試論泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘要】本文以闡述泵站自動(dòng)化的必要性為基礎(chǔ)，著重分析了泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的問題，以實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)對泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】泵站，電氣自動(dòng)化，設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一、前言

我國泵站電氣自動(dòng)化在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用正在不斷的完善，在應(yīng)用的過程中還是存在一些問題和不足，這就要求我們加強(qiáng)對泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究，對確保泵站電氣自動(dòng)化工程的質(zhì)量有著重要意義。

二、分析泵站自動(dòng)化的必要性

混流泵機(jī)組開機(jī)有4個(gè)步驟：開啟真空泵，啟動(dòng)主機(jī)、打開閘閥、關(guān)閉真空泵等，與此同時(shí)還要觀測儀表，需2-3人同時(shí)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大（特別是開啟大口徑閘閥），有一定危險(xiǎn)性，容易發(fā)生事故，24h運(yùn)行時(shí)需要有6-9人值班。而采用自動(dòng)化控制，不僅可以減少，2/3操作人員，節(jié)省相應(yīng)的運(yùn)行工資費(fèi)用，還可將泵站的設(shè)備運(yùn)行情況即時(shí)顯示并存儲(chǔ)，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人和設(shè)備的安全性，并可隨時(shí)分析泵站裝置效率，及時(shí)采取措施以保證泵站高效、低耗、安全運(yùn)行。

三、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)過程中對測量、控制和保護(hù)的協(xié)調(diào)

傳統(tǒng)的泵站在升級改造的過程中主要是圍繞測量、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。然而，又因?yàn)槔^電保護(hù)過程中的作用對象和人工操作一樣是電氣設(shè)備的開關(guān)，也通過對開關(guān)的控制來對設(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，注重和處理好測量、控制和保護(hù)之間的關(guān)系。

2、設(shè)計(jì)過程中對自控環(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)。

四、泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、自控系統(tǒng)軟、硬件功能的有機(jī)結(jié)合

自動(dòng)化系統(tǒng)由指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)等組成，是硬件設(shè)備和軟件功能的有機(jī)結(jié)合。一個(gè)優(yōu)良的自動(dòng)化系統(tǒng)，追求的不是配置的豪華和造價(jià)的昂貴，而是從系統(tǒng)模式和整體設(shè)計(jì)上都符合安全供水、開停機(jī)操作的需要。各個(gè)子系統(tǒng)之間，在設(shè)計(jì)上滿足合理配合和聯(lián)系，在系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、可靠度要求等綜合數(shù)據(jù)考核上達(dá)到工藝的需要，追求最佳的性能價(jià)格比。

目前，我們各泵站自動(dòng)化系統(tǒng)軟件功能還沒有完全符合硬件操作的要求，還有一定的差距。自控系統(tǒng)硬件設(shè)備的數(shù)量和技術(shù)指標(biāo)，容易被重視和掌握，而軟件的技術(shù)功能指標(biāo)，同樣是衡量一個(gè)自控系統(tǒng)可靠性、先進(jìn)性的主要依據(jù)。因此，控制軟件的可靠性、實(shí)時(shí)性、完善性、可操作性、容錯(cuò)技術(shù)和自診斷功能是自控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。檢驗(yàn)和衡量供水行業(yè)自控軟件的考核指標(biāo)，應(yīng)該包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：操作指令的執(zhí)行時(shí)間（≤3 s）、冗余系統(tǒng)的切換時(shí)間（≤30 s）、計(jì)算機(jī)畫面上數(shù)據(jù)刷新周期、在72 h內(nèi)允許的通信故障發(fā)生的累計(jì)時(shí)間和一次故障的最長時(shí)間、數(shù)據(jù)通信負(fù)載容量和考核方法、故障發(fā)生到屏幕顯示時(shí)間（≤3 s）、PLC控制器對一次儀表數(shù)據(jù)的采集周期（≤20 s）、PLC控制器之間詢問時(shí)間和等待時(shí)間（一般為1～2 s）、計(jì)算機(jī)之間詢問時(shí)間等。

2、依靠自己的力量進(jìn)行維護(hù)管理

城市供水自動(dòng)化， 傳統(tǒng)的概念是指利用機(jī)器設(shè)備去監(jiān)測給水過程的參數(shù)，并（或）連續(xù)地操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)的過程。這一過程既可能與水量有關(guān)（如流量、水位、機(jī)泵狀態(tài)等），也可能與水質(zhì)有關(guān)（如濁度、投加等）。保證水量，提高水質(zhì)，保障安全，降低成本是城市給水行業(yè)當(dāng)前的中心任務(wù)，而自動(dòng)化和信息化則是完成該任務(wù)的重要的技術(shù)手段。

城市給水系統(tǒng)有下面特點(diǎn)：按靜態(tài)負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)（按最大能力），按動(dòng)態(tài)負(fù)載運(yùn)行（通常不是工作在最大能力情況）。給水系統(tǒng)中自控系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的作用，就是要將給水系統(tǒng)的工作狀態(tài)保持在較好的水平上。從不監(jiān)測或人工監(jiān)測變?yōu)樵诰€監(jiān)測；從人工操作到半自動(dòng)或全自動(dòng)操作；從水利能源的定量或不受控制的使用到實(shí)時(shí)優(yōu)化使用；從水質(zhì)水量調(diào)度的被動(dòng)狀態(tài)到主動(dòng)狀態(tài)，從而提高泵站運(yùn)行的效率和安全輸水的效益。顯然，上述的兩種負(fù)載的“差距”越大，自控化和信息化的效益越明顯。而我們自動(dòng)化系統(tǒng)建立后的維護(hù)管理水平顯得滯后，影響了自動(dòng)化功能的正常發(fā)揮。主要原因：一是沒有設(shè)立自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)管理的專門機(jī)構(gòu)，雖然我們成立了信息科，但面對全處綜合信息設(shè)備的各項(xiàng)維護(hù)維修和管理工作，顯得人手少，技術(shù)力量不雄厚，對各泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)管理鞭長莫及；二是受傳統(tǒng)觀念的束縛，認(rèn)為沒有自動(dòng)化照樣能夠開停機(jī)供水，對自動(dòng)化的重要性認(rèn)識不足；三是自動(dòng)化技能培訓(xùn)不到位，運(yùn)行操作和管理人員的技術(shù)素質(zhì)還沒有跟上自動(dòng)化發(fā)展的需要，尤其是缺乏軟件編程和硬件操控的技術(shù)人才。因此，提高運(yùn)行、管理人員自動(dòng)化技術(shù)素質(zhì)，是當(dāng)前各泵站供水自動(dòng)化的當(dāng)務(wù)之急。

3、建設(shè)技術(shù)精、素質(zhì)高的自動(dòng)化管理職工隊(duì)伍

有了先進(jìn)的技術(shù)裝備，還需要有能夠掌握自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)的職工隊(duì)伍，唯此自動(dòng)化才能保證高質(zhì)量，才能發(fā)揮巨大的作用，否則自動(dòng)化就是一種擺設(shè)，就會(huì)進(jìn)入“開始自動(dòng)―不久手動(dòng)―最后不動(dòng)”的模式，還不如沿用傳統(tǒng)的操作方法。

應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，我們泵站運(yùn)行管理隊(duì)伍是過硬的，通過他們的辛勤努力，我們實(shí)現(xiàn)了28年安全供水無事故的輝煌業(yè)績。但是，面對自動(dòng)化新的操作技能，特別是面對自動(dòng)化出現(xiàn)故障時(shí)，有的職工顯得茫然，不知所措，不知道怎樣去操作、去排除。這就需要我們加大力度，為運(yùn)行人員創(chuàng)造培訓(xùn)和學(xué)習(xí)自動(dòng)化技術(shù)的條件，培養(yǎng)各泵站自己的自動(dòng)化技術(shù)人才。

（一）、加強(qiáng)自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)的基本知識和技能培訓(xùn)

泵站自動(dòng)化技術(shù)涉及電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)電器技術(shù)、信息與網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、水泵機(jī)械等諸多領(lǐng)域，是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，其主要特點(diǎn)是強(qiáng)弱電結(jié)合、機(jī)電結(jié)合、軟硬件結(jié)合。我們要從培養(yǎng)工程技術(shù)基礎(chǔ)知識和相應(yīng)的電氣工程專業(yè)知識入手，加強(qiáng)泵站運(yùn)行人員的電工電子、系統(tǒng)控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)方面的基本訓(xùn)練，逐步培養(yǎng)出能夠解決電氣工程技術(shù)分析與控制問題基本能力的高級工程技術(shù)人員。

（二）、從實(shí)際出發(fā)，采取“走出去、請進(jìn)來”等多種途徑和方式，對運(yùn)行人員進(jìn)行有針對性的強(qiáng)化培訓(xùn)

泵站供水自動(dòng)化對泵站運(yùn)行管理工作提出了比以往高得多的要求，對于大部分運(yùn)行管理人員來說，現(xiàn)有的技術(shù)力量（包括計(jì)算機(jī)、儀表、網(wǎng)絡(luò)、軟件方面的人員）不能完全勝任自動(dòng)化系統(tǒng)的維護(hù)、操作和管理工作。因此，可以和大專院校或?qū)I(yè)公司聯(lián)合，請他們來到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際操作和講解，或派人到他們那里去進(jìn)行委培，盡快培養(yǎng)出自己的自動(dòng)化技術(shù)人才。

五、結(jié)束語

泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用在電氣工程自動(dòng)化控制中起到至關(guān)重要的作用，因此，在工程的后續(xù)發(fā)展中，要不斷進(jìn)行泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究，促進(jìn)泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用水平的提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭鳳文.水工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢.中國給水排水，2010

[2]黎志偉，田旭.中小型泵站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的幾點(diǎn)體會(huì).湖南水利水電，2011.

[3]周小慶，唐鴻儒.泵站自動(dòng)化技術(shù)研究.水利水文自動(dòng)化，2012.