排澇泵站自動(dòng)化升級(jí)改造的研究

李朝嚴(yán)

摘要：排澇泵站是非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在控制內(nèi)澇災(zāi)害方面具有不可替代的作用。為使排澇泵站的作用得以最大限度地發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。鑒于此，文章從排澇泵站的現(xiàn)狀分析入手，提出排澇泵站自動(dòng)化升級(jí)改造方案。通過(guò)對(duì)排澇泵站進(jìn)行升級(jí)改造之后，泵站的自動(dòng)化控制水平得到大幅度提升，運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：排澇泵站;自動(dòng)化;升級(jí)改造

排澇泵站是解決內(nèi)澇災(zāi)害最為有效的途徑之一，所以保證排澇泵站安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行顯得尤為重要。然而，一些早期投入使用的排澇泵站，由于受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件、資金等多方面的限制，使得泵站的整體水平略顯不足，機(jī)組、閘門的自動(dòng)化控制程度偏低。所以提高排澇泵站的自動(dòng)化控制水平已經(jīng)勢(shì)在必行?；谶@一前提，應(yīng)當(dāng)加快排澇泵站的自動(dòng)化升級(jí)改造，從而使泵站達(dá)到自動(dòng)化控制的要求。

1排澇泵站現(xiàn)狀分析

某排澇泵站位于XX省境內(nèi)，于2001年建成投用，泵站的運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，期間并未發(fā)生重大問(wèn)題。當(dāng)?shù)氐慕涤晗鄬?duì)較多，尤其是近年來(lái)受到氣候變暖的影響，使得常常出現(xiàn)短時(shí)雷雨大風(fēng)天氣。由于瞬時(shí)降雨量比較大，若是排水不及時(shí)，則可能引起內(nèi)澇。所以確保排澇泵站排水的及時(shí)性與有效性非常重要。對(duì)于排澇泵站而言，其最為關(guān)鍵的任務(wù)就是在降雨之后，能夠以最快的速度、最短的時(shí)間、最高的效率，將雨水排除^[1]。從目前的實(shí)際情況來(lái)看，該排澇泵站現(xiàn)有的機(jī)電設(shè)備能夠滿足排澇的需要，但相關(guān)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)卻有待進(jìn)一步完善，由此能夠提高控制效果，使該泵站在排澇方面的作用得以最大限度地發(fā)揮。此外，因該排澇泵站建設(shè)的比較早，所以并未建立遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代到來(lái)的今天，為提升該排澇泵站的整體水平，應(yīng)當(dāng)對(duì)泵站進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造。

2排澇泵站自動(dòng)化升級(jí)改造方案

針對(duì)該排澇泵站當(dāng)前的現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)研究之后，制定出多套自動(dòng)化改造方案，采用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比選的方法，從中選取出最優(yōu)的一套方案。這套自動(dòng)化升級(jí)改造方案包括如下內(nèi)容：群控調(diào)度、管理信息化系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是重點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化控制的關(guān)鍵。

2.1群控調(diào)度

對(duì)于排澇本站而言，通過(guò)群控調(diào)度，能夠使水閘的作用得以最大限度地發(fā)揮，這是該泵站自動(dòng)化升級(jí)改造中較為重要的內(nèi)容之一。在群控調(diào)度模式下，可根據(jù)內(nèi)河的水位變化情況，將效率高的泵站優(yōu)先開啟，這樣可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。同時(shí)，按天氣及潮位預(yù)報(bào)，采取預(yù)排或是搶排措施，應(yīng)對(duì)短時(shí)出現(xiàn)的雷雨大風(fēng)及暴雨等惡劣天氣，避免排水不及時(shí)造成內(nèi)澇^[2]。排澇泵站群控調(diào)度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該群調(diào)網(wǎng)絡(luò)中，利用相關(guān)的數(shù)據(jù)流，除了可以實(shí)現(xiàn)引水和排水方案調(diào)度指令的傳輸之外，還能實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)共享，如監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等等。同時(shí)，借助VPN，可使各泵站與調(diào)試中心在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩耘c可靠性大幅度提升，通信通道的利用效率進(jìn)一步提高。

2.2管理信息化系統(tǒng)

排澇泵站自動(dòng)化升級(jí)改造的過(guò)程中，信息化建設(shè)既是前提也是基礎(chǔ)，必須予以重視。信息化管理系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。

當(dāng)汛期到來(lái)之前，為充分發(fā)揮出排澇泵站的作用，可以借助信息化管理系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)的水情信息進(jìn)行調(diào)動(dòng)，據(jù)此進(jìn)行預(yù)排、預(yù)抽空，從而降低內(nèi)河水位，使水位始終保持在設(shè)定值以下，以余出的庫(kù)容量，滿足排水需要，避免發(fā)生內(nèi)澇。排澇泵站應(yīng)當(dāng)24h全天候待命，指定專人負(fù)責(zé)觀察水情，并組織人力對(duì)泵站內(nèi)的雜物進(jìn)行清理，確保流水暢通^[3]。

2.3遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

這是排澇泵站自動(dòng)升級(jí)改造的重點(diǎn)，是提升泵站控制水平的有效方法，整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。排澇泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置情況如下：工作站（2臺(tái)）、交換機(jī)（1套）、泵組現(xiàn)地控制屏（3套）、閘門控制柜、微機(jī)保護(hù)以及視頻監(jiān)控等設(shè)備。

2.3.1控制方案

自動(dòng)化升級(jí)改造后的排澇泵站采用遠(yuǎn)程集中式控制為主，現(xiàn)場(chǎng)就地控制為輔的控制方式，借助計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)泵站中的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)獨(dú)立的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)控制。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系選用的是分層分布式，泵站的工作人員可以利用上位機(jī)或是觸摸屏，對(duì)泵站內(nèi)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并根據(jù)具體需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控。泵站機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)依據(jù)現(xiàn)行的GB/T50265進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)發(fā)送相關(guān)的控制指令，可以實(shí)現(xiàn)泵站機(jī)組啟停的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。泵站內(nèi)輔助設(shè)備的控制，采用現(xiàn)場(chǎng)PLC控制箱，由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)進(jìn)行監(jiān)控。閘門的自動(dòng)控制采用的是超聲波水位計(jì)，可對(duì)水位進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，將結(jié)果傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)會(huì)將指令下達(dá)給現(xiàn)地PLC，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)閘門的自動(dòng)控制^[4]。

2.3.2計(jì)算機(jī)監(jiān)控

這是排澇泵站自動(dòng)化控制得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，采用的是遠(yuǎn)程集控加現(xiàn)地控制的方式，泵站、水閘以及相關(guān)的輔助設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)閘門的自動(dòng)啟閉、水泵的自動(dòng)開關(guān)、輔助設(shè)備自動(dòng)投退等功能。

①在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用當(dāng)前較為流行的分層分布式結(jié)構(gòu)體系，整個(gè)系統(tǒng)由兩個(gè)部分組成：即主控級(jí)單元和現(xiàn)地控制單元。其中主控級(jí)單元包括計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備等，具體如下功能：泵站與閘門的自動(dòng)控制、控制臺(tái)控制、現(xiàn)地控制。

②該系統(tǒng)中，主要的硬件設(shè)備包括PLC（可編程邏輯控制器）、微機(jī)溫度巡檢裝置、交換機(jī)、工作站以及服務(wù)器等。其中PLC選擇通用電氣公司的Pac 3i系列產(chǎn)品，這一款高性能的PLC，它的存儲(chǔ)器容量非常大，支持的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，具備自診斷能力，運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠;微機(jī)溫度巡檢裝置選用的是WP-D816，這是一款智能型多路巡檢顯示控制儀，芯片為16位，具備故障容錯(cuò)、自診斷、自恢復(fù)等功能，體積小、抗干擾能力強(qiáng)^[5];交換機(jī)選用性價(jià)比較高的產(chǎn)品，工作站以及服務(wù)器均為商用級(jí)。

2.3.3視頻監(jiān)控

該系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)采集到的圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，如水閘上下游的水面狀況、泵房設(shè)備運(yùn)性情況等等。在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置數(shù)字式高清攝像機(jī)，利用光纜對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，控制功能以硬盤錄像機(jī)的方式予以實(shí)現(xiàn)，配備監(jiān)控工作站，可在站內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。

2.4軟件程序

排澇泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件程序能夠按照實(shí)際需求，對(duì)泵站內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。采用高級(jí)語(yǔ)言程序?qū)?yīng)用軟件進(jìn)行編寫，引入當(dāng)前較為先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)理念，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展能力，便于各種功能的增加。軟件程序開發(fā)中，采用面向過(guò)程的設(shè)計(jì)方法，因自動(dòng)化控制對(duì)象為排澇泵站內(nèi)的機(jī)組設(shè)備，所以要確保所選的描述方法適用于控制對(duì)象，且便于泵站技術(shù)人員使用。

3結(jié)論

綜上所述，排澇泵站自動(dòng)化升級(jí)改造是一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，在具體改造的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以排澇泵站的實(shí)際情況作為立足點(diǎn)，確保升級(jí)改造方案的合理性和可行性。通過(guò)改造達(dá)到提升排澇泵站自動(dòng)化控制水平的目標(biāo)，從而使泵站在解決內(nèi)澇災(zāi)害方面的作用得以最大限度地發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

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[2]? 靳立飛.淺談宣城市圩區(qū)排澇泵站典型設(shè)計(jì)方案[J].陜西水利，2020（2）：29-31.

[3]? 吳遠(yuǎn)為，梁興，劉志勇，劉梅清.基于改進(jìn)粒子群算法的排澇泵站優(yōu)化調(diào)度分析[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2020（2）：45-47.

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[5]? 陳業(yè)芹，陳敏，王艾艾.多重功能的城市排澇泵站設(shè)計(jì)——以宿遷市馬陵河城南排澇二站為例[J].治淮，2019（10）：109-111.

（作者單位：常德市城區(qū)水利泵站管理處）