泵站綜合自動(dòng)化及控制調(diào)節(jié)優(yōu)化研究

吳海鵬

泵站綜合自動(dòng)化及控制調(diào)節(jié)優(yōu)化研究

吳海鵬

（鹽城市市區(qū)防洪工程管理處 江蘇鹽城 224000）

隨著科技的進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)在水利系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，本文作者根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)泵站的監(jiān)控以及控制調(diào)節(jié)需求進(jìn)行了研究，從而使得泵站自動(dòng)化管理系統(tǒng)逐漸完善，其既能夠滿足泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)泵站的自動(dòng)化運(yùn)行。通過(guò)了解泵站運(yùn)行中存在的問(wèn)題，制定對(duì)應(yīng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)措施，能夠有效提高泵站運(yùn)行過(guò)程中的安全性以及控制效率。

泵站；自動(dòng)化系統(tǒng)；控制調(diào)節(jié)

1 泵站結(jié)構(gòu)及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)需求研究

1.1 泵站的組成以及工作原理

對(duì)于一個(gè)泵站，其組成主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容，分別是泵房和進(jìn)出水建筑物等，不同設(shè)施內(nèi)部包含對(duì)應(yīng)的設(shè)備，像泵房?jī)?nèi)的水泵和傳送裝置等，而在進(jìn)出水建筑物中一般需要安裝進(jìn)水池等設(shè)施。泵站在運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)進(jìn)水建筑物使水進(jìn)入到水泵中，然后通過(guò)水泵的加壓使其能夠通過(guò)出水建筑物，并流向泵站的輸出水利系統(tǒng)，這就是泵站運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程。通過(guò)對(duì)泵站的工作原理進(jìn)行分析可以知道，其是將電能轉(zhuǎn)換為水泵的機(jī)械能，最終實(shí)現(xiàn)液體的勢(shì)能改變，在這一過(guò)程中通過(guò)管道將液體輸送到需求地點(diǎn)。

對(duì)于水泵來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行的核心裝置是離心泵，離心泵在電能的驅(qū)動(dòng)下會(huì)帶動(dòng)其葉輪進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并給予需要傳送的液體一定的動(dòng)能，但由于液體和葉輪之間的離心力較大，使得其逐漸向著葉輪的邊緣位置移動(dòng)，最終被甩出葉輪，且自身帶有一定的速度，然后液體通過(guò)擴(kuò)散椎管進(jìn)行減速，同時(shí)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能，使液體輸送到對(duì)應(yīng)的高度。而泵殼內(nèi)部的水流被甩出泵殼后，其內(nèi)部的壓力要低于外部大氣壓，因此，外部的水分被大氣壓送到泵殼內(nèi)部，從而形成液體的輸送。

1.2 系統(tǒng)的功能需求

首先是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的收集，對(duì)于數(shù)據(jù)收集，其主要包含以下幾點(diǎn)內(nèi)容：首先是電氣信息，包括泵站所使用的機(jī)組以及變電站的電流和電壓等數(shù)據(jù)信息，然后是非電氣信息，像機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的溫度以及水流量等信息的收集，然后是泵站的狀態(tài)信息收集，像機(jī)組運(yùn)行或者關(guān)閉等狀態(tài)，了解泵站的運(yùn)行情況，最后則是對(duì)泵站進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，包括對(duì)機(jī)組進(jìn)行開關(guān)或者變頻器的處理等。

然后是上層監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于泵站，其設(shè)備較多，加上運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題較多，在泵站的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，往往需要進(jìn)行全面的監(jiān)控，出現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)進(jìn)行處理，保證泵站運(yùn)行的安全性，對(duì)此，可以通過(guò)對(duì)以下狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控來(lái)保證泵站的正常運(yùn)行，首先是對(duì)系統(tǒng)的整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，主要包含泵站機(jī)組以及相關(guān)的配電設(shè)施等，這樣在出現(xiàn)問(wèn)題后能夠及時(shí)查找問(wèn)題出現(xiàn)的地點(diǎn)，并提供對(duì)應(yīng)的處理措施，保證泵站設(shè)備的安全性。然后是數(shù)據(jù)顯示和控制，通過(guò)對(duì)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和分析，能夠幫助泵站工作人員更加準(zhǔn)確的分析泵站運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題出現(xiàn)的原因，從而更加有針對(duì)性的制定解決措施，此外，在進(jìn)行問(wèn)題解決的過(guò)程中還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便后期的查詢和處理。最后則是對(duì)監(jiān)控管理人員的操作進(jìn)行記錄，管理人員需要對(duì)泵站工作人員進(jìn)行權(quán)限設(shè)定，泵站工作人員只能接觸到自身負(fù)責(zé)的內(nèi)容，這種交互工作模式使得泵站運(yùn)行過(guò)程中的安全性大大提高。

最后則是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，對(duì)于泵站運(yùn)行來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種數(shù)據(jù)信息，包括泵站的運(yùn)行以及日常工作內(nèi)容等，對(duì)于這些信息，其是泵站運(yùn)行中的設(shè)備以及人員的信息記錄，因此，其對(duì)泵站的發(fā)展具有非常重要的作用，為了保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性，需要將泵站的信息系統(tǒng)同上層的水利系統(tǒng)進(jìn)行信息的共享，這樣能夠在泵站出現(xiàn)問(wèn)題后保證水利系統(tǒng)具有泵站運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從而更加方便的查找各種信息[1]。

1.3 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

對(duì)于泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)，其主要有上位機(jī)等三層結(jié)構(gòu)組成，而其中的可編程控制邏輯主要采用的是PLC控制技術(shù)，通過(guò)這三層結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)泵站工作人員對(duì)泵站的整體數(shù)據(jù)以及日常運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)。

2 泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

2.1 現(xiàn)地控制設(shè)計(jì)研究

對(duì)于泵站自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其在設(shè)計(jì)階段需要對(duì)現(xiàn)地控制層進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，其主要的設(shè)計(jì)設(shè)備是PLC，通過(guò)壓力傳感器以及流量傳感器等舍爾比對(duì)液體的壓力以及流量水位等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，然后通過(guò)這些數(shù)據(jù)的分析對(duì)電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，然后通過(guò)現(xiàn)地控制系統(tǒng)將測(cè)試得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)督管理服務(wù)器中，上層的管理機(jī)構(gòu)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核和分析做出對(duì)應(yīng)的措施，并由PLC對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行接收，通過(guò)這種模式實(shí)現(xiàn)上層監(jiān)控器對(duì)下層泵站系統(tǒng)的監(jiān)督和管理。

對(duì)于本次研究的泵站系統(tǒng)，期間主要是通過(guò)2個(gè)PLC控制邏輯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站系統(tǒng)的控制，包括水源泵站和加壓泵站，通過(guò)PLC設(shè)備能夠?qū)Ρ谜具\(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。對(duì)于每一個(gè)PLC控制系統(tǒng)，其都會(huì)配備一個(gè)觸控顯示設(shè)備，通過(guò)該設(shè)備能夠?qū)LC的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)PLC的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，在設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題之后，其還能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供警報(bào)，防止設(shè)備故障造成泵站安全事故。另外，PLC設(shè)備是進(jìn)行信息交互的重要設(shè)備，為了保證該設(shè)備的正常運(yùn)行，需要為其配備不間斷的電源，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.2 監(jiān)督控制層設(shè)計(jì)

對(duì)于該系統(tǒng)的監(jiān)督控制層，其采用的是傳統(tǒng)的C/S架構(gòu)，這種架構(gòu)主要分為兩個(gè)部分，其中的服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，其能夠?yàn)橛脩籼峁?duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)資源以及訪問(wèn)資源，而客戶端則是對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和處理。對(duì)于服務(wù)器端，其通過(guò)SQL Server[2]數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?qū)Ρ谜镜臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄著泵站日常運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)將信息制成對(duì)應(yīng)的表格信息。此外，通過(guò)服務(wù)器還能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)同外部的水利系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，在出現(xiàn)問(wèn)題后能夠更加方便解決。

2.3 控制調(diào)節(jié)優(yōu)化

對(duì)于當(dāng)前的泵站加壓泵站進(jìn)水池是由人工進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這使得進(jìn)水池的水位一直處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而導(dǎo)致泵站的運(yùn)行受到影響，對(duì)此，可以通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水池的加壓泵進(jìn)行控制，使進(jìn)水池內(nèi)的水位保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍。通過(guò)離散控制電機(jī)組的開啟數(shù)量能夠?qū)M(jìn)水池內(nèi)的水位進(jìn)行有效的控制，實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)化控制。

3 總結(jié)

綜合上述所說(shuō)，通過(guò)對(duì)泵站結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，總計(jì)了泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中對(duì)用戶的需求滿足，并依據(jù)這一系統(tǒng)建立了對(duì)應(yīng)的泵站管理和優(yōu)化控制系統(tǒng)，在滿足了水利系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)也能夠提高管理人員的工作效率。

[1]沈小紅，王銀春.城市污水泵站運(yùn)行綜合管理自動(dòng)化系統(tǒng)探討[J].給水排水，2010，12：121～124.

[2]楊永春，沈俊江，潘自林.分層分布式自動(dòng)化控制系統(tǒng)在泵站改造中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2011，03：123～127.

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2016-10-9