泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析與思考

周德利

【摘 要】本文通過分析實(shí)施泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)的基本原則，以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注重的主要問題，探討了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】泵站；電氣自動(dòng)化；設(shè)計(jì)原則；設(shè)計(jì)內(nèi)容

泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)是一門綜合性較強(qiáng)的工作，涉及電氣設(shè)備、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和控制技術(shù)等，不同類型的泵站自動(dòng)化需求也不同，因此在設(shè)計(jì)過程中可以根據(jù)泵站的重要程度和投資力度等要求綜合考量。

1.實(shí)施泵站自動(dòng)化的主要原則

（1）效益原則。在泵站的建設(shè)過程中，需要投入的資金量大，這主要出現(xiàn)在設(shè)計(jì)、建設(shè)、改造和維護(hù)環(huán)節(jié)。但是在泵站建設(shè)完成后，其現(xiàn)實(shí)運(yùn)行工作的時(shí)間因自身的特點(diǎn)以及運(yùn)行環(huán)境的影響，通常會(huì)出現(xiàn)閑置時(shí)間較多的情況，這樣導(dǎo)致泵站所發(fā)揮的效益低于投入的資金價(jià)值，并且在后期還會(huì)有電氣自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造和維護(hù)的資金，會(huì)給建設(shè)單位帶來一定的經(jīng)濟(jì)壓力。因此要注重泵站自動(dòng)化運(yùn)行中效益的發(fā)揮。

（2）求是原則。在進(jìn)行泵站的自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作中，要以事實(shí)求是的原則和態(tài)度，結(jié)合當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃、投入等實(shí)際情況來設(shè)計(jì)。泵站的自動(dòng)化類型可以分為數(shù)據(jù)采集型、部分自動(dòng)化型和綜合自動(dòng)化型三種，所以應(yīng)用到的技術(shù)和設(shè)備都相對(duì)先進(jìn)，如果沒有對(duì)泵站的自動(dòng)化建設(shè)進(jìn)行科學(xué)合理的定位，將不同類型的泵站建設(shè)在合適的地方，不僅是經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，也是對(duì)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不尊重。

（3）可靠原則。保證泵站運(yùn)行過程中的穩(wěn)定可靠是自動(dòng)化建設(shè)的核心，因此在其電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)中就應(yīng)對(duì)所用的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行可靠性分析研究，以及各項(xiàng)試驗(yàn)和考量，這都是奠定泵站電氣自動(dòng)化良好運(yùn)行的基礎(chǔ)。

2.泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的問題分析

當(dāng)前，我國國內(nèi)的泵站電氣自動(dòng)化水平提升速度較快，尤其一些大型泵站的自動(dòng)化水平已經(jīng)達(dá)到了很高的水準(zhǔn)，但是在更為廣泛的實(shí)際應(yīng)用中還存在一定問題，這對(duì)泵站電氣自動(dòng)化的發(fā)展也產(chǎn)生了一定阻礙。

（1）設(shè)計(jì)過程中對(duì)測(cè)量、控制和保護(hù)的協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)的泵站在升級(jí)改造的過程中主要是圍繞測(cè)量、控制和保護(hù)三方面進(jìn)行，但是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的高新科技應(yīng)用于泵站的自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程，在新興技術(shù)的影響下，測(cè)量、控制和保護(hù)之間的界限也越來越小，并逐漸過渡和融合。例如繼電保護(hù)是泵站運(yùn)行過程中的重要系統(tǒng)，它工作時(shí)是對(duì)泵站的電量進(jìn)行保護(hù)，也同時(shí)起到了測(cè)量和保護(hù)的功能，大大地提高了電氣設(shè)備的安全運(yùn)行和使用壽命，這樣的系統(tǒng)也就同時(shí)起到了測(cè)量和保護(hù)的作用。然而，又因?yàn)槔^電保護(hù)過程中的作用對(duì)象和人工操作一樣是電氣設(shè)備的開關(guān)，也通過對(duì)開關(guān)的控制來對(duì)設(shè)備的運(yùn)行管理，因此這樣起到了控制的作用，所以在泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)中要考慮到新設(shè)備和新技術(shù)的應(yīng)用，注重和處理好測(cè)量、控制和保護(hù)之間的關(guān)系。

（2）設(shè)計(jì)過程中對(duì)自控環(huán)節(jié)的劃分。泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為一個(gè)順序控制和多個(gè)獨(dú)立控制單元。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)注重系統(tǒng)的層次劃分，即在設(shè)計(jì)時(shí)先處理好對(duì)多個(gè)獨(dú)立控制單元，再設(shè)計(jì)這些單元的關(guān)鍵控制線路對(duì)信息進(jìn)行處理和發(fā)出指令，各個(gè)獨(dú)立控制單元可進(jìn)行獨(dú)立的操控，這樣就能夠很大程度降低泵站運(yùn)行過程中產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3.泵站電氣自動(dòng)化要實(shí)現(xiàn)的基本功能

（1）數(shù)據(jù)采集與處理。通過自動(dòng)周期性地采集或由操作員通過應(yīng)用程序發(fā)命令采集泵站現(xiàn)場(chǎng)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按照信號(hào)性質(zhì)的不同把它細(xì)分為模擬量、開關(guān)量及脈沖數(shù)字量等。

（2）安全運(yùn)行與監(jiān)視。對(duì)主設(shè)備及輔機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，包括當(dāng)前各主要設(shè)備的運(yùn)行及停止情況、閘門啟閉情況，并對(duì)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

（3）控制與調(diào)節(jié)。泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的控制功能應(yīng)該滿足泵站機(jī)組啟、停和變電所操作規(guī)范規(guī)定的要求。機(jī)組啟、停控制有一條指令完成，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)組啟、停條件并順序執(zhí)行，當(dāng)滿足條件時(shí)，執(zhí)行操作。對(duì)變電所開關(guān)的操作應(yīng)該自動(dòng)檢測(cè)操作條件，并按照預(yù)定的步驟進(jìn)行分合閘。對(duì)所有設(shè)備應(yīng)該設(shè)置手動(dòng)控制方式和自動(dòng)控制方式，并設(shè)有靜態(tài)試驗(yàn)方式。機(jī)組事故停機(jī)時(shí)，應(yīng)該同時(shí)關(guān)閉相關(guān)的輔助設(shè)備。

4.泵站的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)

（1）首先是對(duì)于泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)的定位。通過泵站自動(dòng)化的原則我們可以知道，其自動(dòng)化建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作，因此要多方面分析，如投入、技術(shù)、運(yùn)行環(huán)境等，之后再結(jié)合各種實(shí)際情況確定其自動(dòng)化的需求程度，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化泵站。即為注重實(shí)際，科學(xué)定位。

（2）其次是對(duì)所建泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選擇，常見的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有以下三種：

監(jiān)控主機(jī)+通訊協(xié)議設(shè)備。該結(jié)構(gòu)是將指令交給監(jiān)控主機(jī)來調(diào)整和控制的，而對(duì)通訊協(xié)議設(shè)備的要求較低，因此要重視監(jiān)控主機(jī)的選擇，因?yàn)樗潜谜咀詣?dòng)化控制的關(guān)鍵，如果出現(xiàn)問題就會(huì)影響指令的正常專遞，自控系統(tǒng)也就沒法正常運(yùn)行。

監(jiān)控主機(jī)+PLC+通訊協(xié)議設(shè)備。泵站的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)按其單元構(gòu)成可分為三個(gè)部分，分別是若干可編程控制器PLC、監(jiān)控下層設(shè)備的通訊監(jiān)控主機(jī)以及通過以太網(wǎng)通訊PLC。其中PLC是控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)于提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性起著一定作用。但此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有一定的局限性，就是PLC和下層通訊能力較弱，對(duì)通訊速度造成了阻礙。

監(jiān)控主機(jī)+RTU。監(jiān)控主機(jī)加以太網(wǎng)通訊RTU結(jié)構(gòu)既有繼電保護(hù)的作用，同時(shí)也有可編程序控制器的功用，不僅如此，還能對(duì)開關(guān)量輸入、輸出以及模擬量輸入輸出有著保護(hù)作用。在該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，以太網(wǎng)是監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通訊的主要媒介，對(duì)于泵站的自動(dòng)化控制發(fā)揮著巨大作用。但要選用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須投入較多的資金才能實(shí)現(xiàn)。

（3）三是泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路。泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的目的，不僅僅只是在開停設(shè)備上的控制，自動(dòng)化系統(tǒng)需要完成的工作很多，如水位、流量的監(jiān)控；電氣設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控和保護(hù)；事故和故障的預(yù)警；信息的采集與交換；實(shí)現(xiàn)無人值班等等。當(dāng)然在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要以泵站的具體要求為前提，并分清設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和次重點(diǎn)，作出切合實(shí)際的設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)思路有：信息設(shè)計(jì)，是以信息為導(dǎo)向的設(shè)計(jì)活動(dòng)，泵站運(yùn)行中所采集的信息數(shù)據(jù)是水利系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息化管理的基點(diǎn)，能為水利信息系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；典型設(shè)計(jì)，在沒有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下典型設(shè)計(jì)可以起到標(biāo)志性作用，通過典型設(shè)計(jì)固定下來的技術(shù)和方案可以為同類型的泵站建設(shè)提供參考作用；模塊化典型設(shè)計(jì)，由于泵站類型不多，但自動(dòng)化系統(tǒng)要求不一，各個(gè)泵站還是存在機(jī)組臺(tái)數(shù)和形式的區(qū)別。通過典型設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出若干個(gè)模塊，整個(gè)泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就是由數(shù)個(gè)基本模塊通過積木式疊加組合而成，再根據(jù)不同泵站的建設(shè)要求就可將其應(yīng)用到泵站設(shè)計(jì)之中了。

5.結(jié)語

總之，在進(jìn)行泵站的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程中，首先要遵循泵站建設(shè)的基本原則，再結(jié)合實(shí)際需求定位泵站的電氣自動(dòng)化類型，通過優(yōu)化泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)，為泵站電氣自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)及良好運(yùn)行創(chuàng)造條件。 [科]

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