泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析與思考

奚智清，杜曉康，陳珺煒

（上海城投原水有限公司黃浦江原水廠，上海 201114）

1 泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)的必要性

泵站是重要的市政配套設(shè)施，尤其是供水泵站，更是關(guān)系到城市居民的日常用水。在供不應(yīng)求的時(shí)代背景中，國(guó)家實(shí)行“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略方針，建設(shè)電氣自動(dòng)化泵站，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展下，泵站自動(dòng)化技術(shù)有了一定的提高。

加強(qiáng)泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)的研究，積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大泵站自動(dòng)化的投資規(guī)模與設(shè)計(jì)范圍，能夠?yàn)槿蘸髽?biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)提供參考資料。

2 泵站電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則

2.1 效益原則

自動(dòng)化泵站建設(shè)需要將大量資金投入泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)、建設(shè)、改造和維護(hù)等環(huán)節(jié)中。但在泵站工程竣工驗(yàn)收后，會(huì)因?yàn)槠浔旧淼墓ぷ魈匦院瓦\(yùn)行環(huán)境，大多數(shù)時(shí)間被閑置，泵站投入使用后的回收效益低于投入的資金價(jià)值，因此在泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重發(fā)揮泵站工程的運(yùn)行效益。

2.2 實(shí)事求是原則

在設(shè)計(jì)泵站電氣自動(dòng)化工程之前，需要做好工程勘察和調(diào)研工作，根據(jù)當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃與實(shí)際需求，進(jìn)行泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)工作要秉承“實(shí)事求是”的原則，保證泵站電氣自動(dòng)化與實(shí)際相結(jié)合，根據(jù)不同的地理?xiàng)l件和投入資金力度，建設(shè)不同類型的泵站。按照泵站的自動(dòng)化類型，通常將其分為采集型、部分自動(dòng)化型和綜合自動(dòng)化型。

2.3 可靠原則

泵站工程的質(zhì)量是泵站電氣自動(dòng)化建設(shè)的核心，在設(shè)計(jì)泵站工程方案時(shí)，需要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用技術(shù)、設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)和考量，保證設(shè)計(jì)工作中的各項(xiàng)指標(biāo)正常，提高設(shè)計(jì)方案的精準(zhǔn)度，保證泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠良好運(yùn)行。

3 泵站電氣自動(dòng)化要實(shí)現(xiàn)的基本功能

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理

泵站電氣設(shè)備具有自動(dòng)控制、測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)視和通訊等功能，在泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)中使用電氣設(shè)備完成周期性的數(shù)據(jù)采集和整理。建設(shè)企業(yè)的操作人員能夠通過(guò)應(yīng)用程序發(fā)布，命令電氣自動(dòng)化系統(tǒng)采集泵站施工現(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)于一些重要的數(shù)據(jù)，需要預(yù)處理并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

3.2 安全運(yùn)行與監(jiān)視

泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)需要在主設(shè)備和輔助設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下完成實(shí)時(shí)監(jiān)視，保證系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。泵站對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況、停止情況、閘門啟閉情況和運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，方便工作人員掌握泵站的實(shí)際運(yùn)行情況。

3.3 控制與調(diào)節(jié)

泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，在設(shè)計(jì)泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，需要保證其控制功能滿足泵站機(jī)組啟動(dòng)、停止、變電等操作規(guī)范規(guī)定的要求。

泵站機(jī)組的開(kāi)關(guān)控制由一條指令完成，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)泵站機(jī)組的啟、停條件，當(dāng)滿足啟動(dòng)和停止條件時(shí)系統(tǒng)執(zhí)行操作；自動(dòng)檢測(cè)變電所開(kāi)關(guān)的操作條件，按照預(yù)定的步驟進(jìn)行分合閘；對(duì)泵站中的所有設(shè)備設(shè)置手動(dòng)控制方式、自動(dòng)控制方式、靜態(tài)試驗(yàn)方式。

4 泵站的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)內(nèi)容

4.1 科學(xué)定位設(shè)計(jì)方向

從以上對(duì)泵站電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則中我們可以了解到電氣自動(dòng)化建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作，投入資金、技術(shù)、運(yùn)行環(huán)境都會(huì)影響到設(shè)計(jì)方向的確定。設(shè)計(jì)人員需要綜合考慮各方面的因素，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況和泵站電氣自動(dòng)化的需求程度科學(xué)定位，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化泵站。

4.2 選擇泵站電氣自動(dòng)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2.1 監(jiān)控主機(jī)+通訊協(xié)議設(shè)備

“監(jiān)控主機(jī)+通訊協(xié)議設(shè)備”結(jié)構(gòu)可以將指令下發(fā)給監(jiān)控主機(jī)，用來(lái)調(diào)整和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對(duì)通訊協(xié)議的設(shè)備要求較低，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視監(jiān)控主機(jī)的選擇，這是泵站自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。監(jiān)控主機(jī)會(huì)影響指令的正常傳遞，進(jìn)而影響自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.2.2 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3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)和通過(guò)以太網(wǎng)通訊的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的作用。但此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也有一定的局限性，就是PLC與下層的通訊能力較弱，對(duì)通訊速度造成了阻礙。

4.2.3 監(jiān)控主機(jī)+以太網(wǎng)通訊RTU

“監(jiān)控主機(jī)+以太網(wǎng)通訊RTU”結(jié)構(gòu)具有繼電保護(hù)和可編程序控制器的作用，能對(duì)開(kāi)關(guān)量的輸入、輸出和模擬量的輸入、輸出起到保護(hù)效果。在泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的結(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，能夠發(fā)揮泵站自動(dòng)化控制的水平。不過(guò)選擇這種系統(tǒng)需要有大量的資金來(lái)支持。

4.3 明確泵站電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思路

要想實(shí)現(xiàn)泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，不僅需要控制泵站中的開(kāi)停設(shè)備，還需要加大對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位、流量的監(jiān)控，電氣設(shè)備運(yùn)行的保護(hù)和監(jiān)控，事故和故障的預(yù)警，信息的采集與共享，無(wú)人值班等。泵站電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思路有以下3點(diǎn)：①信息設(shè)計(jì)。以信息為導(dǎo)向，用泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中采集到的信息數(shù)據(jù)作為水利系統(tǒng)信息化管理的基點(diǎn)，為水利信息系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。②典型設(shè)計(jì)。在泵站電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)中，如果沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，那么這時(shí)典型設(shè)計(jì)就具有標(biāo)識(shí)性的作用，通過(guò)典型設(shè)計(jì)確定下來(lái)的設(shè)計(jì)方案可以為同類型的泵站建設(shè)提供參考依據(jù)。③模塊化典型設(shè)計(jì)。不同地區(qū)對(duì)泵站類型的需求不同，不同的泵站類型對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的要求不一，泵站之間存在著機(jī)組臺(tái)數(shù)和形式的區(qū)別，需要在典型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)若干模塊，將數(shù)個(gè)基本模塊通過(guò)積木式疊加組合成整個(gè)泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)不同泵站的建設(shè)要求將其應(yīng)用到泵站的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)中。

5 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前形勢(shì)下，總結(jié)泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)的思路，根據(jù)泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中主要設(shè)備和輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)行質(zhì)量，為泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。將各種現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備運(yùn)用到泵站自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，能夠加快我國(guó)泵站電氣自動(dòng)化的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和自動(dòng)操作的建設(shè)目標(biāo)，從而降低人力成本，提高工作效率。

［1］孫博群.泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)分析與思考［J］.科技展望，2016（36）：89.

［2］韋長(zhǎng)湘.試論泵站電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2015（8）：216.