公司研發(fā)人員流動大的影響，依靠二次開發(fā)的軟件很難定型，給軟件的維護帶來很大的不便。
因此,在選擇泵站計算機監(jiān)控、保護系統(tǒng)生產廠家時,不能只看注冊資金和廠家業(yè)績。主要看其是否具有自主研發(fā)能力、設備生產加工能力及售后服務體系。IT產品更新很快,計算機產品更新更快,沒有好的售后服務做為基礎,泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)/將無法*穩(wěn)定運行，只能是一個高科技的擺設。
6、監(jiān)控系統(tǒng)IT主設備配置
據(jù)德國西門子公司提供的資料，雙機系統(tǒng)的價格比單機系統(tǒng)高30％左右，但可用率只提高0．08％。國外有些新投產的泵站也未用雙機系統(tǒng)。
在主站級計算機的配置上要以滿足系統(tǒng)功能和網(wǎng)絡需求為基本原則，現(xiàn)在市場上的主流機型都能適合泵站監(jiān)控系統(tǒng)。單機能完成任務的不要設多機，小型泵站可以考慮取消主站級。
現(xiàn)地控制單元級的PLC配置原則上不需配置模擬量模塊，因為模擬量模塊價格很貴，所需的模擬量可以通過其他方式采集，所以模擬量模塊作用并不大。PLC有大中小型和高中低檔之分，因為PLC在泵站主要實現(xiàn)的是邏輯控制功能，所以不管選那個廠家的PLC都行，主要看你的經濟實力、運行維護人員的技術及操作習慣。
7、泵站信息化的定位
在新的一輪泵站改造高潮到了的時候，人們在激動之時不可避免的會產生盲動性，幾十年的無人問津，艱苦條件下的工作環(huán)境是該好好改善一下，泵站自動化一下子上升為泵站信息化。提法提高很容易，但是要根本解決管理素質低下問題不是一下就能解決的，高性能的設備是需要高素質人才來管理的道理大家應該明白。
縱觀近幾年大、中型泵站的改造結果，我們不難發(fā)現(xiàn)，從設備的硬件配置方法到軟件的功能設置，無疑不是農村水電站監(jiān)控系統(tǒng)上世紀90年代產品的拷貝，在信息化建設方面并沒有大的突破。
筆者認為，我國的泵站是一個公益單位，不是以贏利為目的，也沒有贏利的手段，也就是說沒有正常的收入，所有的開支都是來源于政府財政撥款，這是招標和投標單位首先必須考慮的。
比起農村水電站，泵站的人才更為奇缺，而學泵站自動化的就更少。沒有高素質的人才，如何能管理好高配置的設備。人才的培養(yǎng)是需要一定周期的，突如其來的改造機遇給我們帶來生機，如何掌握機遇也是必須認真面對的。否則，用納稅人的錢武裝的高科技設備將可能會成為擺設，如果使用不當甚至會危及到泵站的運行安全。合理而且科學的定位，實事求是的面對現(xiàn)實，才能使泵站改造取得良好的效果。
這幾年在泵站自動化設計上不考慮實用的原則，過分的追求主站級計算機系統(tǒng)的高配置，測量參數(shù)不管有用沒用，都往主站級送，似乎采集量越多，顯示畫面越多，系統(tǒng)就越*。盲目提高系統(tǒng)配置檔次，在主站級除了設置冗余的操作員工作站外，還要設置工程師工作站、培訓工作站、通信工作站等，結果增加了自動化設備的投資。不但收到的效益甚微，還加大了維護工作量，增加了運行成本。
在現(xiàn)實設計選型中出現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)設備的大型化、復雜化，已是當今很突出很普遍的現(xiàn)象。所以我們需要對監(jiān)控系統(tǒng)的基本技術有所了解，避免在設計選型上照抄、照搬，對廠家的宣傳要仔細分析，特別是要加強設備驗收和投運試驗。
在歐美發(fā)達國家泵站的控制都已實現(xiàn)遠方開、停機操作 ，泵站現(xiàn)地配置簡單實用的自動化模式，由于設備的減少，副廠房設計的都很小，也有不設副廠房的。主廠房簡潔、實用，不裝修。泵站無需人員值班管理。當發(fā)生事故時，自動化設備自動完成停機程序，然后向管理人員發(fā)出事故報警信號，通知其到泵站處理事故。
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