自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用和意義

宋金宏

摘 要：自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用，可以提高泵站運(yùn)行的自動(dòng)化程度，減少相關(guān)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也減少了人為干擾及誤操作的幾率，從而提高了整個(gè)工程運(yùn)行的安全性、可靠性。基于此，本文闡述了水利泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，對(duì)、自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用及其意義進(jìn)行了探討分析。

關(guān)鍵詞：水利泵站；自動(dòng)化系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用；意義；

自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用具有重要作用，其最大特點(diǎn)是將站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)功能、信號(hào)采集、控制等遠(yuǎn)動(dòng)功能以及微機(jī)保護(hù)信息、站用交、直流信息、泵站設(shè)備工況、泵站中央信號(hào)系統(tǒng)等多方面功能整合為一體，在運(yùn)行中由遠(yuǎn)方監(jiān)控運(yùn)行。

一、水利泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

1、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從功能上分為：主控制級(jí)層和現(xiàn)地控制層。（1）主控制級(jí)層由操作員工作站、通信工作站、工程師工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、打印機(jī)、GPS、UPS 及中控室有關(guān)設(shè)備組成，是泵站的實(shí)時(shí)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)全站的自動(dòng)化操作、歷史數(shù)據(jù)處理、圖像監(jiān)視及全站的人機(jī)對(duì)話等。（2）現(xiàn)地控制層設(shè)有機(jī)組控制單元，公用控制單元和閘門(mén)控制單元，監(jiān)控全站所有水泵機(jī)組、閘門(mén)及輔助設(shè)備?，F(xiàn)地控制單元能對(duì)所管轄的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行完善的監(jiān)控，它們經(jīng)過(guò)輸入、輸出接口與運(yùn)行過(guò)程相連，通過(guò)通信接口與微機(jī)保護(hù)設(shè)備交換信息，在上位機(jī)畫(huà)面上實(shí)時(shí)反映所測(cè)的電氣參數(shù)及保護(hù)動(dòng)作信息，同時(shí)通過(guò)以太網(wǎng)與泵站控制層交換信息。現(xiàn)地控制單元對(duì)泵站控制層有相對(duì)獨(dú)立性，它們能脫離泵站控制層獨(dú)立核算并完成運(yùn)行過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理、單元設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、調(diào)整和控制等功能。

2、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。微機(jī)保護(hù)采用分布式單元機(jī)箱結(jié)構(gòu)，各保護(hù)單元均相對(duì)獨(dú)立，通過(guò)站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)總線互聯(lián)。在功能分配上，采用能下放盡量下放的原則，保護(hù)單元箱能完成的功能絕不依賴通信網(wǎng)，各保護(hù)單元箱上均配有操作面板和必要的手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)及信號(hào)燈，運(yùn)行人員可通過(guò)單元箱上的操作面板或人機(jī)接口，對(duì)相應(yīng)電氣設(shè)備進(jìn)行操作。各保護(hù)單元故障或退出運(yùn)行時(shí)，不影響其它單元及上層監(jiān)控。

3、直流電源系統(tǒng)。某水利泵站的直流系統(tǒng)采用單母線接線，額定電壓為直流220V，采用一組閥控式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。蓄電池組正常以全浮充電方式運(yùn)行。直流系統(tǒng)充電/浮充電裝置采用智能高頻開(kāi)關(guān)電源模塊并聯(lián)組成，主要由充電模塊、監(jiān)控模塊、交直流采樣單元、降壓?jiǎn)卧?、絕緣監(jiān)測(cè)裝置、防雷裝置等組成。

4、圖像監(jiān)視系統(tǒng)。為配合監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，泵站配置一套圖像監(jiān)視系統(tǒng)，通過(guò)多媒體監(jiān)視設(shè)施，使運(yùn)行人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀察了解。圖像監(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，做到遠(yuǎn)方監(jiān)視泵站各設(shè)備，為泵站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班（少人值守） 提供技術(shù)保障。圖像監(jiān)視系統(tǒng)為彩色/黑白攝像機(jī)系統(tǒng)，在泵站中控室配置一臺(tái)圖像工作站，通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與各攝像機(jī)相連。系統(tǒng)可對(duì)廠房、泵組設(shè)備、高低壓配電室、重要行人通道、閘前后等位置進(jìn)行全面實(shí)時(shí)觀察，并通過(guò)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、可變鏡頭的調(diào)整，擴(kuò)展監(jiān)視范圍。

二、自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用分析

1、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用分析。泵站監(jiān)控系統(tǒng)采用三種控制方式：（1） 遠(yuǎn)方調(diào)度級(jí)控制方式：中心調(diào)度控制人員可以通過(guò)調(diào)度計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在遠(yuǎn)程對(duì)泵站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施遙測(cè)、遙信、遙控。（2） 泵站中央控制室控制方式：通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)泵站設(shè)備實(shí)施監(jiān)視控制，有以下兩種方式：第一、泵站自動(dòng)控制：泵站主控級(jí)計(jì)算機(jī)按預(yù)先給定的水流量要求和其它限制條件，在上位機(jī)用一個(gè)指令完成對(duì)泵站泵組的啟?？刂?。第二、手動(dòng)控制：在控制臺(tái)上，操作人員通過(guò)顯示器、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等設(shè)備進(jìn)行操作?？蓪?shí)現(xiàn)分步按順序組執(zhí)行的方式，即每一步或每一順序組完成后需經(jīng)操作人員確認(rèn)，才能進(jìn)行下一步或下一順序組的操作。（3） LCU 現(xiàn)地控制方式：上位計(jì)算機(jī)故障或必要時(shí)，可由值班員通過(guò)設(shè)在LCU屏上的控制按鈕及儀表等實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)、值班運(yùn)行。以上三種值班運(yùn)行控制方式選擇中，現(xiàn)地控制方式級(jí)別最高，其次為中控室和遠(yuǎn)方調(diào)度。

2、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用分析。泵站繼電保護(hù)采用微處理器構(gòu)成的全數(shù)字式繼電保護(hù)系統(tǒng)，保護(hù)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)箱和插件板設(shè)計(jì)，所有組件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱組裝在保護(hù)單元箱內(nèi)。保護(hù)單元箱內(nèi)包含規(guī)定的保護(hù)功能、跳閘組件、監(jiān)視、信號(hào)、檢測(cè)、人機(jī)對(duì)話、通訊接口部件等，并能實(shí)現(xiàn)事故記錄等功能。保護(hù)裝置上設(shè)有液晶屏作為人機(jī)接口設(shè)備，用于運(yùn)行監(jiān)視、保護(hù)系統(tǒng)的調(diào)試、整定值的設(shè)定及記錄、事故顯示、確認(rèn)以及對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的電流、電壓、功率、相位等實(shí)測(cè)值進(jìn)行顯示與記錄。人機(jī)接口設(shè)備適應(yīng)于缺乏程序設(shè)計(jì)知識(shí)的人使用。人機(jī)對(duì)話時(shí)自動(dòng)閉鎖保護(hù)出口回路，使人機(jī)對(duì)話中出現(xiàn)的錯(cuò)誤不影響保護(hù)系統(tǒng)。

3、圖像監(jiān)視系統(tǒng)在水利泵站中的應(yīng)用分析。泵站圖像監(jiān)視系統(tǒng)具有多分屏、定時(shí)切換、圖像存盤(pán)、視頻捕捉、云臺(tái)控制、鏡頭控制、遙控開(kāi)關(guān)、凍結(jié)視頻、行動(dòng)輸出、視頻報(bào)警布防、視頻報(bào)警、檢索、網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸與控制、定時(shí)啟動(dòng)等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)保證了系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性以及實(shí)用性。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件技術(shù)接口，具有良好的開(kāi)放性，為今后系統(tǒng)的擴(kuò)展、互連及設(shè)備更新打下良好基礎(chǔ)。

三、自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站中應(yīng)用的意義

自動(dòng)化系統(tǒng)在水利泵站自動(dòng)化中應(yīng)用的意義主要表現(xiàn)為：（1）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的意義。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能迅速、準(zhǔn)確、有效地對(duì)全站所有帶微機(jī)接口的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)視。泵站控制層能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，安全運(yùn)行監(jiān)視，事故處理和恢復(fù)操作指導(dǎo)，維護(hù)管理，系統(tǒng)診斷等功能。監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集泵站主要電氣和非電氣量及相關(guān)過(guò)程參數(shù)，包括模擬量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)量、報(bào)警量和脈沖量。模擬量主要為電壓、電流、頻率、功率因素、有功功率、無(wú)功功率、水位及溫度等；開(kāi)關(guān)狀態(tài)量包括機(jī)組及其附屬設(shè)備、各斷路器和隔離開(kāi)關(guān)、泵站公用設(shè)備的有關(guān)狀態(tài)、位置以及機(jī)組過(guò)程控制順序的各狀態(tài)；報(bào)警量采集主要指泵站運(yùn)行的故障、事故信號(hào)以及參數(shù)越限報(bào)警信號(hào)的采集；脈沖量采集指的是接收有功電度和無(wú)功電度脈沖量或與電子式電度表通信，將電度量累加，具有對(duì)有功、無(wú)功電度按電網(wǎng)峰、平、谷時(shí)段累計(jì)的功能。（2）檢測(cè)分析泵站各個(gè)控制點(diǎn)的參數(shù)。泵站自動(dòng)化系統(tǒng)中的監(jiān)控畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示了各個(gè)主要設(shè)備的運(yùn)行狀況，有利于值班人員及時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況，同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)泵站運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備的狀態(tài)分析和事故報(bào)警，將發(fā)生的各種故障及時(shí)通過(guò)人機(jī)界面彈窗和事故音響告警反映給值班人員。系統(tǒng)維護(hù)人員可以在系統(tǒng)中對(duì)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行修改，根據(jù)不同時(shí)期的設(shè)備運(yùn)行情況設(shè)定各個(gè)參數(shù)的上、下限值，提高自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控功能的靈活性和實(shí)效性。（3）調(diào)節(jié)泵站設(shè)備。泵站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的啟停操作、閥門(mén)開(kāi)度的控制和供水工藝的連鎖，使操作員能在值班室內(nèi)對(duì)就地的水泵進(jìn)行啟停操作，并通過(guò)內(nèi)部設(shè)置的連鎖工藝要求，避免值班人員出現(xiàn)對(duì)水泵和閥門(mén)的錯(cuò)誤操作。泵站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)操作遠(yuǎn)方、就地的兩地選擇性，便于值班員根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇在遠(yuǎn)方或就地位置對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)水利泵站“無(wú)人值班、少人值守”原則，泵站采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，簡(jiǎn)化常規(guī)控制為輔的監(jiān)控方式及微機(jī)保護(hù)，組成泵站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，在保證本工程安全運(yùn)行的前提下，很容易通過(guò)微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)多水源聯(lián)合調(diào)度。

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