淺析泵站自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

郭松

摘要：在傳統(tǒng)的泵站管理運(yùn)營過程中，需要工作人員對泵站設(shè)備進(jìn)行手動操控，工作人員勞動強(qiáng)度大，且容易出現(xiàn)人因失誤。自動化技術(shù)在泵站管理中的應(yīng)用，能夠提升泵站的自動化水平，降低人為因素對泵站運(yùn)行的影響?；诖耍疚膶Ρ谜咀詣踊刂葡到y(tǒng)及其的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并探討了其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：泵站;自動化技術(shù);發(fā)展趨勢

泵站工程是指：把電能轉(zhuǎn)化成水的勢能，以進(jìn)行灌溉、供水、排水等的水利工程，20世紀(jì)初期，我國的農(nóng)業(yè)灌溉開始使用小型機(jī)械取水，動力為蒸汽推動。我國解放后，泵站工程開始興建，相應(yīng)的科學(xué)研究也逐漸展開，技術(shù)水平由無到有并逐漸走向成熟，現(xiàn)如今泵站在我國分布廣，幾乎遍布各個市區(qū)，其從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、安裝和后期運(yùn)行，都達(dá)到了一個前所未有的新高度，在我國它們主要起到水利調(diào)節(jié)的功能，可以避免水患，減緩旱情。自動化控制方面：20世紀(jì)中期我國的泵站還是采取常規(guī)控制手段，到了1990年后我國泵站開始采用自動化進(jìn)行控制。

一、泵站自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其原理

（一）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

泵站自動化控制主要由計(jì)算機(jī)監(jiān)控、繼電器保護(hù)、直流系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，監(jiān)控部分，主要由工作站對單元進(jìn)行監(jiān)控，來達(dá)到對整個泵站的設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。通信服務(wù)器的作用是對除監(jiān)控系統(tǒng)之外的設(shè)備例如保護(hù)、勵磁、直流等站內(nèi)計(jì)算機(jī)自動化設(shè)備及中樞自動化設(shè)備的信息采集及控制，并把采集信息傳給監(jiān)控設(shè)施;管理者可以從廠長終端了解整個泵站的運(yùn)行情況，并可以對相應(yīng)機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)程操作;在中控室可以通過視頻監(jiān)控觀察現(xiàn)場實(shí)時(shí)情況，可以及時(shí)把控現(xiàn)場的人員、設(shè)備、環(huán)境、安全等情況，如有異常及時(shí)發(fā)起響應(yīng)。

（二）控制系統(tǒng)的分類

從目前的控制方式來看，最常見的控制類型有集中式和分層分布式兩種，下面將分別介紹這兩種控制類型：（1）集中式。這里的集中既包括邏輯上的集中，同時(shí)也包括物理上的集中。集中式系統(tǒng)指的是將系統(tǒng)上的各種功能集中完成，比如數(shù)據(jù)采集、計(jì)算等等。集中式系統(tǒng)一般有一臺或者多臺計(jì)算機(jī)組成中心節(jié)點(diǎn)，它的中央處理器是一臺性能極強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，所有的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算等任務(wù)都在這臺中央處理器上完成。（2）分層分布式。分層分布式和集中式正好相反，集中式體現(xiàn)的是一個人完成所有，而分層分布式更加注重的是團(tuán)隊(duì)合作。分布式系統(tǒng)定義是：一個系統(tǒng)包含多個相連的子系統(tǒng)，它們能夠在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)，對某一個問題合作完成，每一個子系統(tǒng)負(fù)責(zé)一個部分，每個子系統(tǒng)之間既是獨(dú)立的，又是相連的。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是它含有多個路徑，它們執(zhí)行的是某一個程序的不同地方，同時(shí)執(zhí)行又是相互作用的。

二、泵站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）方案設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)泵站自動化控制的系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)按照自動化控制工藝指導(dǎo)和控制電氣兩個方面開展。在實(shí)施過程中，應(yīng)該以全局為中心，單體配合服從總體，要統(tǒng)一接口協(xié)議原則。電氣部分和控制部分設(shè)計(jì)具體如下。

（二）電氣部分

電氣部分是泵站系統(tǒng)的重要組成部分之一。在設(shè)計(jì)泵站電氣部分的時(shí)候，應(yīng)該嚴(yán)格遵循《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》負(fù)荷分級原則。在本文中，泵站應(yīng)該按二級負(fù)責(zé)進(jìn)行考慮，用電負(fù)荷主要包括：進(jìn)閘、出閘和清污機(jī)（64.87KW）;計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（10KW）;直流系統(tǒng)負(fù)荷（10KW）;泵站廠房的一些照明、辦公室的配電、生活以及一些輔助設(shè)施的負(fù)荷（30KW）;給排水的負(fù)荷（7.5KW）。接線部分。電氣的主接線方案：10kV側(cè)采用單母線接線方式，0.4kV側(cè)采用單母線分段的接線方式。對于壩區(qū)，采用一臺S9-100/10變壓器降壓為0.4kV后與一臺0.4kV柴油發(fā)電機(jī)分別接入雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的主、備接頭，互為備用。正常工作模式下，變壓器和柴油發(fā)電機(jī)同時(shí)工作，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障或者維修的情況下，另一臺帶全部負(fù)荷工作。

（三）控制部分

泵站的控制方式有很多種類供選擇，隨著科技的發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控的泵站自動控制系統(tǒng)受到更多的歡迎。下面將討論計(jì)算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)。控制方式如圖2所示，采用的是全計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式，按無人值班或者少人值班的方式進(jìn)行，整個系統(tǒng)采用的是全天開放分層結(jié)構(gòu)?？刂浦行臑閮膳_互為備用的工作站組成，一臺工作，一臺備用。兩臺工作站對現(xiàn)地單元進(jìn)行監(jiān)視和控制，其功能如下：數(shù)據(jù)采集，主要采集設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的數(shù)字量、模擬量等等。然后將這些變量放入數(shù)據(jù)庫中，最后調(diào)節(jié)到子系統(tǒng)中進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理：根據(jù)從上位機(jī)得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行檢查、數(shù)據(jù)變化以及越限檢測等，根據(jù)設(shè)計(jì)的閾值進(jìn)行報(bào)警;對于狀態(tài)數(shù)據(jù)，要進(jìn)行合理的計(jì)算?？刂普{(diào)節(jié)：按照系統(tǒng)的要求進(jìn)行調(diào)度，主要有機(jī)組的有功無功調(diào)節(jié)，電壓電流調(diào)節(jié)，閘門的開關(guān)調(diào)節(jié)等。人機(jī)界面：人機(jī)界面是泵站系統(tǒng)的一大特色，擁有著豐富的圖元，支持三維動畫顯示。工作人員可以根據(jù)畫面判斷出系統(tǒng)實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)、刷新運(yùn)行參數(shù)等任務(wù)，還可以通過主菜單來設(shè)置系統(tǒng)的控制參數(shù)，調(diào)節(jié)流程。

三、泵站自動化控制技術(shù)發(fā)展趨勢

（一）PLC

技術(shù)可編程控制器是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)，在工程中，PLC具有很多傳統(tǒng)繼電器不具備的優(yōu)點(diǎn)。柔性好、在需要改變生產(chǎn)流程的情況下，不必改變硬件設(shè)施，只需要改變程序即可完成?？煽啃愿?，功能完善，PLC具備數(shù)據(jù)輸入/輸出，邏輯運(yùn)算、人機(jī)對話以及通信等功能，提高了設(shè)備的控制能力。

（二）泵站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)

要建設(shè)一個PLC控制的泵站系統(tǒng)，應(yīng)從軟件系統(tǒng)出發(fā)。軟件主要是用來數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理作用，更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，保證泵站系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，并將歷史數(shù)據(jù)儲存起來。另外，軟件設(shè)計(jì)應(yīng)該還要設(shè)置系統(tǒng)保護(hù)、自動檢測和報(bào)警功能，及時(shí)掌握泵站運(yùn)行過程中的故障，提高了可靠性和縮短了故障排查的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

四、結(jié)語

通過對泵站自動控制系統(tǒng)的方案、原理等分析，研究了計(jì)算機(jī)自動化控制系統(tǒng)在泵站中的應(yīng)用。文中具體研究如下：該泵站采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控形式，對整個泵站系統(tǒng)進(jìn)行控制、檢測和故障分析;研究了PLC在泵站系統(tǒng)上的應(yīng)用，進(jìn)行了詳細(xì)的分析。之后，還有以下問題需要進(jìn)行探討：泵站的可靠性問題;泵站的優(yōu)化問題以及泵站的節(jié)能問題。

參考文獻(xiàn)

[1]伍新星.探究泵站機(jī)電設(shè)備自動化技術(shù)的應(yīng)用及其設(shè)計(jì)要求[J].通訊世界，2019，26（09）：353-354.

[2]郭麗新.基于電氣自動化技術(shù)的水廠泵站管控策略[J].黑龍江水利科技，2019，47（06）：121-123.

[3]楊慶九.泵站自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（12）：78-79.

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)申藍(lán)機(jī)械有限公司 沈陽 110869）