自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市泵站的應(yīng)用

楊海霖

（深圳市北部水源工程管理處， 廣東 深圳 518034）

我國泵站分布范圍廣，數(shù)量多，幾乎每個(gè)省市內(nèi)部都會(huì)配有不同的泵站，主要可以用來防洪、灌溉、排澇和供水等。但是到了九十年代中期和后期，自動(dòng)化技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備才引入泵站，最終形成綜合自動(dòng)化控制技術(shù)。下面本文主要闡述了泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程、功能特點(diǎn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及分析了自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市泵站中的廣泛應(yīng)用。

1 泵站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的歷程

根據(jù)我國泵站在操作過程中不同的自動(dòng)化程度，直接將泵站分成半自動(dòng)化、全自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化三種類型。具體包括如下內(nèi)容：

1.1 半自動(dòng)化

整個(gè)半自動(dòng)化的泵站內(nèi)部，人工可以發(fā)出機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)的初級(jí)指令，最后的環(huán)節(jié)也可以直接由人去執(zhí)行[1]。整體采用的是開環(huán)控制的方式。

1.2 全自動(dòng)化

在全自動(dòng)化泵站的運(yùn)行背景下，大家可以依靠設(shè)置在前水池和水池上方的水位繼電器進(jìn)行運(yùn)作。并以設(shè)置在進(jìn)水管和出水管上方的壓力繼電器為媒介來控制整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行，必要時(shí)也可以進(jìn)行各類保護(hù)。整體而言，主要采用閉環(huán)控制的方式來控制整個(gè)機(jī)組。

1.3 綜合自動(dòng)化

從上世紀(jì)70 年代開始，綜合自動(dòng)化泵站就已經(jīng)在水利行業(yè)中投入使用。一直從之前的數(shù)據(jù)采集功能系統(tǒng)擴(kuò)展到了上下位機(jī)分布功能系統(tǒng)，到之后也就發(fā)展成了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

2 泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 高度的可靠性和實(shí)時(shí)性

整個(gè)泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用全開放式分層結(jié)構(gòu)、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和上下控制層總線通訊結(jié)構(gòu)所組成。這種結(jié)構(gòu)往往能夠使得設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換的速度變得更快，整個(gè)通訊系統(tǒng)也能夠變得更加穩(wěn)定，同時(shí)還提供故障報(bào)警和事故狀態(tài)下應(yīng)急處理的方案及手段。

2.2 良好的開放性和可操作性

可以將系統(tǒng)設(shè)備有效地融入現(xiàn)場(chǎng)總線通訊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，并更好地被擴(kuò)充。幾乎所有的硬件都可以組成一個(gè)模塊，并形成一個(gè)通用開放的結(jié)構(gòu)。軟件內(nèi)部的OPC 技術(shù)能夠讓整個(gè)軟件構(gòu)成一個(gè)開放的環(huán)境[2]。整個(gè)開放的環(huán)境能夠在使用的過程中形成一個(gè)全漢化的界面，運(yùn)行人員就可以更好地進(jìn)行控制和操作。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和可維護(hù)性

整個(gè)系統(tǒng)都可以直接按照主接線圖內(nèi)部的內(nèi)容規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在使用的過程中充分地考慮用戶的情況。這樣往往能夠使得整個(gè)系統(tǒng)變得更加合理和使用。不僅操作的過程更加方便，而且可以有效地發(fā)揮人機(jī)接口功能。由于整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)顯得非常合理，因此，相關(guān)技術(shù)人員可以在方便的時(shí)候?qū)υO(shè)備進(jìn)行更換和維修，最終能夠讓整個(gè)系統(tǒng)更好地運(yùn)行。

3 泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)主要是由中控室數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)LCU控制系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表系統(tǒng)、多媒體電視監(jiān)控系統(tǒng)和其他系統(tǒng)組成，并直接以現(xiàn)場(chǎng)工地機(jī)為操作平臺(tái)來將泵站呈現(xiàn)開放式網(wǎng)絡(luò)分布的格局，有效地和實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)相互結(jié)合在一起。PLC 一直在該系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的作用，該系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中可以先接受來自遠(yuǎn)方或者本站內(nèi)部的中心指令，同時(shí)遠(yuǎn)方調(diào)度中心可以和站內(nèi)閉環(huán)運(yùn)行有效地結(jié)合在一起，并有效地提高泵站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益水平。

4 泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能

整個(gè)泵站內(nèi)部的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是以用戶的實(shí)際需求為基礎(chǔ)，再具體分析泵站具體的工作環(huán)境，并嚴(yán)格按照國家相關(guān)泵站電氣設(shè)備的布置要求而設(shè)計(jì)形成的。泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要由如下幾點(diǎn)：

4.1 數(shù)據(jù)采集和處理

存在于泵站中的各個(gè)控制單元先要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的電氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，之后再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行處理[3]。另外，也一定要同時(shí)注意采集其他類型的非電量數(shù)據(jù)。等到采集完成之后再將收集到的數(shù)據(jù)有效地進(jìn)行分類。在這個(gè)過程中也會(huì)出現(xiàn)諸多不符合信息的數(shù)據(jù)，大家一定要及時(shí)剔除這些錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并有效地查詢和利用這些數(shù)據(jù)。

4.2 實(shí)時(shí)控制

泵站系統(tǒng)內(nèi)部的工作人員可以通過直接操作界面和顯示器來直接控制水泵，并有效地讓水泵進(jìn)行啟動(dòng)和停止。注意有效地設(shè)定上限值，并在之后檢測(cè)可能出現(xiàn)的故障。

4.3 數(shù)據(jù)通訊

目前泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以直接和現(xiàn)場(chǎng)的總線進(jìn)行聯(lián)合，再有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在實(shí)際使用的過程中，可以以載波通道和光纜通道為基礎(chǔ)來和水調(diào)部門和電力部門進(jìn)行通信，也可以有效地和存在于現(xiàn)場(chǎng)的控制單元進(jìn)行通訊。

4.4 安全運(yùn)行監(jiān)視功能

整個(gè)自動(dòng)化綜合系統(tǒng)也能夠有效地發(fā)揮安全運(yùn)行和監(jiān)視的功能。主要包括如下五點(diǎn)：第一，值班人員可以以系統(tǒng)界面為媒介來監(jiān)測(cè)泵站內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行的情況，并有效地監(jiān)視有關(guān)的情況。如果一旦在監(jiān)視的過程中發(fā)現(xiàn)任何異常情況，大家則需要在第一時(shí)間進(jìn)行修改。但是在進(jìn)行操作的過程中，大家要注意設(shè)置不同的權(quán)限。第二，可以對(duì)泵站運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，或者可以先通過設(shè)置操作口令進(jìn)行監(jiān)視。注意一定要對(duì)所有內(nèi)部的工作設(shè)備進(jìn)行觀察，這樣才能夠保證所有的設(shè)備都能夠順利地運(yùn)行。系統(tǒng)還需要定期對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查。如果在檢查的過程中發(fā)現(xiàn)了任何問題，則應(yīng)該在第一時(shí)間就發(fā)出警報(bào)。注意在系統(tǒng)內(nèi)部直接顯示設(shè)備狀態(tài)。第三，需要定期先分析水泵運(yùn)行的狀況，之后再對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。如果在使用的過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)不對(duì)的情況或者其他故障，則應(yīng)該在第一時(shí)間排查相應(yīng)的故障，這樣才能夠讓水泵更好地運(yùn)行。第四，每個(gè)泵站內(nèi)部都有諸多輔助設(shè)備，大家要有效地監(jiān)視包括空壓機(jī)、排水泵和其他設(shè)備的信息參數(shù)，并對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。從而判斷設(shè)備是否在使用的過程中出現(xiàn)了故障。第五，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一方面要對(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行控制和保護(hù)，還需要直接檢查自身軟件和硬件運(yùn)行的情況，這樣才能夠保證系統(tǒng)安全地運(yùn)行。

5 案例分析

5.1 工程案例

某單位主要負(fù)責(zé)管理某供水區(qū)域內(nèi)部的泵站管理，并有效地進(jìn)行供水服務(wù)和管網(wǎng)服務(wù)。隨著供水區(qū)域的不斷變大，內(nèi)部的供水量將會(huì)變得越來越高[4]。在未來，更多的子泵站會(huì)在供水的過程中滿足供水的要求。正是因?yàn)槟承┍谜镜牡貏?shì)較高，容易給管理和維護(hù)帶來一定的困難，因此，實(shí)現(xiàn)泵站之間的自動(dòng)化監(jiān)控顯得尤為重要。

該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)比較簡單，且會(huì)在使用的過程中發(fā)揮出強(qiáng)大的功能。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中需要同時(shí)考察泵站設(shè)備的數(shù)量和泵站的拓展能力，這樣才能夠全方位地實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。

5.2 整體功能

在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中可以將三級(jí)功能有效地結(jié)合在一起。在PLC 站內(nèi)部先設(shè)置有關(guān)的控制程序，并有效地采集各類實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，這樣才能夠更好地進(jìn)行操作。這個(gè)操作過程并不需要人為干涉就可以完成。整個(gè)過程被稱為“自動(dòng)化”功能。之后也可以在泵站內(nèi)部的操作室下達(dá)各類指令，這樣才能夠更好地控制工藝設(shè)備。這種控制的方式被稱為“遠(yuǎn)程控制”除了上述兩種控制方式，操作人員也可以直接在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制，也會(huì)被稱為“手動(dòng)控制”。

實(shí)際控制過程中，手動(dòng)控制為最優(yōu)先級(jí)別，遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制也會(huì)發(fā)揮一定的作用。整個(gè)系統(tǒng)的控制級(jí)別會(huì)在軟件和硬件之間進(jìn)行切換。存在于現(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜上的“遠(yuǎn)控/手動(dòng)”級(jí)別切換到“手動(dòng)”的級(jí)別和位置。之后再在軟件條件下從“自動(dòng)”的狀態(tài)切換到“遠(yuǎn)控”的級(jí)別。如果正好處于“遠(yuǎn)控”的狀態(tài)下，轉(zhuǎn)塘中心泵站和無人值守的泵站之間會(huì)出現(xiàn)通訊故障。泵站內(nèi)部的PLC 系統(tǒng)會(huì)直接切換到“自動(dòng)”狀態(tài)，這樣就能夠更好地完成內(nèi)部自動(dòng)控制的過程。

5.3 軟件功能

在實(shí)際建設(shè)的過程中，其軟件功能包括如下三點(diǎn)：第一，可以將泵站內(nèi)部的主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)都傳輸?shù)郊瘓F(tuán)內(nèi)部的調(diào)度室和生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一生產(chǎn)。第二，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)和泵站內(nèi)部的數(shù)據(jù)信號(hào)主要是由電機(jī)電流、電機(jī)功率、總管壓力、出水流量和其他不同的信號(hào)組成。第三，可以根據(jù)運(yùn)行實(shí)際需求來進(jìn)行報(bào)警。在報(bào)警的過程中應(yīng)該同時(shí)伴隨聲光效果，并有效地提出相應(yīng)的提示。等到提示都有效地被確認(rèn)之后再啟動(dòng)歷史分組報(bào)警和查詢的功能。

6 結(jié)語

綜上所述，本文首先分析了我國泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有“數(shù)據(jù)采集和處理”、“ 實(shí)時(shí)控制”、“ 安全運(yùn)行監(jiān)視”等功能優(yōu)勢(shì)，其次再結(jié)合運(yùn)行的工程案例進(jìn)行深入剖析，事實(shí)證明，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在城市泵站確實(shí)能夠被更好地廣泛運(yùn)用，有力促進(jìn)水利事業(yè)的可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。