泵站自動化技術研究

熊建偉

摘 要：自動化技術已經(jīng)廣泛的應用到泵站系統(tǒng)當中，成為泵站系統(tǒng)中不可缺少的一部分。經(jīng)過十幾年的研究探索，現(xiàn)如今已經(jīng)形成了一個比較穩(wěn)定的系統(tǒng)，研究的方向已經(jīng)轉(zhuǎn)向了如何提高泵站的運行效率和管理水平。泵站的自動化技術的成熟關系到水利工程的工作效率和發(fā)展，因此需要對泵站系統(tǒng)進行不斷的強化。本文主要從泵站自動化系統(tǒng)中的測量、控制、保護和遠程監(jiān)督這四個方面進行分析研究，闡述泵站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，討論了泵站自動化系統(tǒng)的技術要求。

關鍵詞：泵站設計;結(jié)構(gòu);自動化設計

中圖分類號：TV675 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0039-02

在現(xiàn)在社會中，智能化設備的出現(xiàn)屢見不鮮。其中泵站自動化是最典型的代表，實現(xiàn)自動化的方案主要是通過計算機軟件進行控制硬件系統(tǒng)實現(xiàn)的，硬件的設計方案可按照泵站的具體要求及其運行特點決定。采用自動化技術進行控制具有更高的靈敏性與可靠性，相對傳統(tǒng)的人工操作其工作效率大大提高。但日益增加的生產(chǎn)需求對泵站自動化系統(tǒng)的技術提出了更嚴格的要求，不斷的進行完善，從而確保泵站系統(tǒng)能夠高效的進行運行，確保工作的安全性和可靠性。

1 泵站自動化系統(tǒng)功能的要求

1.1 泵站自動化系統(tǒng)中監(jiān)督測量功能的要求

為保證自動化設備在運行過程中的穩(wěn)定性，需要對設備運行的相關參數(shù)進行不間斷的監(jiān)測，超出正常工作范圍時進行預警處理等，這對于整個系統(tǒng)的運行是至關重要的;另一方面，為方便人工在計算機上對該過程的處理與預計，需要該反應過程中參數(shù)的處理與分析，結(jié)合事故發(fā)生可能性的因素，分析今后一段時間內(nèi)可能發(fā)生的問題并及時做出相應的調(diào)整方案。

泵站的變電所在運行過程中需要監(jiān)測的參數(shù)信號主要有主變壓器高低壓兩側(cè)的電壓幅值以及電流大小、該電流主要為三相值、有功功率、裝置的無功補償大小和機器輸送電壓頻率值;反應變電所運行狀態(tài)的隔離開關、斷路器和操控開關的位置信號。

泵站每臺機組應當測量的信號主要有進線的三相電壓、三相電流、功率因數(shù)，定子、水泵導軸瓦、上油缸以及下油缸的溫度和轉(zhuǎn)速等。

泵站應該測量的非電量信號主要有各機組冷卻液體的壓力、絕緣介質(zhì)（大多數(shù)為油）的絕緣性能與其對管壁的壓力、設備運行空間內(nèi)部的空氣壓強與溫度等，還需要測量上下游水位、集水井水位、前水池水位、泵站輔機設置的工作狀態(tài)等等。

1.2 泵站系統(tǒng)中控制功能的要求

使用自動化控制的裝置最基本的要求是：滿足運行過程中的安全需求與運行過程中的規(guī)范要求。每進行一步操作均需要計算機發(fā)出對應的指令。如進行對隔離開關進行開合指令以此來控制設備的每一步運行過程。當出現(xiàn)故障時，繼電保護裝置可自動進行操作，將故障環(huán)節(jié)或設備隔離開來，避免對整體造成更大的影響。

系統(tǒng)自動控制的內(nèi)容有對變電所控制的相關變壓器（開啟，關閉等基本操作）以及保護裝置的監(jiān)測與運行（繼電保護為主），主機機組的啟動和停止的操作控制，排水泵、油系統(tǒng)等的控制，水泵葉片角度調(diào)節(jié)的控制。

1.3 泵站系統(tǒng)中保護功能的要求

計算機保護系統(tǒng)的保護對象主要有變電所的主變壓器、所用變壓器、站用變壓器和每臺機組的電機。泵站計算機系統(tǒng)的保護功能應當滿足有關泵站機組和變電所保護規(guī)范規(guī)定的要求。電氣保護內(nèi)容的設置需要根據(jù)被保護的對象的不同來設置。

計算機保護系統(tǒng)的保護內(nèi)容有主變壓器的電氣保護、高壓側(cè)在發(fā)生短路時的短路電流保護，用戶側(cè)發(fā)生故障或街入負荷太大時出現(xiàn)的過負荷保護。所用變壓器和站用變壓器應當設置速斷保護、三相過負荷保護等。機組還需要根據(jù)需要設置機組過速、軸承溫度過高等事故和故障的保護。

1.4 泵站系統(tǒng)中遠程監(jiān)控管理的要求

泵站的遠程監(jiān)控管理功能借助了網(wǎng)絡技術，可以方便的實時的進行遠程監(jiān)控，還可以實現(xiàn)遠程視頻監(jiān)控。結(jié)合現(xiàn)在的通訊手段與技術可真正做到遠程監(jiān)視、遠程控制、遠程故障的診斷分析以及遠程管理修復等操作，不僅可以提高泵站的工作效率和工作水平，提高泵站的維護水平和實現(xiàn)無人值守，還能夠?qū)崿F(xiàn)人力資源的優(yōu)化配置?；诨ヂ?lián)網(wǎng)技術，遠程監(jiān)控管理的工作人員可以實時的進行多個子系統(tǒng)的操控，可以服務于多個單位內(nèi)部的若干個崗位。因此當泵站的系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以利用互聯(lián)網(wǎng)集結(jié)全世界的專家進行診斷，方便快捷。

遠程調(diào)試主要適用于新建泵站的機組試運行。調(diào)試的過程主要是根據(jù)被調(diào)試的對象所作出的反應來決定下一步的工作。遠程操作人員可以在手機中接收泵站在運行過程中的相關參數(shù)與狀態(tài)分析，根據(jù)企業(yè)的實際要求可在手機APP中做出相應程序調(diào)節(jié)，經(jīng)過通訊手段將該內(nèi)容反饋回計算機中。即通過反饋狀況或參數(shù)來發(fā)布調(diào)試的命令，修改工作參數(shù)。對操作的過程進行實施的記錄，將所有的數(shù)據(jù)進行儲存和上傳，有專家對本次調(diào)試的數(shù)據(jù)進行分析和研究，決定調(diào)節(jié)的具體方案，使系統(tǒng)能夠達到最高效率的工作狀態(tài)。

遠程功能是通過網(wǎng)絡，進行遠程修改的一種控制算法。在現(xiàn)在的自動化設備中應用尤為方便，其中涉及到的主要技術指標為信息通信技術。對泵站的遠程控制主要采用的是優(yōu)化控制模型。主要是在投入使用一段時間后，可對現(xiàn)有的控制方案進行優(yōu)化改進。

遠程故障診斷是自動化運行過程中最突出的特點，簡單來說它是當泵站系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題時，可自動進行數(shù)據(jù)處理分析并提出解決方案的環(huán)節(jié)，也稱為是專家系統(tǒng)。

2 泵站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

目前泵站自動化系統(tǒng)主要采取的型號是DCS，即集散控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特征是采用其中控制，下發(fā)至各個子系統(tǒng)中進行分別執(zhí)行控制。就是將整個系統(tǒng)進行一一劃分，不同的操作環(huán)節(jié)與部分劃分給若干個子系統(tǒng)，通過子系統(tǒng)的計算機來進行控制和管理，子系統(tǒng)之間可進行信息的交流。

圖1所示的監(jiān)控系統(tǒng)采用分級管理，第一級只要完成對變電站運行過程中各設備的傳感器示數(shù)的采集，并在出現(xiàn)故障時可發(fā)布最高級的程序指令進行各設備的調(diào)節(jié)。同時作為信息傳遞的中樞環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)各設備之間的相互聯(lián)系，可同員工的手機APP進行無線通訊，做到信息的相互交流，可以更好的進行協(xié)調(diào)工作。第二級是監(jiān)控級，價格第二級設置在了泵站的控制室內(nèi)，可以完成現(xiàn)場的檢測和控制的管理工作?？梢栽O置控制臺對第一級現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行采集整理分析和存儲。第三級是泵站管理級，是泵站單位的計算機網(wǎng)絡。它用于接受第二級傳遞來的對第一級的信息的收集和數(shù)據(jù)的分析等，便于管理人員能夠?qū)崟r的觀測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可以隨時的對泵站的管理單位所有事物進行管理。還可以通過互聯(lián)網(wǎng)向上一級的管理部門發(fā)送數(shù)據(jù)或者接受命令和指示。

隨著技術的發(fā)展，DCS已經(jīng)成為了一種普遍使用的系統(tǒng)模式，DCS是從過程控制工業(yè)發(fā)展起來的，是大系統(tǒng)的概念產(chǎn)品。除卻DCS系統(tǒng)之外，還存在以PLC為采集控制站的集散控制系統(tǒng)和以工業(yè)控制計算機作為采集控制站的集散控制系統(tǒng)。

3 泵站自動化技術要求

3.1 硬件技術要求

泵站自動化系統(tǒng)的硬件要求十分嚴格，應該選擇成熟的可靠的工業(yè)產(chǎn)品設備，具備良好的可維護性、可擴展性，可以進行硬件故障的自診和自恢復的硬件電路。采用模板式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)自身的需求進行功能的增加或者減少。

3.2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的技術要求

泵站的遠程監(jiān)控系統(tǒng)不僅要考慮到原有的網(wǎng)絡技術和控制技術的特點，還應當考慮到系統(tǒng)出現(xiàn)的新特征。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫不僅是動態(tài)的、實時的，還需要具有較高的編程效率和較好的兼容性。

3.3 軟件技術要求

泵站的自動化系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和應用軟件。這些軟件的選擇都應該使成熟可靠的，能夠采用多任務實施控制的系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)應當具備自診斷功能，及時的發(fā)現(xiàn)自身的故障所在，并顯示出故障所在的位置。還應當具備故障自恢復能力，當出現(xiàn)失控等狀況時可以通過自我恢復的功能恢復正常的狀態(tài)。應用軟件應當采取模塊化式結(jié)構(gòu)，便于后期進行功能的擴充和修改操作等流程。軟件系統(tǒng)還需要提供可以進行泵站運行報表制作和幫助用戶自定義控制算法編制的工具。

4 結(jié)語

總而言之，泵站擔負著灌溉、排澇、航運補水、城市供水等多方面的任務，因此需要十分注重泵站系統(tǒng)的完整性和運行的高效率，提升泵站自動化技術的建設和實施，實現(xiàn)泵站運行管理自動化和信息化，從而一步步提高泵站的運行維護水平，合理的對人力資源進行配置和優(yōu)化，對泵站的運行管理模式的改變起著重要的作用。泵站自動化系統(tǒng)能夠為流域內(nèi)的水資源進行優(yōu)化的調(diào)度，充分合理的發(fā)揮水利工程的綜合效益，為社會的發(fā)展奠定堅實的基礎。

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