關(guān)于城市排水泵站實施自動化控制的建議

摘 要:本文針對國內(nèi)一些城市排水泵站自動化程度不高導(dǎo)致效率低下的問題，對城市排水泵站的自動控制系統(tǒng)提出了一些建議，認為城市排水泵站應(yīng)該采用計算機為核心的控制系統(tǒng)進行自動控制，并指出自動控制系統(tǒng)應(yīng)使泵站進行組合優(yōu)化運行以達到節(jié)能增效的目的，同時系統(tǒng)應(yīng)具有遠程監(jiān)控功能以便于調(diào)度管理。

關(guān)鍵詞:城市排水 泵站 自動控制 PLC

中圖分類號:TU992文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(A)-0099-01

城市排水泵站是城市排水與防洪的重要設(shè)施，但國內(nèi)一些泵站從控制和管理角度來看還比較落后，泵站內(nèi)設(shè)備靠人工操作(比如由人工測報水位和流量、人工開停機等)，有的也只是采用了常規(guī)的繼電器控制等簡單方法。有些城市，其分散的泵站之間缺少信息上的有機聯(lián)系，泵站控制和管理沒有形成區(qū)域化網(wǎng)絡(luò)，調(diào)度管理缺乏可靠的自動化手段，在汛期甚至不能發(fā)揮協(xié)同排水、及時除澇的作用。為了提高城市排水泵站的管理水平和運行的可靠性、經(jīng)濟性、科學(xué)性，排水泵站有必要采用以PLC為核心的自動控制系統(tǒng)以實行自動化運行，進行統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控管理，從而在城市防汛指揮和日常排水調(diào)度管理工作中能及時、準確、可靠地掌握有關(guān)信息，科學(xué)、及時、準確地調(diào)度涵閘、泵站設(shè)施，使之協(xié)調(diào)、正常工作。

1 城市排水泵站控制系統(tǒng)的基本要求

自動控制生產(chǎn)過程中值班人員不直接參與控制，只需對整個裝置巡視、維修、調(diào)試。城市排水泵站控制系統(tǒng)由檢測部分、控制部分、執(zhí)行部分等幾部分組成。為了使系統(tǒng)正常工作，應(yīng)滿足以下基本要求:(1)系統(tǒng)要有抗干擾措施，控制信號線采用屏蔽雙絞線且屏蔽層、設(shè)備外殼要可靠接地。(2)為了保證設(shè)備正常工作，建議采用雙電源供電。雖然規(guī)范上沒有要求泵站一定要雙電源供電，但作為城市排水泵站這樣重要的設(shè)施，一旦停電失去功能將嚴重影響城市生產(chǎn)生活。(3)水泵控制盤應(yīng)具有就地和遠程控制功能，在控制回路中兩種功能完全獨立工作，通過方式選擇開關(guān)來選擇工作方式，一旦自動控制系統(tǒng)故障就能脫機手動運行。(4)建議采用軟啟動裝置啟動電機，降低對電閘、水泵及電機的沖擊。(5)城市排水泵站必須是實時控制，即數(shù)據(jù)采集、決策、控制不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)按給定規(guī)律工作、對被控參數(shù)與設(shè)備監(jiān)督以及故障報警或保護。(6) 排水泵站應(yīng)具有很好的接地和防雷措施。(7)系統(tǒng)無功補償采用就地分散自動補償方式。

2 采用可編程序控制器(PLC)是實現(xiàn)泵站自動控制的有效方法

PLC是一種以微處理器為核心進行數(shù)字運算操作的系統(tǒng)，是一種用于控制的特殊計算機，因此PLC的基本組成與一般微型計算機系統(tǒng)相似。其硬件主要由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入輸出單元、通信接口、擴展接口、電源組成，其軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成，系統(tǒng)程序由廠商寫入，用戶不能直接讀寫、修改，用戶程序由用戶用PLC編程語言根據(jù)控制要求編寫。和常規(guī)硬件電路控制系統(tǒng)相比，其采用“可編程”的PLC代替了繼電器電路，也就是用程序(軟件)代替了繼電器控制電路的機械“觸點”控制，PLC就相當(dāng)于是各種“軟繼電器”。采用PLC對整個泵站實現(xiàn)自動化監(jiān)控，根據(jù)水位、泵的狀態(tài)等工況自動投切。和常規(guī)單純繼電器控制相比，PLC有以下優(yōu)點:可靠、抗干擾，控制動作速度快、精度高，不會拒動、誤動，靈活性、可擴展性好，體積小、重量輕、能耗低、元件少、維護工作量少，編程、參數(shù)整定和修改、安裝維護及使用都很方便，功能完善且具有自診斷故障的功能，通用性強。因此，在現(xiàn)場控制層面以PLC為控制核心來控制泵站各設(shè)備是一種理想的方法。

3 城市排水泵站自動控制系統(tǒng)應(yīng)使水泵組合優(yōu)化運行

目前，有的排水泵站仍使用多臺定速泵排水方式。問題是城市排水泵站進水量變化大，這種方式效率低，水泵機組啟停頻繁，主回路接觸器的壽命、泵的壽命以及電機發(fā)熱和壽命都會出現(xiàn)問題。況且即使設(shè)計上認真考慮了水池調(diào)蓄容積和機組容量搭配，在運轉(zhuǎn)時也會失調(diào)，不能有效控制進水位在警戒線以內(nèi)，甚至導(dǎo)致上游低洼區(qū)排水難而積水或下游井跑水問題。為了改善上述狀況，建議采用PLC控制的變速與定速水泵組合運行的方式，即根據(jù)集水池進水流量優(yōu)化控制水泵，使水池進、出流量基本相等，這樣既可以保持水位穩(wěn)定，又可以降低能耗，提高自動化程度，減少對設(shè)備及電網(wǎng)的危害，并使水泵在高效區(qū)運行，對節(jié)電、減少管路淤泥以及防止低洼地區(qū)冒水具有良好效果。變速系統(tǒng)采用PLC控制，由儀表測量的水位、水量等參數(shù)及各種故障信號傳送給PLC，PLC輸出的啟停水泵信號經(jīng)接口連接器、寄存器及繼電器驅(qū)動后自動控制水泵啟停?？刂剖侄问怯芍骰芈方佑|器的通斷使運行的水泵臺數(shù)增減，設(shè)計時要注意水泵之間的自動換車，使之運行時間均衡。水泵發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動切除故障泵、啟動備用泵并報警。軟件設(shè)計方面建議以集水池水位計給出的測定值作為控制運行的直接參數(shù)，以進水位換算的來水量和進出水位相減的高差作為間接參數(shù)，并用流量計核對，即既要考慮集水池水位，又要考慮到其水位變化率。通過對水位差的檢測，自動循環(huán)投入各臺泵，使每臺泵都能處于工作狀態(tài)。控制原則是使水泵排水量跟隨進水量的變化，保持泵站進出水量平衡(保持某一范圍的水位)的條件下自動進行水泵啟停、電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等操作，使水泵在高效點工作。

4 城市排水泵站自動控制系統(tǒng)應(yīng)具有遠程監(jiān)控功能

遠程監(jiān)控是通過有線(電話網(wǎng)、光纜等)或無線通訊網(wǎng)絡(luò)作為遠程數(shù)據(jù)傳輸通道，由設(shè)在遠處的監(jiān)視控制盤發(fā)出對全市多個泵站設(shè)備的狀態(tài)、動作監(jiān)視和操作指令以實現(xiàn)分布式監(jiān)控和集中管理。實施遠程自動監(jiān)控是城市各泵站自動化集成的必然結(jié)果和要求。其要求實現(xiàn)對全市排水系統(tǒng)運行過程中各監(jiān)控點(涵閘、泵站設(shè)備)的水位、流量、雨量、電流、電壓、開機臺數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行實時自動采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲、統(tǒng)計匯總，從而能進行遠程監(jiān)視和遠程診斷，同時對各泵站的水泵、閥門等設(shè)備實現(xiàn)實時自動遠程控制，迅速為城市排水管理部門提供準確、可靠的決策依據(jù)，使排水管理、汛期排澇控制走向信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化的科學(xué)軌道，從而提高城市排水調(diào)度管理水平。

5 結(jié)語

城市排水泵站采用計算機為核心的自動控制系統(tǒng)后，將真正實現(xiàn)無人化值守、統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控管理，這將大大提高工作效率，減少運行成本，使日常排水調(diào)度管理工作過程能及時、準確、可靠地掌握水情信息，科學(xué)、及時、準確地調(diào)度泵站設(shè)施，使之協(xié)調(diào)、正常工作，確保城市排水系統(tǒng)高效正常運行、汛期安全度汛，從而保障人們生產(chǎn)生活的正常秩序。

參考文獻

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