大型水利泵站自動化控制智能化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

江如春

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚州 225200）

0 引言

在水利工程運行管理中，泵站的作用十分重要，特別是在防汛防旱工程中，能夠發(fā)揮出防洪、防旱、調(diào)度等優(yōu)勢作用。由于泵站在水利工程運行中必不可少，因此應(yīng)當(dāng)有效利用自動化控制系統(tǒng)，使其在泵站中的作用有效發(fā)揮。大型水利泵站所應(yīng)用的自動化控制系統(tǒng)有較多的特點，如界面一致、數(shù)據(jù)共享等。

1 智能化技術(shù)的特點與功能

1.1 特點

（1）實用性及可靠性。泵站自動化控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線通信機(jī)構(gòu)按照分層分布的模式，從上層到下層進(jìn)行不斷控制，此種方式能夠充分達(dá)到泵站所需要的不同功能，同時還有數(shù)據(jù)互通性高、實用性強(qiáng)的特點，使泵站工作效率大幅度提高[1]。

（2）安全性。泵站自動化控制系統(tǒng)能夠在現(xiàn)場完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和傳輸，并且不同板塊都能夠進(jìn)行自動核對與檢查，工作人員一旦因為工作失誤、操作出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)會及時發(fā)出警報提示并且會自動禁止其操作。為了提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性，工作人員可以利用人工操作來對泵站機(jī)組進(jìn)行開停工作。

（3）可維護(hù)性。泵站系統(tǒng)需要定期的設(shè)備維護(hù)，因此在設(shè)計自動化控制系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)以維護(hù)問題當(dāng)做基礎(chǔ)條件來進(jìn)行。在對泵站自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與定期檢查時，可以利用模塊化技術(shù)進(jìn)行，確保系統(tǒng)正常、順利運作[2]。

1.2 主要功能

1.2.1 采集及處理數(shù)據(jù)

泵站自動化控制系統(tǒng)，對不同控制單元的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會對收集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行處理，同時主控制系統(tǒng)會采集非電量等相關(guān)信息、數(shù)據(jù)并將其分類整理，將出現(xiàn)的誤差數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)進(jìn)行清除，壓縮最終數(shù)據(jù)同時將其記錄保存到數(shù)據(jù)終端，方便日后數(shù)據(jù)共享、查詢、使用等。

1.2.2 監(jiān)控安全運行

泵站系統(tǒng)在運行過程中的安全性、穩(wěn)定性是關(guān)鍵指標(biāo)，因此對泵站系統(tǒng)運行的安全監(jiān)控是一項必要性工作，主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）對運行中的泵站系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，確保系統(tǒng)的安全性。泵站工作人員可以通過泵站控制系統(tǒng)的主界面對設(shè)備的實際運行進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，一旦設(shè)備在運行中出現(xiàn)任何異常情況，工作人員可以及時通過系統(tǒng)對相關(guān)參數(shù)、信息和數(shù)據(jù)等進(jìn)行修改[3]。但是，進(jìn)行修改相關(guān)參數(shù)的前提是工作人員需要具備一定的權(quán)限。

（2）為了確保設(shè)備運行正常，需要利用多狀態(tài)監(jiān)視方式監(jiān)測泵站系統(tǒng)?？梢岳萌斯げ僮鞯炔煌椒?，對設(shè)備的運行情況進(jìn)行定期檢查，當(dāng)出現(xiàn)異常問題時，系統(tǒng)可以及時發(fā)出警報警告，工作人員能夠?qū)Ρ谜鞠到y(tǒng)修改參數(shù)或及時維修。

（3）對設(shè)備運行時的數(shù)據(jù)、參數(shù)和信息等進(jìn)行定期分析，如果發(fā)現(xiàn)異常情況可以及時進(jìn)行處理，同時也能提前發(fā)現(xiàn)故障隱患問題，及時排除、提前處理，還可以監(jiān)視電容柜、閘門等參數(shù)，對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行異常判斷。

1.2.3 實時控制的功能

工作人員對泵站系統(tǒng)的實時控制可以利用半自動或是手動操作進(jìn)行，在操作界面等設(shè)備中，直接發(fā)出相關(guān)指令，如啟動水泵、停止水泵、檢測設(shè)備故障等一系列操作。

1.2.4 設(shè)備運行維護(hù)

（1）該系統(tǒng)能夠自動對設(shè)備運行中的各項參數(shù)及運行狀態(tài)進(jìn)行檢測，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估，工作人員能夠通過設(shè)備的信息、數(shù)據(jù)對設(shè)備的異常情況進(jìn)行判斷[4]。一旦設(shè)備出現(xiàn)異常，可以及時對設(shè)備進(jìn)行檢修，大幅提升泵站工作效率，確保泵站的穩(wěn)定性，使其正常運行。

（2）泵站控制系統(tǒng)還具備記錄功能，能夠記錄異常狀況、報警操作等信息。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)整體

系統(tǒng)整體分別分為兩個組成部分，并且所具備的功能也各不相同，分別為主站控制單元和現(xiàn)場控制單元：主站控制單元負(fù)責(zé)共用設(shè)備、泵站機(jī)組等控制與監(jiān)視工作，而現(xiàn)場控制單元主要是進(jìn)行實時監(jiān)控，利用PLC 來實時監(jiān)控管轄內(nèi)的泵站運行過程，在對運行過程相連中，需要通過輸入、輸出接口進(jìn)行[5]。另外，泵站系統(tǒng)具備兩個網(wǎng)絡(luò)模式與兩個系統(tǒng)模式，由于兩者相互獨立地工作，部分系統(tǒng)即便出現(xiàn)異常、故障也能利用另一個網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)信息進(jìn)行控制。

2.2 自動化辦公系統(tǒng)

泵站分屬部門需要通過泵站自動系統(tǒng)所具備的特點來對各自權(quán)限進(jìn)行工作，查詢泵站系統(tǒng)中的共享數(shù)據(jù)。為了達(dá)到文件共享，需要采用局域網(wǎng)通訊等不同服務(wù)將相關(guān)文件以打印的方式進(jìn)行，從而促進(jìn)財務(wù)電算化、物資管理等[6]。

2.3 信息發(fā)布系統(tǒng)

可以將泵站系統(tǒng)當(dāng)做一個整體系統(tǒng)，也可以將其分成各個子系統(tǒng)，并且不同的子系統(tǒng)有著獨立性也有著連通性。泵站自動化系統(tǒng)開發(fā)出兩個頁面，分別為靜態(tài)頁面與動態(tài)頁面：靜態(tài)頁面是指建筑物分布、工程概況等信息不會出現(xiàn)變化的，而動態(tài)頁面是指系統(tǒng)所獲取到的數(shù)據(jù)、信息具備一定的不穩(wěn)定與變動的。中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能夠?qū)Ω鱾€子系統(tǒng)之間所存在的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，使文件不會出現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的可靠性，使數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確[7]。

3 智能監(jiān)測

3.1 狀態(tài)監(jiān)測

為了自動采集泵站設(shè)備的水位、壓力、溫度、振動等不同類的運行狀態(tài)以及參數(shù)，可以將各類傳感器預(yù)埋在泵站主輔機(jī)系統(tǒng)中。通過無線網(wǎng)全部覆蓋泵站廠房內(nèi)部環(huán)境中，來滿足不同參數(shù)與信息之間的相互傳輸，通過泵站監(jiān)控系統(tǒng)對各類信息與參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一處理后提供應(yīng)用服務(wù)，以此來滿足數(shù)據(jù)共享。

3.2 智能巡檢

人工智能化通過巡檢泵站管理人員專業(yè)技能和管理水平層次不齊的現(xiàn)狀，結(jié)合技術(shù)發(fā)展情況開發(fā)具有移動性的巡檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對工程巡查的軌跡和現(xiàn)狀進(jìn)行準(zhǔn)確分析，做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，這樣利于巡檢人員直接將重要的巡檢信息和數(shù)據(jù)上報給專業(yè)部門進(jìn)行審查[8]。

此外，移動巡檢系統(tǒng)還具有安全管理信息預(yù)警提醒功能、異常處理指導(dǎo)功能，可以在工程運行過程中提前發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，及時采取預(yù)警防控措施較強(qiáng)處理，降低風(fēng)險事件的發(fā)生率；而異常處理指導(dǎo)性功能，通過對設(shè)備異常情況進(jìn)行檢測，并提出合理有效的處理方式，給出建設(shè)性的意見，確保工程能夠順利開展。移動巡檢系統(tǒng)主要按照時間的順序?qū)⒀矙z人、巡檢時間、巡檢詳情等信息進(jìn)行展示，利于工程運行的集中管理、提高管理水平，同時也利于實現(xiàn)對相關(guān)工作人員工作成績的考核和評估。

4 狀態(tài)評估

4.1 狀態(tài)分析

狀態(tài)評估需要以泵站設(shè)備運行過程中的具體參數(shù)作為檢測的重要依據(jù)，包括設(shè)備運行過程中的溫度、壓力、水位、擺渡燈光等，確立確保評估的準(zhǔn)確性，還需要對設(shè)備運行壽命和以往檢修情況和時長進(jìn)行考慮和分析。根據(jù)不同參數(shù)影響因素之間所產(chǎn)生的差異性，狀態(tài)評估能夠形成基于完整化的評價體系，包括主動診斷、綜合評價、振動評價、電氣評價等，每一種評價體系都包含多個監(jiān)測的參數(shù)，并根據(jù)程度的差異性完成權(quán)重參數(shù)的組合。

4.2 趨勢預(yù)判

通過計算機(jī)對數(shù)據(jù)的分析能力，根據(jù)提前設(shè)計規(guī)則，按照智能化的參數(shù)不同變化，通過關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)未來的趨勢進(jìn)行預(yù)測，幫助工作人員做好相關(guān)決策工作。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測判斷時，利用先進(jìn)的算法，來對工程運行進(jìn)行實際的計算，按照具體的預(yù)測效果，根據(jù)結(jié)果在系統(tǒng)運行時不斷改進(jìn)算法。除此之外，在預(yù)測算法時，為了使預(yù)測算法的效果較高，需要采用自學(xué)習(xí)功能。通過預(yù)判狀態(tài)趨勢來促進(jìn)預(yù)警預(yù)報的實時信息，包含設(shè)備運行中的參數(shù)以及變化率達(dá)到限定值、所預(yù)測的相關(guān)參數(shù)達(dá)成預(yù)警值，對于各類預(yù)警預(yù)報信息類型，利用界面可視化效果來達(dá)到更好的展現(xiàn)方式。

5 故障診斷

5.1 故障診斷專家?guī)?/h3>

通過對泵站運行歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和專業(yè)人員長期的經(jīng)驗，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建故障診斷專家?guī)?，對不同故障的類型、原因、處理意見進(jìn)行定義，分析故障可能出現(xiàn)的原因，系統(tǒng)能夠通過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后進(jìn)行歸類，根據(jù)故障專業(yè)人員的意見與建議，明確故障原因與處理措施。故障專業(yè)人員以實際情況為基礎(chǔ)來對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，使系統(tǒng)功能更加完善。

5.2 故障自診斷

應(yīng)當(dāng)對故障進(jìn)行執(zhí)行診斷工作，按照具體的情況對參數(shù)進(jìn)行不斷分析，當(dāng)對故障診斷專家?guī)斓念A(yù)設(shè)條件被觸發(fā)后，系統(tǒng)可以自動對故障進(jìn)行深入診斷，根據(jù)流程進(jìn)行處理，同時提出掛賬原因與意見。在這種情況下，不同的工作人員可以通過圖像與聲音進(jìn)行報警。

6 結(jié)束語

隨著我國信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化與自動化已經(jīng)成為當(dāng)前各個行業(yè)的主要發(fā)展趨勢，其技術(shù)具備較多的優(yōu)勢與作用，泵站運行系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與時代共同發(fā)展，緊跟時代發(fā)展腳步，以系統(tǒng)的實運行環(huán)境為基礎(chǔ)，提高智能化系的安全設(shè)計，有效降低相關(guān)工作人員的工作壓力，為工作人員提供更多方便、便捷，使操作、檢修過程更加簡便，使泵站高效率、高質(zhì)量地工作，從而更好地完成對水資源的優(yōu)化調(diào)度。