泵站綜合自動(dòng)化技術(shù)探討

盧維琦

摘 要：在現(xiàn)代化的泵站管理中，單純依靠人工操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的運(yùn)行與調(diào)度，已經(jīng)無(wú)法滿足水利工程的發(fā)展需求，有必要不斷開展更加現(xiàn)代化的信息化與自動(dòng)化建設(shè)，在確保泵站安全有序運(yùn)行的同時(shí)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目的。隨著我國(guó)水利工程中泵站的規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)泵站的要求越來越高，迫切需要提升泵站的現(xiàn)代化，不斷開展泵站信息建設(shè)，實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化建設(shè)，提高工作效率。為此，本文就針對(duì)泵站綜合自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：泵站；綜合自動(dòng)化；技術(shù)分析

1 導(dǎo)言

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被大范圍的運(yùn)用到控制領(lǐng)域，發(fā)展得相當(dāng)成熟，已經(jīng)逐漸形成一信息技術(shù)為核心的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)，有效確保泵站的有序運(yùn)行。泵站工程自動(dòng)化主要是對(duì)泵站主機(jī)、輔機(jī)、變配電設(shè)備、閘門等機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、保護(hù)、測(cè)量，做到遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙信，實(shí)現(xiàn)泵站現(xiàn)代化的管理，達(dá)到“少人值守，無(wú)人值班”的要求，使得泵站能夠更加安全、效率的運(yùn)行。

2 泵站自動(dòng)化優(yōu)化控制系統(tǒng)組成

一般來說泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站的監(jiān)測(cè)、對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的處理以及監(jiān)督控制三方面的要求，主要由監(jiān)控軟件、控制邏輯以及檢測(cè)裝置等三部分組成。

2.1 現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)采集

泵站中需要采集的信息主要有：泵站機(jī)組中的電壓電流等相關(guān)電氣信息、機(jī)組中的溫度壓力等非電氣信息、機(jī)組是否運(yùn)行等狀態(tài)信息以及對(duì)機(jī)組的控制與調(diào)節(jié)的相關(guān)信息。

2.2 上層監(jiān)控

通過上層監(jiān)控能夠隨時(shí)了解到系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，當(dāng)遇到系統(tǒng)故障時(shí)能夠及時(shí)提供相關(guān)的警示信息并且顯示故障存在的范圍；在監(jiān)控過程中將泵站的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視化數(shù)據(jù)，能夠更好地幫助工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與查詢存貯工作的開展；監(jiān)控還包括工作人員的具體操作記錄，能夠?qū)Σ煌藛T進(jìn)行權(quán)限監(jiān)管，確保系統(tǒng)的安全有序運(yùn)行。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理

主要是對(duì)泵站運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)與管理，建立相關(guān)的平臺(tái)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的管理與分析了解泵站的運(yùn)行狀態(tài)，并且與其他水利系統(tǒng)進(jìn)行接入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 泵站綜合自動(dòng)化功能的需求分析

3.1 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

大型泵站涉及諸多類型的機(jī)械構(gòu)件，受外界環(huán)境的影響，產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)信息。對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)，有利于后期控制工作，是大型泵站正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保障基礎(chǔ)。一般情況下，泵站運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所關(guān)聯(lián)到的數(shù)據(jù)信息包括電氣信息、非電量信息、狀態(tài)信息以及保護(hù)信息等。相關(guān)采集工作由相關(guān)傳感器模塊完成。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)信息采集后，會(huì)自動(dòng)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，以便管理人員查詢和使用。同時(shí)，系統(tǒng)還建立了一個(gè)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)在全站內(nèi)數(shù)據(jù)共享分析，并可以自動(dòng)生成報(bào)表管理，為后期管理工作提供了諸多便利。信息化時(shí)代背景下，基于網(wǎng)絡(luò)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)在線控制管理操作，即工作人員可在不受地域限制的條件下，實(shí)時(shí)監(jiān)控泵站運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 故障檢測(cè)及診斷

傳統(tǒng)工作模式下，泵站管理主要依靠人工操作實(shí)現(xiàn)，對(duì)其專業(yè)水平、經(jīng)驗(yàn)積累等提出了相當(dāng)高的要求。而泵站綜合自動(dòng)化建設(shè)則大大縮減了人工操作工作量，可對(duì)各機(jī)組部分的實(shí)施運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并找準(zhǔn)問題予以維護(hù)或維修。以現(xiàn)有的技術(shù)水平來看，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在泵站出現(xiàn)故障不超過1ms的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括時(shí)間、內(nèi)容、地點(diǎn)、處理方式等，是人工遠(yuǎn)不能及的。在報(bào)警通知方式上，它也逐步實(shí)現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)。它包括語(yǔ)音報(bào)警和電話報(bào)警兩種方式，可在自動(dòng)報(bào)警程序中設(shè)置負(fù)責(zé)人聯(lián)系方式，針對(duì)故障問題采取自動(dòng)撥號(hào)，對(duì)方接機(jī)后自動(dòng)播放報(bào)警信息，以指導(dǎo)其及時(shí)處置。此外，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)還具備在線自診斷功能，即能夠在泵站出現(xiàn)故障后第一時(shí)間定位故障位置，并切換到備用計(jì)算機(jī)上，進(jìn)而呈現(xiàn)在人機(jī)交互界面上。

3.3 控制系統(tǒng)優(yōu)化

泵站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，除了會(huì)涉及故障信息排除及解決外，大量的機(jī)組工作還會(huì)涉及能源消耗問題。社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展至今，人們對(duì)降低能源消耗的關(guān)注度與日俱增，這是進(jìn)一步提升泵站經(jīng)濟(jì)效益的重要內(nèi)容之一。在泵站運(yùn)行中，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可根據(jù)上級(jí)控制中心指示，合理配置開機(jī)數(shù)量，在不影響工作效率的情況下，最大限度地降低能源消耗，功能價(jià)值不言而喻。另外，現(xiàn)場(chǎng)控制模式作為優(yōu)先級(jí)別的控制模式，允許轉(zhuǎn)變部分現(xiàn)場(chǎng)操控單元，保障泵站內(nèi)設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，該控制系統(tǒng)還可接受遠(yuǎn)程調(diào)度中心的指令，并按需進(jìn)行調(diào)水操作，反饋泵站實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)信息，輔助控制中心操作。

4 泵站綜合自動(dòng)化及優(yōu)化控制調(diào)節(jié)分析

4.1 泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1.1 現(xiàn)地控制層設(shè)計(jì)

在泵站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)地控制層的主要設(shè)備是可編程控制邏輯（PLC）。在壓力傳感器、流量傳感器、水位傳感器等底層傳感器獲得液體壓力、流量水位等初始觀測(cè)數(shù)據(jù)以及電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)后，現(xiàn)地控制層將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理后經(jīng)由局域網(wǎng)發(fā)送給監(jiān)督管理層的服務(wù)器，同時(shí)PLC還將接收由上層監(jiān)控器發(fā)來的控制命令，從而實(shí)現(xiàn)分層自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)中共設(shè)置2個(gè)PLC控制邏輯，分別控制水源泵站和加壓泵站，對(duì)其下的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和機(jī)組控制。每個(gè)PLC分別配備1個(gè)觸摸屏，用來顯示傳感器采集的數(shù)據(jù)和設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，并且在傳感器數(shù)據(jù)超出安全閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，從而方便泵站工作人員監(jiān)控。PLC控制邏輯通過局域網(wǎng)與監(jiān)督控制層服務(wù)器進(jìn)行信息交互，為了保證泵站的持續(xù)正常工作，給PLC控制邏輯配備不間斷電源，同時(shí)底層的傳感器配備備用電源。

4.1.2 泵站自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)泵站現(xiàn)場(chǎng)工藝操作單元的全自動(dòng)控制，并可實(shí)現(xiàn)兩極控制中心遠(yuǎn)程控制。運(yùn)行泵機(jī)的選擇：為保證整個(gè)泵機(jī)組的運(yùn)行壽命，在泵機(jī)運(yùn)行的過程中，要保證每臺(tái)泵機(jī)的運(yùn)行時(shí)間大致相同，不使單臺(tái)泵機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；控制方式：手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)控；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有下列情況之一的，進(jìn)行強(qiáng)制性啟停泵：水池水位低于下限時(shí)，停止所有水泵；系統(tǒng)檢測(cè)到水泵有過熱、過載、過壓、缺相或變頻故障時(shí)，停止發(fā)生故障的泵，啟動(dòng)其他的泵，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以免發(fā)生重大事故。

4.2 泵站綜合自動(dòng)化控制調(diào)節(jié)的優(yōu)化

由于當(dāng)前由人工調(diào)度的泵站系統(tǒng)存在加壓泵站進(jìn)水池水位過高或過低的問題，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)要能夠通過自動(dòng)控制將加壓泵站進(jìn)水池的水位保持在設(shè)計(jì)合理的范圍內(nèi)。在本系統(tǒng)中主要通過離散控制電機(jī)機(jī)組開啟的個(gè)數(shù)和連續(xù)控制電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行頻率相結(jié)合的混合控制模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水池水位的優(yōu)化控制。控制調(diào)節(jié)策略結(jié)合了智能控制和傳統(tǒng)控制的優(yōu)點(diǎn)，采用模糊控制+PID控制的機(jī)制，由模糊控制方式控制電機(jī)機(jī)組開啟臺(tái)數(shù)，PID控制變頻器頻率。

5 結(jié)語(yǔ)

泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的目的主要是為了實(shí)現(xiàn)泵站無(wú)人值班以及遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)診斷系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)度以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而可以保證泵站能夠安全、可靠以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，需要充分了解泵站的自動(dòng)化控制的整體結(jié)構(gòu)，在分析的基礎(chǔ)上了解實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制優(yōu)化的需求，在這個(gè)基礎(chǔ)上建立一個(gè)以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)、分層次管理、能夠有效進(jìn)行優(yōu)化控制的分布式系統(tǒng)，這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水利工程在泵站綜合自動(dòng)化優(yōu)化上的需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)泵站遠(yuǎn)程管理的分層開展，使管理更安全、更效率。

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