从凹里站的自动化运行谈上位机故障的分析及解决

从凹里站的自动化运行谈上位机故障的分析及解决

景春永兰涛

渭南市港口抽黄灌溉工程管理局陕西渭南714300

摘要：首先介绍了泵站自动化监控系统的组成和上位机的作用，然后对泵站自动化监控系统上位机常见的故障现象进行了分析，并提出了解决方案，为上位机的日常使用和维护提供了参考。

关键词：泵站；自动化监控系统；常见故障

工程概况

凹里站是港口抽黄工程的一座三级泵站，属于南头塬灌溉系统，设计灌溉面积4.85万亩，本级灌溉面积2.23万亩，设计流量2.80m3/s，设计扬程120.00m，累计扬程243.42m。安装卧式离心泵14SH-68台，配套6KV高压异步电动机JSQ158-48台，单机功率680KW，泵站总装机功率5440KW，1977年11月开工建设，1980年6月投入运行。泵站为单回路供电，从港口变电所引出6KV线路。6KV电源侧采用单母线结构，低压采用单母线接线。2014年8月至2015年8月进行了改造重建，全面实施了自动化运行与管理。

1泵站自动化监控系统介绍

泵站自动化监控系统集成了泵站的几乎所有能集成的设备，可以图像监视站内全景及重要工位，实现泵站无人值守。泵站自动化系统由自动化监控系统和视频监视系统两部分组成。泵站自动化监控系统包括上位机系统和下位机系统，或叫现地层（机组LCU上的可编程控制器）和全站控制层（操作员工作站）。上位机系统为泵站实时监控中心，负责整个泵站的集中监控，具有数据处理、数据库管理功能，包括实时数据库管理、历史数据库管理和计算数据库管理、安全监控、综合参数统计、计算与分析、报表生成、显示与打印、语音报警、人机联系、远程通讯等。对泵站自动化监控系统上位机常见故障现象做一些分析，可以为其日常使用和维护提供一些参考。

2上位机常见故障

2.1逆变电源未正常工作

为确保自动化系统稳定运行，在系统中一般会用到逆变电源。逆变电源的运行方式有直流优先和交流优先。逆变电源的主要作用是把直流电转换为稳定的交流电，供自动化设备使用。所以在自动化系统运行时，一定不要忘记打开所有逆变电源供电开关，以保障系统正常运行。

2.2线路连接问题

由于传感器一般安装在距离LCU柜比较远的场所，线路损坏也偶有发生，如被鼠咬、雷击造成短路，被施工挖断造成开路等。所以在较远的传感器安装时最好使用屏蔽带铠电缆，屏蔽缆线也可有效避免信号受干扰。在室外，如前池进水闸、泵站出水口等地方安装传感器、摄像头，最好使用地埋铠装光缆，可有效避免故障发生。另外，也可能由于与传感器电缆连接的端子排、中间继电器等螺丝松动或压接到电缆绝缘橡皮，致使接触不良，造成上位机无数据显示或显示错误。

2.3直流电源故障

传感器一般为直流24V供电方式，如果给相关传感器供电的直流电源故障，将会导致传感器测量误差或不能工作，造成上位机显示错误。更换新的直流电源，即可恢复正常显示。

2.4传感器损坏

传感器在泵站自动化运行过程中损坏是较为常见的现象，凹里站的压力变送器就出现过损坏，主要原因包括安装环境差、防护设施不到位以及传感器自身缺陷等。泵站设备大多在深基坑里，湿度大，传感器测量场所环境差，加上泵站身处野外，较易遭受雷击，故传感器损坏几率比较大。为避免遭受雷电侵袭，应尽量选择在泵站避雷针保护范围内安装传感器，或使用光缆连接。还有一种情况，即由于传感器自身质量原因造成显示错误，如常见的泵站温度传感器易损坏或遭受干扰，导致温度显示错误，出现负值或数字大得离谱。

2.5模拟量输入模块故障

泵站自动化系统中有很多模拟量，如压力、水位、温湿度、阀门开启度等，这些模拟量通常给出的是4～20mA信号，如果模拟量模块故障，将导致无法采集这些重要数据。检测模拟量模块的方法有两个：第一，把能正常显示的相同4～20mA传感器接到该模拟量模块对应输入点上，观察上位机显示的数据是否和这个传感器接到它原来输入点上的数据相同。如果数据一样，说明该模拟量输入点是完好的。反之，说明该点已经损坏或该模块已经损坏，此时需把该传感器接到备用模拟量输入点上去或更换新的同型号模块。如果更换新模块，只需按照原模拟量模块对应点连接，即可恢复正常。如果把该传感器更换到备用点上，除需更改PLC软件外，还需修改上位机软件，方能恢复正常数据。第二种检测办法，使用4～20mA发生器。把4～20mA发生器接到怀疑遭损坏模拟量输入点上，打开发生器，如果上位机毫安读数与发生器的读数一致，说明该模拟量点是好的，反之是坏的，需更换方能恢复正常数据。

2.6RS485通讯线路接触不良或短路

如果传感器是RS485通讯方式，需检测RS485线路是否接触不良或短路、开路以及与之相连接的各接点螺丝是否松动或短路，也要检查RS485/232转换器、串口通讯服务器是否正常。排除相应故障后，即可正常显示数据，如图1所示。

图1串口通讯测试程序窗口

2.7隔离模块或浪涌保护器损坏

传感器数据显示错误，也有可能是对其起保护作用的隔离器故障，如串口设备使用的RS485隔离器、4～20mA输出传感器使用的隔离器等。一旦这些隔离模块发生故障，将会导致数据传输错误。拆下该隔离器，直接连接好该线路，如果上位机数据显示正确，说明隔离器已经损坏，更换新的即可。

2.8RS485设备通讯接口故障

RS485通讯设备接口故障，肯定会导致通讯故障，造成数据错误。如果多个RS485设备在没有使用隔离器的情况下并联通讯口，当一个设备通讯口出现故障时，可能会导致所有并联设备的通讯阻塞，造成死机。查找多个并联的485设备中损坏的设备，可以采用逐个排除的方法，把所有并联的485设备拆掉，再把这些485设备一个一个地并联上去，在出现通讯故障时，即可断定该设备通讯口损坏。修复或更换该485设备，即可恢复正常。

2.9自动化屏柜内对应故障状态中间继电器辅助触头接触不良

中间继电器辅助触头故障是自动化系统中常见的问题。在排除一些简单故障后仍然不能恢复正常状态时，需考虑到对应中间继电器是否出现了故障。对中间继电器辅助触头故障的检测其实很简单，准备一块常规万用表即可。根据上位机显示状态错误，依据集成商提供的图纸，找到对应的中间继电器以及继电器座对应的一对插脚，如果辅助触头是常开接点，在继电器吸合后，测量其对应电压是否正常；也可解开常开点的对外连接线，测量其通断。如果正常，说明继电器辅助触头正常；反之，则需更换。如果继电器座损坏，更换即可解决。

2.10超声波水位计探头上有附着物或超声波水位计探头下方水面有杂物

超声波水位计是泵站自动化系统中采集水位非常合适的传感器，但也有缺点：蜘蛛会在探头底下织网，造成采集数据错误。如发现采集数据不准或错误，首先可检查超声波探头下是否附着有蜘蛛网，如有，用鸡毛掸子或扫帚掸去即可恢复正常。如果是超声波水位计探头下方水面有大的不规则漂浮物，也会造成数据采集错误，清除漂浮物即可恢复正常。

2.11浮球水位计浮子不能正常工作，有卡死现象

泵站清水池等场所安装有浮子水位计，如果采用一个大管安装，浮子和重锤可能发生打绞或卡死现象，在水位发生变化时，数据不变，造成错误。一般采用两根管安装能杜绝此类现象发生。

2.12光端机没能正常工作

采用光缆连接时，需使用光端机，如果光端机或其电源故障，将导致数据不能传输。通常可以根据光端机接收和发送指示灯是否闪烁，判断其工作是否正常。如果对应的一对光端机的接收和发送指示灯都在闪烁，说明设备处于正常工作状态；反之，说明其中一个或一对已经损坏，及时更换电源或光端机，即可恢复正常。

3技术研究与应用

3.1计算机监控系统

计算机监控系统的主要应用对象是泵站的主机及其辅助设备、变配电设施，其功能是对这些设备在运行过程中产生的数据进行收集汇总后按照预设的程序进行相关的处理及保存，同时对存在的隐患或故障及时的发出警示，并控制和调节设备的运行状态，以及通过直观显示实现人机的对接，当系统出现故障时还可以自动的进行诊断和复原。数据收集汇总功能的数据来源主要是系统中的各个功能模块，如电压、电流等电量数据，以及阀门开启度、温度、压力等常规数据。数据的处理主要包括：模拟量的处理，如数字滤波、越限报警、工程量单位变换等处理；开关量的处理，如行防抖动、变位报警、合理性检查、硬软件滤波等处理；数据统计计算，如抽水量、抽水工效、设备台时数等。数据的保存主要是对收集、处理后的数据进行保存，同时将各类控制信息、故障信息、自修复信息进行保存，以供运行人员了解系统的运行状态。系统的控制与调节功能的作用方式根据调控层次的不同分为现地级、站控级、调度级这三种，可以实现设备的启动或关闭的时序，或因故障而采取停运的时序，还可以阀门开启度、励磁（同步电机）等。监视报警功能是对监控对象的运行数据进行诊断，出现不正常的情况实时地提醒工作人员进行处理，并对某些设施的动作过程予以监视，动作受阻时给予工作人员以警示并显示异常原因。人机的对接是使用一些输入输出设备，使工作人员能够控制整个系统，并根据操控的级别设置相应的权限。自诊断修复功能需要较为智能的软硬件支持，可以通过自动切换的方式，在出现故障时使用备用设施或者自动切断和报警，以及系统恢复后的自启动。优化功能是以足够的抽水量前提下，降低运行成本为目标的，根据不同的影响因素进行调整优化，确保泵站的经济效益最大化。

3.2状态监测系统

主机组在运行过程中可能会出现噪音异常、泵外壳大幅震动、定子过热等故障，主变压器在运行过程中可能会出现内部绝缘失效、主电机油过热等现象，其他辅助设备也有可能出现冷却水中断、液压油缸内混入水或油量过少、油气供给不足、主泵轴承内混入水或油量过少等，以上为非电气类故障。微机保护装置监测不足引起的一些故障为电气类故障。这些故障的排除需要状态监测系统进行实时的检测，使工作人员能够及时的掌握当前设备的运行状态，并根据预先设置好的各监测数据的限值进行评估，超限时及时的报警。同时状态监测系统还有相应的故障分析工具，并根据分析的结果找出故障的现象、引起的原因并进行诊断、信息储存，方便工作人员进行查看和研究。状态监测系统也可以实现远程的监视，并可将监视数据分享给专家技术人员，便于疑难故障的排除。

3.3安全监测系统

工程安全监测中，对于垂直位移、水位以及流量、伸缩缝、扬压力等指标的观测属于常态化的观测项目，需要在平时的工作中按照监测规范予以观测，而目前专用于这几方面的检测系统并不多见，仍以人工为主。某些泵站根据设计，引入了一些检测设备，并入到了计算机监测系统中。目前行业中也开发了网络互联式的专用于泵站安全的监测系统，可以实现对上述项目的定时观测，并在超过安全警戒限时发送网络信息进行警示，并对观测数据进行收集汇总，形成观测结果汇总表。

3.4信息管理系统

泵站的信息管理系统也是信息化技术应用的重要组成部分，主要是针对泵站的运转和日常工作中的产生的信息进行管理，它在泵站的整个信息化系统中位于第二层次。信息管理系统首先要接收来自于站控级的监控数据，如上文中提到的几种检测系统，对这些数据进行相应的处理后，报送给上级部门，而且还要接收上级部门下达的各种管理、调度指令，同时对于各项数据、指令的上传下达均予以记录和存储，形成可追溯的管理文件，以便于工作人员以此为依据优化泵站的管理和运行工作。

结束语

泵站自动化监控系统上位机是泵站实时监控中心，负责整个泵站的集中监控，具有十分重要的作用。如果出现故障不及时解决，会留下非常大的隐患，造成系统不稳定运行。因此，平时要加强对泵站自动化监控系统上位机的维护，保证系统安全稳定运行。

参考文献

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