淺議大型泵站的計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制

摘要：文章介紹了大型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能、大型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、仿真系統(tǒng)與培訓(xùn)系統(tǒng)與大型泵站經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行等。

關(guān)鍵詞：大型泵站；計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：P208文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）09-0015-02

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前我國(guó)大型泵站大都裝有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)泵站實(shí)施優(yōu)化控制，取得了一定的成果。大型泵站的作用往往是跨流域的，為此大多數(shù)泵站除可以在中控室監(jiān)控外，還應(yīng)可在遠(yuǎn)方流域中心或指揮中心調(diào)度，以利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，根據(jù)泵站的規(guī)模和特點(diǎn)，大型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按泵站控制層次分三層，即調(diào)度層、泵站層和現(xiàn)地控制單元層。

目前來(lái)說(shuō)，開(kāi)放、分層分布式結(jié)構(gòu)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主流，該種結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將系統(tǒng)分為若干相對(duì)獨(dú)立的單元和層次，各層次通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的不同，將系統(tǒng)任務(wù)分解到各層次，越靠近設(shè)備層系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求越高；分層分布式控制的另一優(yōu)點(diǎn)是將某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)所造成的影響減少到最小程度。

泵站的分層分布式結(jié)構(gòu)，調(diào)度層配置雙機(jī)系統(tǒng)，泵站層根據(jù)要求可以配置成單機(jī)或雙機(jī)系統(tǒng)，大型泵站層采用雙機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)地單元控制層按被控對(duì)象由一臺(tái)或多臺(tái)現(xiàn)地控制單元（LCU）裝置組成。

二、支持平臺(tái)

為適應(yīng)技術(shù)開(kāi)放化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、高速化和易用化的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)中的支持平臺(tái)和應(yīng)用軟件更趨向于通用化。大型系統(tǒng)較多采用Unix操作系統(tǒng)，中小系統(tǒng)較多采用Windows操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)方面由專用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和商用的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)并用。Web技術(shù)和面向?qū)ο蟮腏ava等新技術(shù)也越來(lái)越多的引入監(jiān)控系統(tǒng)。而且由于Web、Java等技術(shù)的采用，前臺(tái)操作員站的應(yīng)用支撐軟件大大減少，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的“瘦客戶機(jī)”。由于Java一次編譯，多處運(yùn)行的特性，不僅可以輕松的在操作員站，主處理器等監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)獲得同樣的人機(jī)界面，加上Internet/Intranet，Web技術(shù)的支持，更可在更廣的空間直接瀏覽同樣的界面，甚至任何地點(diǎn)經(jīng)電話接入后也可以瀏覽到同樣的界面。用戶無(wú)需對(duì)操作系統(tǒng)命令深入了解，也不需要復(fù)雜的編程技巧，不論在Unix系統(tǒng)上還是在Windows系統(tǒng)上，都可以通過(guò)組態(tài)界面十分方便的完成：數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn)定義、對(duì)象定義、現(xiàn)地控制單元的各種模擬定義、處理算法定義、通信端口、通信協(xié)議的定義，順序控制流程生成、檢測(cè)、加載等各種功能的應(yīng)用定義及維護(hù)，只需要鼠標(biāo)進(jìn)行選擇就可以了，真正體現(xiàn)主系統(tǒng)服務(wù)的面向?qū)ο?、可靠、開(kāi)放、友好、可擴(kuò)展和透明化。

三、系統(tǒng)功能

1．設(shè)備狀態(tài)檢修和設(shè)備運(yùn)行壽命評(píng)估，是設(shè)備檢修工作發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。狀態(tài)檢測(cè)主要利用現(xiàn)代化先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和分析技術(shù)對(duì)泵站的主設(shè)備的某些關(guān)鍵部位的參量進(jìn)行在線實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)，經(jīng)過(guò)集合現(xiàn)場(chǎng)積累的運(yùn)行、檢測(cè)、試驗(yàn)資料和專家經(jīng)驗(yàn)的智能系統(tǒng)綜合分析，從而對(duì)設(shè)備可能存在的機(jī)械、電力問(wèn)題作出一個(gè)實(shí)際的評(píng)估。要作出一個(gè)較準(zhǔn)確的評(píng)估目前尚有很大的困難，國(guó)內(nèi)外都已做了大量的嘗試性工作，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)施中，它作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，狀態(tài)檢修與控制系統(tǒng)之間有大量的數(shù)據(jù)需要共享，在考慮狀態(tài)檢修時(shí)應(yīng)與控制系統(tǒng)統(tǒng)籌安排，兩者有機(jī)結(jié)合。

2．生產(chǎn)管理，雖然計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都比較完備，但因種種原因還是有部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)信號(hào)無(wú)法輸入到監(jiān)控系統(tǒng)中完成自動(dòng)監(jiān)視。安全生產(chǎn)管理可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)安全管理。

3．調(diào)度系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行操作方式選擇為調(diào)度層時(shí)，應(yīng)能由調(diào)度中心操作人員通過(guò)控制臺(tái)上的調(diào)度電話、鍵盤、鼠標(biāo)，或由調(diào)度計(jì)劃的運(yùn)行程序，向各站點(diǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)下達(dá)控制、調(diào)節(jié)命令，實(shí)現(xiàn)全線自動(dòng)控制、泵站優(yōu)化的調(diào)度方式。即調(diào)度中心的值班人員輸入全線總流量Q的目標(biāo)值計(jì)劃，調(diào)度層計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算各個(gè)泵站的流量要求和泵組的起停臺(tái)數(shù)，同步機(jī)和異步機(jī)匹配，實(shí)現(xiàn)各個(gè)泵站的泵組的順序起停和流量的調(diào)節(jié)，優(yōu)化運(yùn)行，并可根據(jù)各分水點(diǎn)的流量要求，由值班人員設(shè)定和調(diào)整各分水流量。

4．流量控制及其平衡是調(diào)度層計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)的重要任務(wù)和功能。全線流量變化的穩(wěn)態(tài)影響因素主要為全線供水流量目標(biāo)值的變化，暫態(tài)影響因素主要來(lái)自沿線分水點(diǎn)分水量的變化和各泵站泵組運(yùn)行情況的偏差以及水情影響。因Δt內(nèi)，除進(jìn)行靜態(tài)流量平衡分配運(yùn)行外，應(yīng)能進(jìn)行動(dòng)態(tài)流量平衡的閉環(huán)控制此在計(jì)算時(shí)段和調(diào)節(jié)。對(duì)于小的流量變動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)泵站運(yùn)行泵組的葉片角度進(jìn)行平衡；對(duì)于流量變動(dòng)大的擾動(dòng)，通過(guò)增減開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)平衡。

5．調(diào)度層計(jì)算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)在滿足安全運(yùn)行的前提下，應(yīng)具有可根據(jù)調(diào)度中心值班員輸入的總流量目標(biāo)計(jì)劃值或供排水運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的決策方案，實(shí)現(xiàn)如（下轉(zhuǎn)第181頁(yè)）（上接第11頁(yè)）下APC和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的功能：校核各泵站進(jìn)出水池水位差、當(dāng)前揚(yáng)程和泵組的運(yùn)行效率特性，在各種安全和效率的約束條件下，找出滿足總流量目標(biāo)下的全線合理、優(yōu)化的流量分配方案，下達(dá)至各站點(diǎn)，并根據(jù)流量變化，實(shí)施流量平衡調(diào)節(jié)控制功能，對(duì)各泵站進(jìn)行動(dòng)態(tài)流量閉環(huán)修正和補(bǔ)償。自動(dòng)確定各泵站起停的時(shí)間間隔及限制要求，自動(dòng)逐級(jí)起停各泵站的運(yùn)行。APC運(yùn)行應(yīng)可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)、開(kāi)環(huán)和半開(kāi)環(huán)的運(yùn)行模式。

6．仿真系統(tǒng)應(yīng)能模擬整個(gè)系統(tǒng)及各站點(diǎn)的運(yùn)行情況，仿真供排水過(guò)程流道的水力過(guò)渡過(guò)程以及各種狀態(tài)和運(yùn)行工況，在線和離線仿真各種數(shù)據(jù)采集和控制調(diào)度功能。仿真系統(tǒng)應(yīng)具有在線模擬功能，預(yù)演供排水計(jì)劃目標(biāo)的各種調(diào)度方案，并找出最為可行的模式，并將模擬工況轉(zhuǎn)換為實(shí)際工況。培訓(xùn)系統(tǒng)可進(jìn)行離線系統(tǒng)模擬，模擬各種操作和調(diào)度控制，并模擬相應(yīng)的操作和控制結(jié)果，便于人員培訓(xùn)和系統(tǒng)掌握。

四、應(yīng)用方向

隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在20世紀(jì)得到了飛速發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)，人類全面邁向一個(gè)信息時(shí)代，電子商務(wù)、虛擬企業(yè)、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、敏捷供需鏈等新的管理模式不斷出現(xiàn)，企業(yè)要想在這樣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中取勝，必須充分利用信息技術(shù)，優(yōu)化企業(yè)資源利用，提高企業(yè)的應(yīng)變能力和經(jīng)濟(jì)效益。從現(xiàn)實(shí)狀況來(lái)看，我國(guó)大型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展還十分緩慢，因此利用大型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泵站經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行，不僅可以節(jié)省資源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，還可以減少安全隱患，給泵站帶來(lái)良性的發(fā)展。況且現(xiàn)在國(guó)家很多大型泵站項(xiàng)目的相繼投入，這些工程都急需這樣的系統(tǒng)，因此開(kāi)發(fā)大型泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以改變我國(guó)大型泵站的現(xiàn)狀，未來(lái)幾年內(nèi)需求將逐步增長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉超．泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，1995．

[2]劉竹溪，馮廣志．中國(guó)泵站工程[M]．北京：水利電力出版社，1993．

[3]水利發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定（DL/T5065-

1996）[S].

作者簡(jiǎn)介：王喜龍，男，淮安市楚州區(qū)茭陵抽水站工程師。