1、 收稿日期：第一作者：任晓芳（），女，河南洛阳人，硕士研究生，副教授，研究方向为自动化、计算机控制。：基于云服务平台的泵站综合自动化监控系统设计任晓芳，张维玲（兰州工业学院 电气工程学院，甘肃 兰州）摘要：信息化和数据开放共享是水利行业发展的必然趋势。系统采用操作层、采集层、控制层和设备层四层网络架构，具有工控、巡检、安防为一体的综合功能。双冗余 系统构成控制层，通过采集层的物联网关模块实现控制层与操作层间通信，通过 总线技术实现控制层与设备层的通信。采用 技术开发系统监控程序，可使操作员通过手机或浏览器在本地或远程对系统进行监控。系统集成了、物联网及云通信等技术，使信息技术与水利工程融合，提
2、高泵站管理水平，减轻人工运行成本，避免因故障报警发现不及时造成事故，促进数据开放共享。该系统的研制具有重要的科研和应用价值。关键词：云服务平台；物联网关模块；冗余 系统；中图分类号：文章编号：（）文献标识码：，（，）：，：；引言水利行业作为支撑国家实现现代化的根基之一，在社会发展的进程中，应具有与时俱进、可持续发展特点。泵站在水利工程建设中是不可缺少的一部分，主要承担区域内的防洪、除涝、灌溉、调水和供 年第 期 工业仪表与自动化装置水等工作重任。随着物联网关技术、网络通信技术的快速发展，泵站自动化的发展趋势向着更快速、更智能的方向发展。目前泵站自动化监控系统存在以下不足：少数泵站实现了远程监控
3、，但功能简单，实时性不好；多数泵站只实现站级监控而不能实现远程监控，难以实现水利资源综合调度；抽水监控系统、变电站监控系统及视频监控系统没有实现多网融合，信息不共享；故障报警方式单一，故障预测和故障诊断功能简单。基于云服务平台的泵站综合自动化监控系统集合了高精传感器、物联网技术、云通信技术和组态软件等高新技术，使信息技术与水利工程融合，搭建泵站综合自动化监控系统平台，提高泵站管理水平，减轻人工运行成本，避免因故障报警发现不及时造成事故，促进数据开放共享，实现水利工程信息化、智能化。系统控制功能分析泵站综合自动化监控系统是现代化泵站建设和对旧式泵站进行改造的重要组成部分，通过合理科学地开发泵站监
4、控系统，可以实现泵站的远程监控和水利资源的综合调度，从而发挥水利资源的最大经济效益和社会效益；可以实现机组开机优化组合，进一步提高机组安全运行水平，减少事故发生的几率；可以提高机组运行效率，节约电能，降低灌溉成本，促进农业发展。系统主要功能如下：（）具有与控制中心和与现场就地控制单元层通信的功能，数据能够上传下达；（）实现系统中重点设备设施、工艺段运行过程中的各个环节节点的集中监视，并能通过视频及周界防卫报警系统辅助控制中心下达指令；（）具有良好的人机 交互界面，生成与设备现场最为真实的运行界面，真实反映设备实时运行生产情况及工艺流程配方等；（）实现多级泵站的综合调度功能，提高多级泵站控制监控
5、系统的运行稳定性；（）系统事故状态自动记录、判别、处理预案的辅助决策和报警功能；（）具有关键绩效指标（）统计和分析功能。能识别泵站运行管理薄弱环节，为泵站运行管理优化提供丰富的数据展示，使得管理更加科学化、智能化。系统架构基于云服务平台的泵站综合自动化监控系统采用操作层、采集层、控制层、设备层 层结构。系统架构如图 所示。图 系统架构 设备层主要由阀门控制柜、变频控制柜、高压软启动控制柜及分布式工业 模块等组成。这一层主要对电动阀门、变频器和水泵电机等进行控制，采集水质检测仪、压力传感器、阀门开度传感器以及液位传感器等设备的数据。控制层由双 冗余控制器、触摸屏 及微机综合保护装置等组成。控制层
6、与设备层之间通过以太网接口单元及 总线接口单元将双 冗余控制器与分布式 模块、微机综保装置进行数据通信，将设备层采集的信号进行模数转换、工程值换算以及 等算法逻辑控制。采集层由广域网无线网关模块组成。通过以太网接口以及现有 通信网络技术，控制层中的双 冗余控制器对设备层中各设备的实时数据进行采集和云端存储，下达控制指令，接收中控室下达的指令等。操作层由云服务平台和工程师站、操作员站及移动设备等组成。该层通过云服务器、互联网、移动终端设备实现采集数据的可视化展示、设备分类管理控制、能耗管理分析、数据保存查询、越限及事故报警等。关键技术解析 云服务平台实现现场控制层到中控室远距离数据传输 云服务平
7、台泵站分布区域广，数量众多，个别泵站距控制室工业仪表与自动化装置 年第 期距离远，采用云服务平台通信可以解决光纤铺设费用高、架设困难等问题。云服务平台支持多协议、多类型的设备快速接入云，具备多级设备连接能力，可以轻松地远程管理和控制分布在各地的设备。通过输入设备编码便可以直接接入云服务平台；中控室或操作人员通过网页或者手机端监控设备数据，第一时间了解设备运行状态和参数等。通过云服务平台实现现场控制层到中控室远距离数据传输，减少远距离数据传输投资建设及后期维护成本。物联网无线通信智能网关模块的应用物联网无线通信智能网关模块是专门为 产品提供的无线网关设备，可方便实现对 设备的网络监控和生产管理。
8、该模块以“联网”和“云端监控”为功能核心，支持移动、联通、电信 网络制式，具有易用性强、方便集成的特点。将物联网无线通信智能网关模块集成到 控制器中，通过 指令实现 与云服务平台间的数据通信。广域网物联网关模块建立 与云服务平台间功能框图如图 所示。中控室建立云组态监控大屏，实时进行设备状态监控、视频监控及设备定位。云组态监控大屏如图 所示。图 物联网关模块建立 与云服务平台间功能框图图 云组态监控大屏 冗余系统在泵站综合自动化控制系统中的应用 双冗余 架构控制层采用 控制器，双机热备，利用 自带的 网络通信接口构成双环网，通过 总线接口实现与分布式 模块、保护装置及设备层相关设备间的通信。双
9、冗余 控制系统架构如图 所示。图 双冗余 控制系统架构图 双冗余 控制软件设计冗余系统 所有的 模板均采用直流、点模板，所有操作信号（泵远动 本地选择开关等）及现场检测信号（接触器常开辅助触点、热继电器辅助触点、断路器辅助触点等开关量、流量、浊度等模拟量）均进入冗余系统，并根据工艺流程图和工艺说明书以及仪表和电气控制要求用 编程软件开发。编程时，遵循软件工程规范，按照结构化，模块化的原则，把功能相对独立的部分编制为一个子程序，尽量减少子程序之间的联系。双冗余 控制系统软件由主程序、上电复位子程序、数据采集子程序、顺序控制子程序、故障处理子程序、调节子程序以及顺序控制子程序等组成。主程序依据不同
10、条件调用各个子程序，完成相应的功能。（）主程序 年第 期 工业仪表与自动化装置完成手动 自动，远动 本地等控制任务，根据编组、中断条件及故障触发等条件调用相应的子程序。（）上电复位子程序当 每一次上电时 自动调用该子程序，在一个程序扫描周期内，复位各采集量及设定值至初始值，复位所有故障报警，传送设定参数至变频器设定值区。（）数据采集子程序模拟量输入模板采集现场液位、压力等仪表送来的标准 信号，经程序处理以工程量的形式存放在数据区，供上位机显示。（）故障处理子程序对流量、浊度等模拟量在程序内部处理为工程量后，与相应的高低限设定值实时比较，当超出这一范围时，激活一个输出，并通过以太网传送到上位机，
11、上位机根据故障的严重程度以不同的画面显示报警，该输出也激活 去执行一个相应的动作以完成保护功能。双冗余 控制系统与工程师站间的通信实现双冗余 控制系统与工程师站间采用以太网连接，通过 技术进行通信。主 系统提供高带宽网络连接，支持在以太网上广泛应用的 （传输控制协议 互连网协议）通信协议；其 以太网通道提供了和以太网的最经济的连接方法；它能提供时效性可靠的数据传送。组态软件在系统中的应用为了实现本地操作人员和远程操作人员对现场设备的实时监视和操作，上位机采用 发布方式，通过浏览器或者手机就可以进行监控，不仅节约了人力物力，也增加了设备的使用寿命。系统利用 组态软件，完成了对泵站综合自动化系统的
12、可视监控。监控软件采用了标准化、模块化、系列化和开放型的设计思路，具有如下技术特点：（）协调性。操作员站与 工作站之间采用以太网进行各种信息传送，实现 系统的数据采集和过程监控功能；（）友好性。主监控软件界面是面向控制技术人员、工艺技术人员和现场操作人员而设计的，具有实用、简捷的人机对话功能；系统监控并显示整个设备的生产运行状态，通过棒图显示流量和浊度等，可方便地对加药量进行设定，报警时显示报警记录；系统图形清晰，画面直观，方便进行不同画面的切换；（）适应性、灵活性和可扩充性。硬件和软件采用标准化、模块化和开放式设计，采用积木式结构，具有灵活的画面显示和可扩充性；可对不同的泵房生产过程进行监控
13、，如扩大加药系统生产规模，只需增加一些硬件，该软件只作少许变动而无需重新开发；（）在线性。通过人机 接口，可对过程控制对象的数据实时采集、分析、记录和监视等。系统可对整个生产过程中所有监控的电气设备、执行机构进行在线监控，具有总体生产工艺过程的实时监控功能，使工艺技术人员和现场操作人员对整个生产过程及现场设备的运行状态一目了然；同时，系统可灵活地切换到其他子系统。除此之外，还设计了退出系统的工程师级用户口令，而普通操作人员无权退出系统，从而保证了系统安全可靠地运行。基于 平台开发的平台总览如图 所示。图 平台总览界面（下转第 页）工业仪表与自动化装置 年第 期图 空压机一级 向运行趋势图 结论
14、大型旋转设备关键机组在线状态监测和分析系统作为设备监测的重要手段，在目前对设备运行的经济性要求更高的现状下，是设备管理过程中一项必需的设备管理技术，可以提高大型关键机组的整体管理水平，提升企业的核心竞争力。参考文献：郝殿成，王娜，战立启，等 大型转动设备在线状态监测及前期故障诊断 设备管理与维修，（）：陈海宗，谢超雄，叶正文，等 大型旋转设备在线监测系统的应用 烧结球团，（）：万丽，范海龙，张玉龙 设备状态在线监测平台在旋转型机械中的应用 机械研究与应用，（）水龙，郝兆鹏，秦少锋 基于在线状态监测的丙烷气双螺杆压缩机故障诊断分析 凿岩机械气动工具，（）李新杰，童靳于 滚动轴承状态监测与早期故障
15、诊断系统研究与设计 佳木斯大学学报：自然科学版，（）：常文波，彭曦，罗倩，等 基于状态监测及故障诊断技术的催化主风机机组故障分析 中国设备工程，（）：徐乐，郎超男，于如信，等 大型旋转实训设备运行状态监测及安全防范措施研究 现代制造技术与装备，（）：（上接第 页）结语该文基于云服务平台的泵站综合自动化监控系统，利用物联网技术和云通信系统，对设备层各监测点全面监控，数据实时上传，集控制、保护、运行和管理一体化。该综合自动化监控系统提高了泵站运行的管理水平和运行效率，降低了生产成本及工作人员劳动强度，提高水资源利用效率，可应用于城镇供水系统及水利灌区控制系统。将信息化技术与水利现代化深度融合，发挥
16、水力资源的最大经济效益和社会效益，促进水利信息共享技术的发展。参考文献：郝振兴，康喜富，王基月，等 基于物联网的液压泵站远程监控系统设计 仪表技术与传感器，（）：丁文杰，徐素，张运山，等 农村污水处理泵站远程监控系统及其应用 给水排水，（）：章盼梅，朱万浩，韩凤琴 污水处理泵站手机 远程监控系统设计 仪表技术与传感器，（）：戴万波 无人值守城市泵站监控系统的设计与实现 电子设计工程，（）：朱亚东，张兆东，高艳，等 基于物联网的智能泵站运行监控系统设计 现代制造技术与装备，（）：李小斌，王亚云，郭迪，等 冶金工业泵站远程在线监控系统设计 自动化技术与应用，（）：汤伟，李含君，唐玉宝 煤矿井下排水泵房自动化监控系统的设计 煤矿机械，（）：李涛 瓦斯抽采泵站自动化系统设计 煤矿机械，（）：吴坎 无人值守给水泵站群自动化系统研究与应用 给水排水，（）：朱萱 基于物联网的智能泵站运行监控系统设计分析 科技创新导报，（）：年第 期 工业仪表与自动化装置
