泵站電氣自動(dòng)化控制中智能化技術(shù)應(yīng)用

馬繼強(qiáng)

(甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400)

不管是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還是工業(yè)、生活用水方面，泵站系統(tǒng)都發(fā)揮著非常重要的作用，在多個(gè)領(lǐng)域中都屬于重要工程的范疇。景泰川電力提灌工程（簡(jiǎn)稱景電工程）是跨省區(qū)、高揚(yáng)程、多梯級(jí)、大流量的電力提灌工程，位于甘肅省中部，灌區(qū)位于騰格里沙漠南緣，干旱少雨、風(fēng)沙多，灌溉水源來自從黃河提水。景電工程共有泵站43 座，在整個(gè)泵站系統(tǒng)中，有著非常多的機(jī)電設(shè)備，因此如果仍然沿用傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)來對(duì)設(shè)備進(jìn)行管控的話，不僅會(huì)給人力資源帶來巨大的浪費(fèi)，其整個(gè)設(shè)備管控過程還存在著非常大的安全隱患。此時(shí)如果能夠?qū)χ悄芑夹g(shù)進(jìn)行合理使用，就能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的全面、高效的優(yōu)化，不僅能夠使機(jī)電設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行得到可靠的保障，而且逐步實(shí)現(xiàn)泵站“無人值班、少人值守”的運(yùn)行模式，從而達(dá)到減員增效的目的。

1.智能化技術(shù)概述

所謂智能化技術(shù)，其指的并不是某一類技術(shù)，而是某個(gè)技術(shù)群體的總稱，智能化技術(shù)是在社會(huì)和科學(xué)快速發(fā)展的過程中形成的，涉及計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、信息技術(shù)以及智能化控制技術(shù)，是一個(gè)綜合的技術(shù)單位，涉及的學(xué)科知識(shí)也非常的廣泛。而對(duì)于泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來說，智能化技術(shù)的應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)控制模式的一種沖擊，不僅能夠?qū)﹄姎庾詣?dòng)化控制系統(tǒng)中的整個(gè)工作流程進(jìn)行優(yōu)化，提高整個(gè)電氣控制工作的高效性和便捷性，還能夠使整個(gè)泵站機(jī)組的運(yùn)行管理效率得到顯著的提升。

2.智能化技術(shù)在泵站電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用方向

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

當(dāng)前階段大多數(shù)的泵站系統(tǒng)都是由電機(jī)、水泵以及油箱三部分組成的，因此在管控工作開展的過程中，通常會(huì)以智能化技術(shù)作為重要基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的優(yōu)化處理，這樣就能夠在一定程度上使整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)智能化處理能力得到大幅的提升，并且在這樣的運(yùn)行背景之下，控制系統(tǒng)能夠結(jié)合泵站內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出精準(zhǔn)的判斷，之后在結(jié)合設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，針對(duì)性采取智能化控制措施。這樣，即使系統(tǒng)需要控制較多的電氣設(shè)備，但是不同子系統(tǒng)之間的反饋響應(yīng)配合都能夠得到可靠的保障，最終能夠?qū)崿F(xiàn)提升泵站自動(dòng)化控制水平的目的。

2.2 系統(tǒng)故障的排查和診斷

由于泵站內(nèi)部存在著大量的電氣設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，設(shè)備發(fā)生故障的概率相對(duì)來說也比較高，因此為了使系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行得到可靠的保障，做好系統(tǒng)內(nèi)部的故障排查和診斷工作是非常重要的。當(dāng)前階段，對(duì)于故障排查和診斷系統(tǒng)的建立來說，一般是通過智能化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，在各種不同類型傳感器的作用下，能夠?qū)υO(shè)備電路電源、排水管道的壓力等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且可以將部分重要的參數(shù)信息直接傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中。控制系統(tǒng)在接收到設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)之后，專家系統(tǒng)等智能化技術(shù)手段就會(huì)直接介入，對(duì)運(yùn)行參數(shù)的變化情況進(jìn)行展開細(xì)致的分析，這樣就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的故障和安全隱患，并且可以初步判定故障波及的范圍以及導(dǎo)致故障出現(xiàn)的原因，對(duì)故障診斷速度的提升以及故障診斷效率的提升都有著顯著的作用。

2.3 系統(tǒng)控制功能創(chuàng)新

在對(duì)泵站的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，智能化技術(shù)更多的是應(yīng)用在對(duì)系統(tǒng)控制的優(yōu)化創(chuàng)新方面，例如在對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，比較復(fù)雜的人機(jī)交互界面進(jìn)行設(shè)計(jì)控制時(shí)，智能化技術(shù)的應(yīng)用效果就能夠得到充分發(fā)揮，此時(shí)可以通過智能化技術(shù)來對(duì)各項(xiàng)控制功能進(jìn)行圖形的模擬，將復(fù)雜的人機(jī)交互界面通過圖形的方式來表示具體的功能，這樣即使參與系統(tǒng)控制工作的人員非專業(yè)人員，在經(jīng)過簡(jiǎn)單系統(tǒng)的培訓(xùn)之后，能夠?qū)θ藱C(jī)交互界面進(jìn)行正確的操作。對(duì)于部分特殊的控制需求來說，還可以通過圖形化的人機(jī)交互界面來進(jìn)行快速的程序編制。在對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試的過程中，還可以利用高性能的PLC 插件來使整個(gè)系統(tǒng)的控制性能得到進(jìn)一步的提升，這樣在泵站系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，就能夠更好為泵站系統(tǒng)提供在線調(diào)試、標(biāo)準(zhǔn)程序等重要的修改功能，管理人員在后續(xù)操作的過程中，也可以結(jié)合不同設(shè)備的調(diào)試需求來建立相應(yīng)的個(gè)性化程序。

2.4 系統(tǒng)智能安全防范

隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷融合與發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)的發(fā)展中，并且也取得了非常好的應(yīng)用效果，但是隨著電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的大規(guī)模推廣使用，系統(tǒng)內(nèi)部也存在著越來越多的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)也成為影響電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要因素之一。對(duì)于泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)來說，在其運(yùn)行的過程中非常容易受到網(wǎng)絡(luò)病毒的侵?jǐn)_，因此我們可以靈活運(yùn)用智能技術(shù)在自主學(xué)習(xí)方面的優(yōu)勢(shì)，建立一個(gè)科學(xué)、完善的主機(jī)防護(hù)系統(tǒng)，為了使該系統(tǒng)的功能性和安全性得到可靠的保障，必須要能夠確保該系統(tǒng)具有防火墻和病毒查殺等多項(xiàng)功能，同時(shí)在防護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，還能夠?qū)σ恍┪粗卣鞯牟《具M(jìn)行主動(dòng)的收集與探測(cè)，并且要能夠?qū)φ麄€(gè)病毒特征庫(kù)進(jìn)行持續(xù)的更新。隨著整個(gè)主機(jī)防護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，其防范已知病毒和未知病毒的能力都會(huì)得到大幅的提升，這樣對(duì)整個(gè)泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性的提升來說，也有著非常重要的作用和意義。

3.智能化技術(shù)在泵站電氣自動(dòng)化控制中的具體應(yīng)用

3.1 專家系統(tǒng)

對(duì)于泵站內(nèi)部的電氣設(shè)備來說，其運(yùn)行會(huì)受到流量、壓力以及各項(xiàng)參數(shù)信息的影響，因此為了使整體的影響程度降至最低，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初階段，就要能夠通過復(fù)雜的計(jì)算來對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行確認(rèn)，從而為后期設(shè)備調(diào)試工作的開展提供指導(dǎo)，同時(shí)也能夠使通過調(diào)試的設(shè)備始終處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。泵站系統(tǒng)的運(yùn)行，涉及多種電氣設(shè)備，不同電氣設(shè)備之間運(yùn)行參數(shù)的相關(guān)信息是非常復(fù)雜的，僅僅想要通過電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的理論計(jì)算和程序預(yù)設(shè)操作，來實(shí)現(xiàn)對(duì)泵機(jī)組以及相關(guān)電氣設(shè)備的科學(xué)調(diào)試，是非常困難的。如果伴隨著腐蝕、磨損以及參數(shù)信息的影響，設(shè)備更是難以達(dá)到最理想的運(yùn)行狀態(tài)。為了使這方面的問題得到更好的解決，就需要運(yùn)用到智能化技術(shù)中的專家系統(tǒng)，并以此為基礎(chǔ)建立由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)等多個(gè)部分聯(lián)合組成的專家智能控制系統(tǒng)，同時(shí)可以以理論計(jì)算和設(shè)備的運(yùn)行調(diào)試結(jié)果為依據(jù)，通過對(duì)專家決策過程的模擬，來實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備不同運(yùn)行狀態(tài)下所可能出現(xiàn)的問題推理，最終就能夠以推理結(jié)果為依據(jù)，來開展針對(duì)性的設(shè)備調(diào)試工作。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

不管是泵站機(jī)組的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)還是運(yùn)行過程，都需要通過專業(yè)的測(cè)試來對(duì)設(shè)備的工況性能有著明確地了解，并且還要根據(jù)測(cè)試結(jié)果，制作相應(yīng)的性能曲線，為后續(xù)泵站機(jī)組設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)控制工作的開展提供可靠的依據(jù)。但是，對(duì)于性能實(shí)測(cè)方法來說，其本身的測(cè)試成本相對(duì)來說比較高，而對(duì)于基于模型機(jī)器數(shù)據(jù)或者是設(shè)備的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行換算的話，換算結(jié)果容易受到假設(shè)準(zhǔn)確性以及測(cè)試條件準(zhǔn)確性的影響和限制，因此大多數(shù)情況下，還會(huì)通過智能化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在有限離散數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)泵站機(jī)組展開大范圍的連續(xù)測(cè)試。這樣的話，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，就可以結(jié)合泵站機(jī)組設(shè)備的相關(guān)特性，建立相應(yīng)的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的個(gè)性化參數(shù)的計(jì)算。與此同時(shí)，還可以采用LM、帶動(dòng)量項(xiàng)等算法形式，對(duì)建立完善的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行綜合的訓(xùn)練，并且和可以將訓(xùn)練所得出的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臍w一化線性變化處理，隨著訓(xùn)練樣本數(shù)量的不斷增加，整個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)能力也會(huì)得到進(jìn)一步的提升，在這樣的背景下，即使不開展相應(yīng)的實(shí)測(cè)工作，也能夠使整個(gè)泵站機(jī)組性能曲線的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性得到可靠的保障。

圖1 泵站PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

3.3 模糊邏輯

模糊控制系統(tǒng)也是泵站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)智能控制技術(shù)的重要組成之一，模糊控制系統(tǒng)本身是一種具有反饋通道、閉環(huán)結(jié)構(gòu)數(shù)字化控制系統(tǒng)，雖然該系統(tǒng)也是以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)作為主要的技術(shù)和操作基礎(chǔ)，但是在實(shí)際運(yùn)行的過程中，也可以利用智能化模糊控制器來實(shí)現(xiàn)對(duì)人工控制經(jīng)驗(yàn)的模擬。在對(duì)泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，肯定會(huì)因?yàn)椴煌墓δ苄枨?，需要面臨非常復(fù)雜的電氣設(shè)備控制要求，此時(shí)如果能夠科學(xué)運(yùn)用模糊控制系統(tǒng)，來對(duì)各種設(shè)備不同運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)進(jìn)行近似計(jì)算的，并依據(jù)負(fù)荷變化、流量變化等不確定影響因素，來建立相應(yīng)的隸屬參數(shù)，就能夠使控制經(jīng)驗(yàn)和具體的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)起來，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)泵站設(shè)備的智能化自動(dòng)控制。

3.4 故障診斷應(yīng)用

故障診斷技術(shù)也是電氣自動(dòng)化智能控制技術(shù)的核心之一，在故障診斷技術(shù)應(yīng)用之前，首先需要明確的是自動(dòng)控制系統(tǒng)的屬性。其屬于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，因此在實(shí)操工作開展的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)非常多的意料之外的故障。對(duì)于這部分的故障來說，要想在很短的時(shí)間內(nèi)，通過人工檢測(cè)的方式是很難發(fā)現(xiàn)的，無法做到及時(shí)有效地診斷和處理，因此會(huì)對(duì)整個(gè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大影響。而如果能夠?qū)⒅悄芑夹g(shù)應(yīng)用其中，就可以對(duì)各機(jī)械設(shè)備之間的相關(guān)器件進(jìn)行有效控制，并且可以開展高效的檢測(cè)工作，在檢測(cè)過程中需要注意的是，要能夠?qū)C(jī)械運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行動(dòng)態(tài)收集整理，這樣一旦系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，就能夠在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行排查，大大降低故障排查工作的工作量，并且使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

4.結(jié)語

總而言之，智能化技術(shù)在泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，近些年來智能化技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，也結(jié)合實(shí)際需求衍生處理多種類型的智能化控制系統(tǒng)，包括專家系統(tǒng)、模糊控制等智能化技術(shù)，不僅是對(duì)泵站機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)的一種優(yōu)化升級(jí)，還在一定程度上推動(dòng)了整個(gè)泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。