1系统功能

泵站监控系统的主要功能是监测、监视、控制、存储等。

①监测

系统应对供电、温度、水泵、管道压力、机组运行状态、保护、前池水位、管道流量进行监测。

②监视

视频监视系统为独立系统，通过软件技术在现地监控系统软件界面实现对前池、泵房、控制室和值班室的图像监视。

③控制

可以控制泵站机组启停，闸阀开闭，泵站辅助设备如排水泵、抽真空系统、风机等的控制；直流系统、调频设备的调节与控制；冷却风机的自动启停等。

水泵机组的控制有三种控制模式：现地手动、现地自动和远程自动控制。

④存储

现地泵站系统在本地存储实时监测数据。

2系统结构

泵站监控系统可以采用RTU或PLC为核心构建各现地监控单元。鉴于本系统监测项目多、控制可靠性要求高、数据存储容量大等特点，本报告拟采用PLC作为现地核心部件。

由于现地泵站前池水位、出水流量、管道压力等采集点和泵房、控制室、监控室相距较近，因此采用集中监测控制的原则。

现地泵站系统的基本结构详下图

现地泵站系统的基本结构是：采集设备通过各自电缆线连接PLC，由PLC接入现地局域网，组成泵站现地监控系统。

接入PLC I/O模块的监测设备和信号有水位计、管道压力计、流量计、电量、机械振动、窜动、温度传感器及水泵机组和控制电路的各类状态信息。

现地泵站交换机、 PLC主控制器、I/O模块、电源模块等均安装在控制柜内，触摸屏安装在控制柜面板上，工控机和控制柜安装在现地监控室。 工控机和PLC主控制器通过交换机接入以太网。前池水位、管道压力、管道流量、温度、电量、等公共信息和水泵机组的机械振动、窜动、各类状态信息接入I/O模块。

现地泵站工控机的监控软件属于远程监控系统内容。

3泵站控制模式

①现地手动：指通过现地控制柜的控制按钮控制水泵的启停和流量控制，现地手动必须先将控制屏上的“自动/手动”开关至于“手动”位置。手动控制方式是在脱离PLC情况下的控制模式，仅在PLC故障或检修情况下使用。

②现地自动控制：指现地控制屏上的“自动/手动”开关至于“自动”位置时，通过现地监控室的监控机或触摸屏对水泵的启停和流量控制。

③远程自动控制：指控制中心对水泵的控制。

现地自动控制和远程自动控制为在PLC支持下的控制方式，属常规控制模式。

4现地测控单元

①水泵机组控制电路方案

1）主回路

各泵站每个水泵机组的主回路相对独立，通过控制一组启动设备——电动开关或交流接触器使水泵的电动机启动或停止。根据泵前池的水位高低，通过自动切换（启动或停止）水泵机组的个数来实现出水流量的粗调节。每个泵站设一组水泵机组用来实现出水流量的微量调节，该机组采用模拟量控制电动机的变频调速实现出水流量的细微控制。电气回路设过负荷保护、反时限过电流保护、零序电流保护、低电压保护、逆功率保护等。泵前池水位、管道压力、流量、调速电机的转速、振动、窜动等各种电量和非电量信息通过电缆传送到PLC主控单元。主回路电流和电压量的采集，通过电流变送器和电压变送器把采集到的电流和电压转换成4～20mA的模拟量送至PLC，可实现水泵机组运行时电流、电压的远方监视。现地监视采用触摸屏，主回路控制设备均安装在水泵机组控制柜内。

2）控制回路

控制回路是以PLC为核心构成的回路，I/O单元的开关量输入输出模块、模拟量输入输出模块及相关外围设备电路布置于泵站监控室。

在泵站监控室应配备稳压电源和在线式UPS电源，UPS电源由泵站交流电源供电，输出端向工控机、以太网交换机、PLC和其它重要负荷供电。

由于PLC的I/O模块及其它控制设备安装在监控室内，气候及环境条件较差，故应在PLC控制柜内设置温度传感器，可根据现场条件自动启动加热和通风、散热设备，以免柜内电气设备影响性能和造成损坏。

为确保泵站现地控制的可靠性，作为PLC事故情况下的应急备用，每台水泵机组设置一套继电器硬接线逻辑的常规控制回路，以保证当PLC事故退出时能够可靠控制水泵机组的运行。

②监测信息

监测的主要信息如下：

1）电量信息：泵站的总电流、电压、机组运行电流以及电源频率、转速、功率、功率因数、电量等。

2）非电量信息：泵站进水源前池水位；泵站总流量。另外，水泵出水压力、振动、窜动等。

3）温度信息：机组中水泵、电动机轴瓦温度、电动机铁芯温度或绕组温度、轴承温度、环境温度等。

4）状态量信息：机组运行、停机、检修状态，各闸阀的开、闭状态，刀闸的分合状态，泵站辅机设备的工作状态；主变压器、馈路的投运、退出状态，保护信号装置的正常与动作状态等。

③安全防护

保护系统的保护对象有：泵站用变压器、每台机组的电动机。电动机所接的母线分段时设置母线联络线保护。

本章只包含保护信息的采集、上传和继电保护动作，机电保护设施在相应章节中给出。

5水位监测

泵站的水泵开启台数，调频水泵机组的输水大小，取决于水泵进水源水位高低。因此水泵进水源水池的水位是系统的重要监测对象。

水泵前池距监控机房较近，水位传感器通过电缆接入PLC主控制器，实现水位数据的上传，同时PLC主控制器控制触摸屏，实现前池水位数据的显示。

6流量监测

系统通过准确的流量监测，实现用水量的计量和水泵输水的自动控制。流量监测方案有两种。

方案一：对泵站的每个水泵出水口安装管道流量计，进行精确测量。

方案二：对各个水泵的出水总管道安装管道流量计，测量泵站的输水总量。

本着经济适用的原则，本系统拟用第二种方案。

水泵的出水总管道距监控机房较近，管道流量计通过电缆接入PLC主控制器，实现管道流量数据的上传，同时PLC主控制器控制触摸屏，实现泵站出水流量的显示。

7主要设备选型和技术要求

①PLC

1）PLC应选用具有成熟技术的国内知名品牌的中高端PLC；

2）PLC本机内存储容量大于等于2Mb，并可根据实际需要配置相应的外部扩展存储卡，配置输入/输出（I/O）容量和内存容量时，需保留30%的裕量（每个泵站各类I/O容量应有30%的裕量）；

3）PLC应具有模块化结构，所有模块应是成熟应用的标准化模件（包括CPU、通讯模块及各类I/O模块等），可带电插拔。模块的平均无故障间隔时间（MTBF）≥10万小时，所有模板均通过权威机构的安全认证，包括：UL、CSA、CE等；

4）PLC的外部供电电源为单相交流220V±15%，50Hz±2%电源；

5）通讯协议符合工业以太网GB系列标准；

6）PLC具有高可靠性，能在无空调、无净化设备、无专门屏蔽措施的泵房正常工作；

7）PLC的I/O模块应有光电隔离和滤波措施，有LED指示状态。

8）PLC各模块应为同一品牌，I/O站必须采用和CPU对应的同等级、同系列的模块；

9）PLC配置以太网接口，通过以太网交换机与远程监控站通信，内置Web Server功能，接口类型支持双绞线RJ45及光纤接口。

②水位计

水位测量采用的传感器主要有浮子式、超声波式、雷达式、电子水尺和压力投入式几种。

通过对5种水位测量传感器比较，其中电子水尺较其它的类型具有一下优点：技术先进，可靠性高；测量精度高，无机械传动部分，寿命长；RS－485输出，抗干扰强；可直接安装在水泵进水源前池壁上，维护简单。

结合本工程的实际情况，在本系统建设过程中建议采用电子水尺。

③管道流量计

现应用较多的管道流量仪表有差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计及超声波流量计等几大类。

通过对以上列举的７种流量计的比较，超声波管道流量计比其它类型的流量计具有安装简单、无压力损失、流量范围大、性价比高的优点，且测量精度和抗干扰能力满足系统要求等优点，结合本工程的实际情况，在本系统建设过程中建议采用超声波管道流量计。

④柜体

为控制温度，所有装有电气控制和开关设备的盘、柜内应装有电加热和通风、散热装置。加热器的放置应确保空气循环流畅，加热器额定电压应为单相交流220V，并带有温度控制的温控开关，并在过热状态时不会损坏设备，温度控制应具有自动和手动控制二种方式。

8监控设备系统配置方案

由于不同泵站水泵机组的个数不同，其设备配置也不尽相同，以下为现地泵站设备配置方案。

1）稳压器一台；

2）不间断电源UPS一台；

3）配置工控机一台；

4）水泵机组功率大于100kw的泵站，每台水泵机组配置1套PLC，公共设备和信息输入共用1套PLC；水泵机组功率小于100kw的泵站，每2台水泵机组配置1套PLC，公共设备和信息输入共用1套PLC；如果功率小于100kw水泵机组不足2台，公共设备和信息输入与该机组共用1套PLC。PLC包含电源模块、CPU、以太网模块、I/O通信模块和其它扩展模块。

5）水泵机组的每套PLC配置1套控制柜；控制柜安装PLC、控制回路、温度传感器、声光报警装置等控制、保护和触摸屏等器件。

6）每个泵站配置一个水位计；

7）泵站的每个输水管道配置一个管道压力计；

8）泵站的每个输水管道配置一个管道流量计；

9）变频调速的水泵机组配置一个转速计；

10）安装材料及辅材：穿线钢管；安装辅材；缆线等。

电机主回路中自动开关、接触器、断路器、热继电器、互感器、电流/电压表等在水泵机组基础建设中配置。