自動化控制系統(tǒng)在莊浪縣洛水西調人飲工程中的應用

李志強

（甘肅省莊浪縣水務局，744600，莊浪）

莊浪縣位于甘肅省東部，六盤山西麓，洛水西調人飲工程是充分利用下洛河淺層地下水資源修建的一處電提式人飲工程，設計供水能力3067 m3/d，主要建設內容為水源工程、上水工程、供水工程、自動化控制系統(tǒng)和附屬工程五部分，其中自動化控制系統(tǒng)是上水工程的主要組成部分。

一、自動化控制系統(tǒng)總體方案

該系統(tǒng)規(guī)劃在管理所院內設立中心控制室，安裝計算機和打印機各1臺，在配電間安裝配電柜5套，并在2個高位水池、3個大口井和清水池安裝液位傳感器各1個，利用屏蔽信號雙絞線把配電柜、計算機、機泵等設備相連，通過對設定的系統(tǒng)軟件程序進行操作，達到對各水池上下限水位、大口井水量、水泵出水量及啟停進行檢測與控制的目的。

二、供配電及自動化控制系統(tǒng)設計

1.供配電系統(tǒng)

安裝 1 臺 350 kVA、10/0.4 kV、S9型全封閉式變壓器1臺，通過動力電纜從變壓器低壓側引至泵站低壓側進線柜，變壓器低壓側輸出電壓等級為0.4 kV，高壓側采用RW4—10/10A跌落式熔斷器3組，作為變壓器短路、過電流保護，裝設Y5W—12.7/42氧化鋅避雷器1組，防止雷擊過電壓，進線柜采用DW15系列低壓短路器，電動機控制方式采用SJR2型數(shù)字智能型軟啟器實現(xiàn)水泵的軟啟軟停，電動機全自動控制柜內安裝GTJDG6—200系列電動機智能控制器，以完成對電機各數(shù)據(jù)的采集。低壓配電柜上安裝電流表、電壓表、有功電度表以便監(jiān)視運行狀況。

2.自動控制技術要求

泵房提水泵控制柜控制、運行及信號顯示方式。

①要求能實現(xiàn)手動控制和自動控制兩種運行方式，并具有手動/自動轉換功能。

②當高位水池水位到達設定的上（下）限水位時，軟啟動控制的水泵要能實現(xiàn)自動軟停止（啟動）運行的功能。

③當水廠清水池水位到達設定的上（下）限水位時，機井水泵控制柜控制的潛水泵要能實現(xiàn)自動停止（啟動）運行的功能。

④自動控制柜根據(jù)水位下降的速度自動控制一臺或兩臺水泵運行，當其中一臺水泵出現(xiàn)故障時，自動啟動備用的另一臺泵組。

⑤控制柜配置顯示運行設備的電流、電壓、電量及水池水位四種儀表。

3.中央計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術要求

（1）監(jiān)控系統(tǒng)

基本配置：計算機1臺，打印機1臺。

（2）系統(tǒng)功能

①控制功能：監(jiān)控系統(tǒng)具有密碼保護系統(tǒng)，能設定操作級別和相應的權限，并對不同操作員進行權限限制；遙控及遙調操作時，通過系統(tǒng)主機發(fā)出控制命令，自動校驗操作者的操作權限及口令，實現(xiàn)水泵的啟停操作，顯示操作結果并自動記錄操作者、操作對象及操作時間。

②數(shù)據(jù)采集功能：系統(tǒng)對模擬量、開關量實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集，所有水量、加藥量、水位均能實時采樣，歷史數(shù)據(jù)根據(jù)設定時間間隔自動轉存于硬盤。

③數(shù)據(jù)處理功能：對模擬量進行合理性校驗、上下限比較等。對開關量進行實時掃描，分辨率小于或等于1ms，對開關變位作事件記錄并輸出告警，對重要歷史數(shù)據(jù)進行處理并存盤。系統(tǒng)重啟時，數(shù)據(jù)不會丟失。編輯、管理為全圖形界面。對日報數(shù)據(jù)、月報數(shù)據(jù)、年報數(shù)據(jù)以及報警記錄（開關變位、數(shù)據(jù)越限、保護告警、通道事項）等數(shù)據(jù)進行永久保存；對歷史數(shù)據(jù)進行日、月檢索，能對歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行操作；對任一數(shù)據(jù)進行日、月統(tǒng)計，并指明該數(shù)據(jù)在該日的最大值、最小值以及發(fā)生的時間，該數(shù)據(jù)在某月的最大值、最小值、平均值以及發(fā)生的時間；對歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可進行回顧打印。

④統(tǒng)計計算：對實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、計算，產生水量、加藥量、水位日/月/年的最大與最小值以及電量累計值、設備正常/異常變位次數(shù)等，支持各種計算和組合計算，如加、減、乘、除等。

⑤人機界面：顯示系統(tǒng)配置圖，可上下左右移動、縮放。主接線圖上實時顯示各水泵的運行狀態(tài)，在線運行參數(shù)，如電壓、電流、水量、水位等，各線路按變量不同以不同顏色區(qū)分。另外還有棒圖顯示功能，通過棒圖（平面圖形或三維立體圖形）顯示，可以形象觀察實時遙測數(shù)據(jù)的變化。同時還有表格及曲線顯示功能、事故顯示功能。

⑥報表顯示和打?。河懈鞣N實時報表、趨勢曲線、日報表、月報表、年報表（負荷報表、電壓報表、水量、加藥量、水位等）；報表內容可為實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫中任意點值，報警文件中指定內容；支持圖文混排、再計算；隨機打印水泵、閥門動作記錄，遙控操作記錄?？稍O定定時打印或隨機打印任一報表。

⑦報警信息：報警的類型有語音報警、聲音報警、報警畫面等，可以在線設置為單獨使用一種報警功能或是同時使用，當某廠站水泵、水位信號發(fā)生變位時，系統(tǒng)發(fā)出報警聲響和語音報警，同時系統(tǒng)自動將該泵站的一次接線圖彈出，相應開關閃爍，報警內容顯示在畫面底部的報警框內。遇遙測越限、通道故障、事故追憶等均啟動同樣的這些報警。音響提示，打印機記錄相應的告警事件，并寫盤保存；所有報警記錄可集中顯示并可隨機或定時打印，可查詢任一天的歷史報警記錄并打印。

⑧關于主系統(tǒng)圖及日報表的制作及編輯：所顯示的圖形可多級縮放，既有全景又有細節(jié)顯示，對圖形進行放大、縮小時，按比例選擇合適的平面顯示。系統(tǒng)還提供圖表編輯工具，對所有的圖形和報表均可在線編輯。

⑨安全性：用戶可以鍵入唯一的用戶標識和口令進入系統(tǒng)，一旦用戶登錄到系統(tǒng)后，系統(tǒng)將根據(jù)其授權范圍，禁止其對屬于其授權范圍的對象的操作和控制，并對用戶在其授權范圍內的對象的各種操作控制進行記錄打印。

⑩維護功能：所有修改都可在線進行，為全圖形、漢化界面。如有各種類型的畫面報表的在線編輯功能，前景數(shù)據(jù)的畫面報表的在線編輯功能，數(shù)據(jù)庫內容的在線修改功能，運行參數(shù)及限額的在線設置、狀態(tài)修改功能。

?其他功能：事件順序記錄顯示與打印功能，通信故障監(jiān)視、異常報警；通信報文顯示、打印、存儲功能。系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠，用戶界面良好，易學易用，操作簡便，系統(tǒng)具備良好的擴展性，當增加硬件設備時，不會涉及軟件的改動。系統(tǒng)提供了與其他多種系統(tǒng)的接口，可以瀏覽方式或轉發(fā)方式接收本系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。

三、技術創(chuàng)新

1.大口井、清水池、蓄水池水位控制技術

在大口井、清水池、蓄水池內安裝WP311—1A21E2M3Z型液位傳感器各1臺，對井（池）內水位進行監(jiān)測，當水位超過警戒水位或低于最低水位時，將報警信號通過屏蔽信號雙絞線傳至控制中心，經過軟件程序對數(shù)據(jù)進行采集與處理后，發(fā)出信號自動停止（啟動）水泵、潛水泵或自動關閉和開啟遙控球閥。與以往在池（井）內安裝浮子和標尺顯示水位相比，具有高效性、準確性、先進性。

2.水泵自動停（啟）技術

蓄水池內水位上升或下降時，自動控制柜運行程序經過分析后，發(fā)出停啟指令，啟動一臺或兩臺水泵運行，當其中一臺水泵出現(xiàn)葉輪、軸承破壞或電機發(fā)熱時，及時停止該泵運行，啟動備用的另一臺水泵。該技術的運行避免了以往由于人工操作而造成的重大損失和其他意外事故，同時能夠保證供水水量充足，確保農村正常用水，減少了過去每天抽水8～10小時，而造成的在干旱季節(jié)或用水高峰時供水水量不足問題。

3.手動控制和自動控制轉換技術

在配電間安裝手動控制和自動控制轉換柜一臺，并通過屏蔽信號雙絞線與控制中心計算機相連。當手動控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，將控制柜上的轉換按鈕置于自動控制一側，然后在計算機應用程序上點擊全自動按鈕。當蓄水池和清水池水位到達上限水位時，水泵自動啟動進行抽水，到達下限水位時自動停止。避免了過去人工操作不便和其他意外事故的發(fā)生及手動操作出現(xiàn)故障時，水泵無法運行、供水水量無法保證的現(xiàn)象。

4.顯示設備電流、電壓、電量及水池水位技術

應用安裝了顯示水泵運行時的電流、電壓、電量及水池水位的配電柜，有效防止了水泵超負荷運行和出現(xiàn)故障時電流、電壓不穩(wěn)定而造成的重大損失，節(jié)約了經費，提高了水泵使用壽命，實現(xiàn)了安全供水。

四、結 論

洛水西調人飲工程自動化控制系統(tǒng)，使人飲工程運行逐步走上了現(xiàn)代化、數(shù)字化的管理階段。實施自動化控制后的洛水西調人飲工程，機電設備、水池水位及大口井水量處于全方位的安全監(jiān)測與控制之下，設備安全運行率達97%以上，避免了數(shù)次重大事故的發(fā)生。泵站開停機、閘閥開啟、流量及水量記錄顯示均實現(xiàn)了自動化，減少了運行操作值班人員，節(jié)約了人工費用，提高了泵站的效益，更為重要的是，確保了機組的安全正常運行，保證了群眾的用水要求，經濟、社會效益顯著，在人飲工程自動化管理中起到示范推廣作用。

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