泵站電氣自動(dòng)化改造方案淺述

梁巨升

[摘? ? 要]文章重點(diǎn)介紹了泵站電氣自動(dòng)化改造方案，分析了自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案，對(duì)提高泵站電氣自動(dòng)化水平的應(yīng)用具有重要推動(dòng)作用。如此才能使進(jìn)泵站運(yùn)行的更加安全、穩(wěn)定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙提升。

[關(guān)鍵詞]泵站;電氣自動(dòng)化;改造方案

[中圖分類(lèi)號(hào)]TU991.35;TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–0–02

Discussion on the Scheme of Electrical Automation Transformation of Pumping Station

Liang Ju-sheng

[Abstract]The article focuses on the electrical automation transformation plan of the pumping station， and analyzes the design of the automatic control system， which plays an important role in improving the application of the electrical automation level of the pumping station. Only in this way can the operation of the pumping station be safer and more stable. And then realize the double promotion of social benefit and economic benefit.

[Keywords]pumping station; electrical automation; transformation scheme

1 自動(dòng)化設(shè)計(jì)對(duì)泵站電氣的重要意義

泵站及其輔機(jī)關(guān)鍵體系內(nèi)，涉及到了便捷閥門(mén)油壓以及潤(rùn)滑劑這2個(gè)主要體系，與主機(jī)配套的液壓以及水泵葉片調(diào)整壓力油等。與主機(jī)配套的低壓氣體系、壓力油體系以及中壓體系，專(zhuān)門(mén)用于閥門(mén)的真空破壞、調(diào)整葉片水泵，儲(chǔ)存其他發(fā)動(dòng)設(shè)施的能量，附主機(jī)體系中主要涉及到了冷卻水、排水泵站以及消費(fèi)用水。除了電量外，還需要從下落、位移以及應(yīng)力等方面檢查水工能否獲得可靠平安的保證，并檢查水位、水溫以及水量，此外，還需要檢測(cè)濕度、溫度以及絕緣性等。目前，泵站工程在我國(guó)城市中的設(shè)計(jì)，大多是由水力部門(mén)和開(kāi)發(fā)商在當(dāng)?shù)毓餐O(shè)計(jì)的，然而，由于開(kāi)發(fā)商沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)泵站工程，也沒(méi)有相關(guān)的資料作為參考，更沒(méi)有對(duì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一，進(jìn)而導(dǎo)致泵站無(wú)法對(duì)電氣自動(dòng)化提出明確的需求，無(wú)法對(duì)泵站電氣提供滿足實(shí)際需求的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。此外，針對(duì)運(yùn)行泵站時(shí)所采用的高新技術(shù)，例如自控技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，由于自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)電氣中的應(yīng)用較晚，因此缺乏豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范缺乏統(tǒng)一性和具體性。因此，設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)不斷的探究，來(lái)為泵站電器提供高水平的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

2 泵站電氣自動(dòng)化改造方案

2.1 控制對(duì)象和改造目標(biāo)

由于目前的設(shè)備缺乏高水平的自動(dòng)化技術(shù)，再加上社會(huì)發(fā)展需要更加高效的泵站運(yùn)行，因此，泵站的發(fā)展需要以自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化為目標(biāo)。本文以現(xiàn)有的設(shè)備為基礎(chǔ)，升級(jí)改造了相應(yīng)的系統(tǒng)。泵站目前的軸流泵設(shè)備為6臺(tái)，在啟動(dòng)水泵時(shí)都對(duì)自耦減壓法進(jìn)行了采用，在啟動(dòng)的瞬間會(huì)極大的沖擊電網(wǎng)，并損害水泵電機(jī)。電機(jī)在經(jīng)過(guò)改造后的啟動(dòng)，依然需要借助變頻器，以此來(lái)為水泵和變頻器設(shè)置能夠平滑啟動(dòng)的參數(shù)，還可以在電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻雜波的有效過(guò)濾，使水泵電機(jī)的電能能夠具有穩(wěn)定性。并將流量計(jì)安裝于泵的出水口，以此來(lái)對(duì)泵當(dāng)前的排量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在自動(dòng)停啟水泵的過(guò)程中，需要結(jié)合集水池水位以及實(shí)時(shí)雨量等因素。由于采用了人工的形式來(lái)開(kāi)啟和檢測(cè)水泵及其水位，因此對(duì)數(shù)據(jù)的記錄具有一定的復(fù)雜性。在完成改造后所采用的傳感器，具有超聲波液位功能，能夠在規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)水池水位的實(shí)時(shí)測(cè)量，檢測(cè)數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)PLC的讀取后，會(huì)向上位機(jī)的SCADA軟件進(jìn)行傳送，并由其負(fù)責(zé)進(jìn)行監(jiān)控，在歸檔數(shù)據(jù)時(shí)需要做到與工藝要求的結(jié)合，歷史數(shù)據(jù)表在自動(dòng)生成后，會(huì)在電腦中得到保存，以此來(lái)降低日后查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)的難度。

2.2 控制要求

對(duì)泵站進(jìn)行改造，具體如下。

（1）在泵電機(jī)中通過(guò)對(duì)控制柜的改造，能夠使其就地功能和遠(yuǎn)程功能得以實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)程組態(tài)軟件功能有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制這兩種。

（2）根據(jù)功率因數(shù)，通過(guò)對(duì)泵站補(bǔ)償柜的改造，使就地補(bǔ)償和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能在現(xiàn)場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)中得以實(shí)現(xiàn)。

（3）在泵站通過(guò)對(duì)變壓器房的改造，能夠遠(yuǎn)程顯示A相、B相以及C相的溫度，溫度過(guò)高時(shí)發(fā)出報(bào)警。

（4）對(duì)泵站控制室的建立，在控制室內(nèi)對(duì)相應(yīng)的操作臺(tái)和處理柜進(jìn)行了設(shè)置，以此來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控。

（5）所采用的歐姆龍PLC系統(tǒng)屬于SJIM系列，其能夠從整體上對(duì)泵站進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，水泵在自動(dòng)控制水位以及雨量等工況時(shí)間，結(jié)合了泵的實(shí)際狀況。

（6）對(duì)通信接口進(jìn)行了預(yù)留，在監(jiān)控總控室和傳送數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)電話線路或DDN網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了采用。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總方案

系統(tǒng)控制器為PLC，電腦的監(jiān)控主體就是組態(tài)軟件，能夠采用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)來(lái)對(duì)泵進(jìn)行控制，能夠在無(wú)人值班的情況下進(jìn)行自動(dòng)控制。

3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

在連接各個(gè)電氣自動(dòng)化設(shè)備的過(guò)程中，采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)組態(tài)網(wǎng)的組成。中央數(shù)據(jù)采用PLC進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線DEVICENET的采用，能夠在變頻器與傳感器的數(shù)據(jù)交換得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線能夠使現(xiàn)場(chǎng)配線，以及排除現(xiàn)場(chǎng)故障所需的時(shí)間得到有效的縮短?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間得到有效的縮短。使通信具有可靠性，使數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集得以實(shí)現(xiàn)。工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了PLC與工業(yè)PC之間的通信，由于兩者需要交換的大量的數(shù)據(jù)，而它可以進(jìn)行快速傳輸，可以使工業(yè)PC實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示。停啟水泵電機(jī)的方式有遠(yuǎn)程控制和就地控制，如果系統(tǒng)遇到故障無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，將開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到就地選項(xiàng)，就能夠在控制柜柜面上，控制相應(yīng)的按鈕開(kāi)關(guān)，以此來(lái)停啟水泵電機(jī)。

歐姆龍SJ1MPLC主要有以下硬件：

SJ1MPLC機(jī)架式，其能夠通過(guò)與工程實(shí)際情況的結(jié)合，來(lái)對(duì)相應(yīng)的模塊進(jìn)行配置。在進(jìn)行改造的過(guò)程中，在輸入模塊和輸出模塊所采用的直流數(shù)字量和晶體管，分別為CJ1W—ID201和CJ1W—OD201，主要的通信單元為，SJ1W—DRM21DeviceNet，在驅(qū)動(dòng)泵中通過(guò)對(duì)變頻器的設(shè)置，能夠與其實(shí)現(xiàn)通信，以太單元CJ1W—ETN11能夠與工業(yè)PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)主要有兩大軟件，首先是所涉及的PLC控制程序，其次是在工業(yè)PC上所設(shè)計(jì)的機(jī)組態(tài)軟件。

3.2.1 PLC控制程序

本文在CX—Programmer歐姆龍編程軟件中，對(duì)PLC程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，所采用的梯形圖具有簡(jiǎn)單易懂的特點(diǎn)。控制的具體程序流程如下：在進(jìn)行正?？刂频倪^(guò)程中，首先需要對(duì)在線設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，判斷其是否做好了準(zhǔn)備，例如高壓室溫度以及變壓器等的運(yùn)行狀態(tài)是否正常。如果設(shè)備已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，就需要對(duì)當(dāng)前的水位以及雨量數(shù)據(jù)，進(jìn)行條件檢測(cè)，如果水位能夠滿足開(kāi)泵條件，那么就需要通過(guò)對(duì)泵的啟動(dòng)，來(lái)進(jìn)行排水。在防洪防汛的過(guò)程中，需要做好對(duì)余量的重點(diǎn)檢測(cè)，以此來(lái)對(duì)多臺(tái)水泵的啟動(dòng)條件進(jìn)行判斷。在水泵啟動(dòng)之前，需要向內(nèi)加水，當(dāng)水加到一定程度后，才能夠啟動(dòng)電機(jī)。電機(jī)啟動(dòng)后，對(duì)泵排水量的檢測(cè)需要在出水后進(jìn)行，并采用流量計(jì)來(lái)檢測(cè)，然后需要判斷檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)，如低于特定值的流量，會(huì)切斷水泵的運(yùn)行，以此來(lái)對(duì)其進(jìn)行保護(hù);如果沒(méi)有下雨的話，想要對(duì)各水泵進(jìn)行良好的準(zhǔn)備，就需要通過(guò)對(duì)輪換開(kāi)泵的采用，來(lái)對(duì)控制程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線配置

如果Devicenet網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)連接在了相應(yīng)的硬件中，就需要對(duì)軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，例如控制設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備，需要定義PLC中所映射的設(shè)備的地址，本文所采用的CX—Integrateor網(wǎng)絡(luò)配置軟件為歐姆龍Devicenet。變頻器ACS800產(chǎn)品并不是由歐姆龍公司生產(chǎn)的，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置之前，需要在軟件中將EDS文件添加到ACS800產(chǎn)品中，EDS文件描述的是產(chǎn)品參數(shù)，其能夠作為網(wǎng)絡(luò)通信的紐帶，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。掛在Devicenet網(wǎng)絡(luò)中的變頻器有6個(gè)，其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水泵啟動(dòng)的控制，并對(duì)水泵的排水量進(jìn)行調(diào)整。而輸入模塊中的3個(gè)模擬量，能夠運(yùn)行階段的水泵流量和傳感器檢測(cè)所得的雨量，由模擬量向數(shù)字量轉(zhuǎn)化。

3.2.3 設(shè)計(jì)工業(yè)PC組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)

工業(yè)控制組態(tài)軟件具有實(shí)施采集各種設(shè)備數(shù)據(jù)的功能，例如PLC及各類(lèi)數(shù)據(jù)采集卡等，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)控制命令的發(fā)出，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，其所在的系統(tǒng)SCADA軟件平臺(tái)，具有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集的功能，屬于工業(yè)應(yīng)用軟件的組成部分之一。其所設(shè)置的項(xiàng)目十分豐富，并且具有靈活的使用方式，強(qiáng)大的功能，本系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件平臺(tái)時(shí)，所應(yīng)用的SIMATICWinCC視窗控制中心，來(lái)自于西門(mén)子廠家，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在WinCCV6.0中對(duì)MicrosoftSQLServer2000數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了采用，以此來(lái)歸檔生產(chǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)還能夠作為Web瀏覽器，辦公室內(nèi)的管理者能夠在動(dòng)態(tài)畫(huà)面中，看到泵站各設(shè)備的運(yùn)行狀況。此外，采用了工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)WinCC與SJ1MPLC之間的通信。

4 結(jié)束語(yǔ)

泵站是最主要的城市配套設(shè)施，在城市中起到了排水防澇的作用。針對(duì)目前的排水排洪泵站來(lái)說(shuō)，缺乏先進(jìn)的控制設(shè)備，并且所采用的控制方法，無(wú)法進(jìn)行高強(qiáng)度的自動(dòng)化控制。在控制階段依然采用了以往的手段和策略。針對(duì)管理水平來(lái)說(shuō)，還是安排了專(zhuān)門(mén)的人員來(lái)值班，并且依然采用了傳統(tǒng)紙筆的方式來(lái)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。城市在經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展后，需要從控制和管理方面，做好對(duì)現(xiàn)有泵站的改造和完善，并采用自動(dòng)化的方式，來(lái)對(duì)泵站進(jìn)行監(jiān)控管理。

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