自來水廠加壓泵站自動(dòng)化控制改造分析

房德進(jìn)

[中圖分類號(hào)] TM76

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號(hào)]2095-6487 （2021） 02-0009-03 Analysis on Automation Control Reformation of Boosting Pump Station in Waterworks

Fang De-jin

[ Abstract] The rapid progress of electrical automation technology has greatly promoted the development of modern society， and has also beenmaturely applied in production and life. The article first introduces some problems existing in the automation control of the current water plant， and thenstarts with the composition of the electrical automation conrrol system， and analyzes the automation transformation and application of the pressure pump inthe water plant. From the perspective of the transformation effect， the safety and stability of the automatic control and operation of the pressure pump in thewater plant have been optimized

[ Keywords] waterworks; booster pumping station; automatic control; transformation

自來水廠是一類保有特定的生產(chǎn)設(shè)備，通過水泵取水，然后通過一系列的反應(yīng)、沉淀以及消毒與過濾等流程，將達(dá)到飲水水標(biāo)準(zhǔn)的水資源運(yùn)送到居民家中的生產(chǎn)單位。改革開放以來，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，穩(wěn)定的自來水供應(yīng)是居民生活的基本需求之一，但是隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，城市高層建筑、超高層建筑的人量出現(xiàn)，人口密度的迅速增長，當(dāng)前自來水廠加壓泵站在自動(dòng)化控制、水壓保持、恒壓控制以及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性方而逐漸無法滿足社會(huì)的需求。通過相關(guān)的改造升級(jí)，以提高自來水』‘自動(dòng)化控制的可靠性、高效性等性能，成為當(dāng)前最需解決的問題。

1? 當(dāng)前自來水廠自動(dòng)化控制中存在的問題

1.1 現(xiàn)有硬件組成與控制系統(tǒng)兼容性不佳

現(xiàn)階段，我國一些人型自來水廠引進(jìn)了國外更為先進(jìn)的引送水設(shè)備，這些設(shè)備的性能良好，但是對(duì)技術(shù)管理的要求較高。在自來水廠的實(shí)際運(yùn)行中，表現(xiàn)出了較為明顯的系統(tǒng)硬件與軟件控制兼容性不良的問題，導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果達(dá)不到預(yù)期。此外，當(dāng)前自來水J‘的自動(dòng)化控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)校對(duì)方而還存在一定的不足，導(dǎo)致一些預(yù)期的功能設(shè)計(jì)與實(shí)際工藝需求相沖突。

1.2 技術(shù)管理水平有待提高

目前，我國一些自來水J‘的運(yùn)行管理人員的理論基礎(chǔ)和專業(yè)技術(shù)能力已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代化高水平自動(dòng)化控制系統(tǒng)的管理要求。在自來水的日常運(yùn)行管理工作中，只能憑借其自身的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行管理和技術(shù)維護(hù)工作。但是，現(xiàn)代化的自來水J‘運(yùn)行系統(tǒng)技術(shù)含量較高，較高的自動(dòng)化水下需要合理的運(yùn)行管理和維護(hù)才能得以維持，傳統(tǒng)的系統(tǒng)運(yùn)維管理模式最需得到優(yōu)化升級(jí)。

1.3 缺少完善的自動(dòng)化管理標(biāo)準(zhǔn)

從本質(zhì)上來說，實(shí)行自來水廠的自動(dòng)化控制是為了通過能耗、人力與物力等資源的優(yōu)化配置，改善自來水廠運(yùn)行流程，提高自來水廠生產(chǎn)過程的安全性與效率。但是，當(dāng)前人多數(shù)自來水廠在自動(dòng)化系統(tǒng)的管理與運(yùn)行維護(hù)方而還存在較多的不足之處，缺少統(tǒng)一的自動(dòng)化管理標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)技術(shù)人員的管理也沒有相對(duì)專業(yè)的規(guī)范?？偟脕碚f，引進(jìn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是為了更好地滿足社會(huì)的需求，電是為了更好地提高自來水廠的經(jīng)濟(jì)效益，但是目前缺少完善的自動(dòng)化管理標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重制約了自來水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

2 加壓泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)概述

2.1 自來水廠加壓泵站控制系統(tǒng)改造前分析

（1）自來水廠加壓泵站控制系統(tǒng)在改造前電機(jī)啟動(dòng)模式一般由電機(jī)額定功率人小、變壓器容量以及供水系統(tǒng)長度等因素共同決定。通常情況下，小功率電機(jī)可以采用直接啟動(dòng)的方式投入使用，因其功率較小，啟動(dòng)瞬間電流不會(huì)過人，因而不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成明顯的困擾;人功率電機(jī)多采用減壓啟動(dòng)的方式來盡可能的降低啟動(dòng)瞬間的電流，加壓泵抽水量需要根據(jù)泵站出口端用水量的人小變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。由于現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)生活用水量隨時(shí)間和季節(jié)的變化而存在較人的差異，因此加壓泵站工作人員的工作量較人，也不利于實(shí)現(xiàn)較為精準(zhǔn)的供需平衡控制。

（2）自來水廠加壓泵站改造前，供水管路一般都是通過手動(dòng)開關(guān)閥進(jìn)行控制，管路內(nèi)流量的人小則通過調(diào)節(jié)閥門的開度來完成。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)自來水輸運(yùn)管路的過程管理要求逐漸提高，最需更加便捷、精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)應(yīng)用到自來水J‘的生產(chǎn)中。

（3）以往的自來水廠加壓泵站控制系統(tǒng)由專門的操作人員進(jìn)行人工控制，為了保證各類設(shè)備運(yùn)行的可靠性，需要經(jīng)常檢查各類中控?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)由人工完成加壓泵電機(jī)的啟?；蛘咦詠硭\(yùn)輸管路閥門的開關(guān)。在這種情況下，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)系統(tǒng)情況，也就無法在第一時(shí)間做出針對(duì)性的控制響應(yīng)。

2.2 加壓泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成

加壓泵站是自來水廠中的一類重要單元，其自動(dòng)化控制模式需要綜合考慮供水性質(zhì)、流量和供水距離的等因素，并且還要保證其具有高度的可靠性與實(shí)用性。從設(shè)計(jì)角度來看，自來水廠加壓泵站控制系統(tǒng)由泵站監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及泵站遠(yuǎn)程測(cè)控單元等組成，其控制系統(tǒng)則包括P C+I/O板卡模式、DCS系統(tǒng)以及PC+PLC系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)等。在實(shí)踐中，可根據(jù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度采用不同的控制模式。

3 自來水廠加壓泵站控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造

3.1 泵站自動(dòng)化控制基礎(chǔ)改造

3 .1.1 信息化改造

為了更加精確地掌握泵站的運(yùn)行狀況，就需要全而收集泵站運(yùn)行過程中的各類數(shù)據(jù)。在對(duì)自來水廠加壓泵站進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造時(shí)，需要監(jiān)控加壓電機(jī)與水泵的啟停狀態(tài)、運(yùn)行溫度，同時(shí)需要關(guān)注系統(tǒng)壓力、流量等指標(biāo)，通過這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與傳遞，提高加壓泵站的運(yùn)行穩(wěn)定性。在數(shù)據(jù)的采集時(shí)，需要配合人工定時(shí)巡檢，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 .1.2規(guī)范化改造

通過借鑒國內(nèi)外相關(guān)加壓泵站改造的案例發(fā)現(xiàn)，在通過現(xiàn)代化控制技術(shù)進(jìn)行加壓泵站的自動(dòng)化改造時(shí)需要在設(shè)計(jì)階段、施工階段以及后期的運(yùn)行維護(hù)階段建立起相對(duì)規(guī)范的模式。在日常管理工作中，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)，梳理各個(gè)環(huán)節(jié)的控制管理思路，整理成標(biāo)準(zhǔn)化的體制，以便提高自來水廠加壓泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成的合理性。

3.1.3模塊化改造

隨著電氣自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，模塊化設(shè)計(jì)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，并取得了不錯(cuò)的效果。在對(duì)自來水廠加壓泵站進(jìn)行改造時(shí)，可以將不同的控制功能集成到各個(gè)模塊中，在應(yīng)用中直接將需要的功能模塊組合起來，即可實(shí)觀相應(yīng)的功能。由于模塊間的組合具有較高的靈活性，因此自來水廠加壓泵站的模塊化改造具有良好的可行性。

3.2無人值守自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造

（1）觸摸控制屏。觸摸控制屏可以連接PLC系統(tǒng)，監(jiān)控PLC系統(tǒng)中連接著各種數(shù)據(jù)，同時(shí)可以發(fā)送控制信號(hào)給PLC系統(tǒng)去操控泵站中的閥門電機(jī)等設(shè)備。觸摸控制屏的界面修改簡單，比實(shí)體按鍵開關(guān)修改更方便。

（2） PLC自控系統(tǒng)。自來水廠的加壓泵站中有人量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的——離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，使PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。PLC在原來CPU模板上逐漸增加了各種通信接口，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍越來越廣泛。PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。PLC控制器本身的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，有母板、數(shù)字I/O模板、模擬I/O模板，還有特殊的定位模板、條形碼識(shí)別模板等模塊，用戶可以根據(jù)需要采用在母板上擴(kuò)展或者利用總線技術(shù)配備遠(yuǎn)程I/O從站的方法來得到想要的I/O數(shù)量。在實(shí)現(xiàn)各種數(shù)量的I/O控制的同時(shí)，還具備輸出模擬電壓和數(shù)字脈沖的能力，可以控制各種接收這些信號(hào)的伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)等，加上觸摸屏的人機(jī)界而支持，一臺(tái)中高端的可擴(kuò)展PLC可以滿足如今在泵站控制中的需求與以后發(fā)展的擴(kuò)展需求。

（3）智能控制器。智能控制器是實(shí)現(xiàn)自來水廠加壓泵站自動(dòng)化控制的重要組件，其主要功能是實(shí)現(xiàn)加壓泵機(jī)組的自動(dòng)化調(diào)整。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，智能控制器在系統(tǒng)通信、轉(zhuǎn)速與溫度控制以及非電量測(cè)量等方面得到較快的發(fā)展，不但提高了其集成度，豐富了功能，還能夠有效地降低系統(tǒng)運(yùn)行的無用消耗，進(jìn)而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。將模塊化的智能控制器通過以太網(wǎng)或者485與PLC系統(tǒng)相連接，可以快速方便地進(jìn)行泵站的升級(jí)改造。

（4）組態(tài)軟件。PLC收集與發(fā)送的數(shù)據(jù)需要專門的軟件去管理，組態(tài)軟件就是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，是安裝在工控計(jì)算機(jī)上的自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境。這些軟件可以通過靈活的組態(tài)方式，為泵房控制提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能。常用的軟件例如：IFIX、組態(tài)工等。送水泵房運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)界面示意圖如圖1所示。

（5）通信子系統(tǒng)。通信系統(tǒng)是建設(shè)高自動(dòng)化水平的無人值守控制系統(tǒng)的又一類必要組成。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，監(jiān)控單元采集到的各類數(shù)據(jù)信息都需要通過通信系統(tǒng)才能到達(dá)控制中心，控制中心發(fā)出的執(zhí)行指令也需要通過通信系統(tǒng)傳遞到執(zhí)行單元。目前，常用的通信媒介主要包括移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)以及以太網(wǎng)等。相對(duì)而言，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)具有較好的靈活性，安裝方便不用布置線路，但是較不穩(wěn)定;以太網(wǎng)通信可保證較高的可靠性與傳輸效率，相對(duì)而言前期建設(shè)成本相對(duì)較高，且需要申請(qǐng)專用的IP地址，還需要建立防火墻以屏蔽互聯(lián)網(wǎng)中的威脅。在通信系統(tǒng)下的組態(tài)軟件和觸摸控制屏等可以通過網(wǎng)絡(luò)連接PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控泵站中的各種設(shè)備機(jī)組。泵房的機(jī)組遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)界面如圖2所示。

4 加壓泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造的實(shí)踐

在進(jìn)行自來水廠的加壓泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造時(shí)，要遵從以下幾項(xiàng)原則：自動(dòng)化控制用于主導(dǎo)生產(chǎn)工藝，電氣控制要滿足自動(dòng)化控制的需要;在組建自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，需要從單一功能的控制模塊著手，逐級(jí)建立起多功能的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并保證各個(gè)接口遵循統(tǒng)一的協(xié)議;自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行管理過程中要秉持控制服務(wù)于管理，管理促進(jìn)控制的中心理念，注意建立管理與控制的動(dòng)態(tài)互動(dòng)。具體來說，自來水廠加壓泵站的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造可從以下方面出發(fā)。

（1）加人新技術(shù)、新工藝的研究力度，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)設(shè)備中應(yīng)用的技術(shù)，學(xué)習(xí)管理經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)降低系統(tǒng)建設(shè)成本。

（2）注意保證自動(dòng)化控制系統(tǒng)中各類軟件硬件的可靠性，做好通信系統(tǒng)的運(yùn)行保障，在保證主干網(wǎng)絡(luò)順暢的同時(shí)要注意建設(shè)備用網(wǎng)絡(luò)，以提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（3）注意考慮自動(dòng)化控制系統(tǒng)中各子單元之間的匹配性與關(guān)聯(lián)性，控制自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的設(shè)備種類和數(shù)量，一方而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另一方而也進(jìn)一步控制了系統(tǒng)的建設(shè)成本。

（4）做好控制線路與通信電纜的保護(hù)措施，尤其要檢查各個(gè)控制單元的接地是否良好。

（5）合理設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的防雷保護(hù)裝置，防il.電網(wǎng)被雷電擊中后瞬時(shí)高壓損壞系統(tǒng)中的其他設(shè)備。對(duì)于電源系統(tǒng)的保護(hù)，可通過多級(jí)保護(hù)、逐級(jí)分壓的方式來實(shí)現(xiàn)，在實(shí)踐中注意將保護(hù)裝置布設(shè)在靠近設(shè)備的位置，并使用雙絞線進(jìn)行連接。此外，還要注意弱化磁場(chǎng)的耦合效應(yīng)。

5 結(jié)束語

綜上所述，自來水廠的高效、穩(wěn)定運(yùn)行是現(xiàn)代社會(huì)的基本要求，為了提高自來水廠加壓泵站自動(dòng)化控制水平，需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化改造、規(guī)范化改造以及模塊化改造等優(yōu)化升級(jí)，并在實(shí)踐中根據(jù)具體的需求進(jìn)行針對(duì)性的模塊化組合以及子系統(tǒng)優(yōu)化。通過設(shè)計(jì)、安裝以及后期運(yùn)行維護(hù)等綜合手段，提高自來水J‘自動(dòng)化控制的可靠性與實(shí)用性，推動(dòng)自來水廠加壓泵站朝著高精度、高運(yùn)行效率以及高管理水下的方向發(fā)展。

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