淺談泵站綜合自動化應用

崔鉆文

摘 要:本文簡要闡述泵站綜合自動化的發(fā)展歷程、功能、系統(tǒng)的需求和控制對象、發(fā)展趨勢。以建成投入運行三年多時間的白沙泵站與水閘綜合自動化系統(tǒng)的實踐檢驗,展示了泵站工程自動化應用在防洪排澇方面所發(fā)揮的重要作用。

關鍵詞:泵站自動化系統(tǒng)應用

中圖分類號:TY675 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0035-02

1泵站綜合自動化的定義

泵站工程自動化主要是對泵站主機、輔機、變配電設備、閘門等機電設備實現(xiàn)自動控制、保護、測量,做到遙控、遙測、遙調(diào)、遙信,實現(xiàn)泵站現(xiàn)代化的管理,達到“少人值守,無人值班”的要求。

2我國泵站工程自動化發(fā)展階段

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與計算機技術的進步,我國泵站監(jiān)控自動化技術逐漸發(fā)展起來。泵站監(jiān)控系統(tǒng)自20世紀70年代至目前為止,己發(fā)展到一定水平,發(fā)展過程總的可分為起步、完善、應用三個階段。

(1)起步階段。

1972年在江都泵站進行了自動化試驗。在泵站上設總控室對整個樞紐進行遙測、遙控,但由于元件質(zhì)量問題,系統(tǒng)無法正常工作。

(2)完善階段。

自20世紀80年代以來,監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件質(zhì)量不斷提高與完善,泵站開始陸續(xù)使用自動化設備。江蘇皂河泵站配置微機,淮陰泵站進行就地監(jiān)控,用無線傳送進行遙測。但兩個站均由于元件質(zhì)量問題,未達到監(jiān)控目的。

1983年我國西北地區(qū)最大的新疆博斯騰湖泵站投入運行,該站采用當時比較先進的DJK-F-T型集中控制裝置,在機組運行中發(fā)揮了一定作用。1986年投入運行的湖北漢川一站,應用JYT-850型綜合調(diào)度端,對站內(nèi)運行參數(shù)自動巡檢。

(3)應用階段。

進入20世紀90年代,計算機技術飛速發(fā)展,自動化技術在泵站中得到了較大的發(fā)展與應用。甘肅景泰川泵站二期工程采用了計算機監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中采用SG8型可編程序控制器,調(diào)度中心采用敷膜式模擬屏,對灌區(qū)內(nèi)運行設備與參數(shù)直接監(jiān)控。江蘇省在大型泵站中己全部采用微機監(jiān)控,如1993年竣工的徐州沙集泵站,1996年建成的淮安三站,以及1977年進行節(jié)能改造的江都一、二站等項目均采用自動監(jiān)控系統(tǒng)。

3泵站綜合自動化系統(tǒng)的功能

泵站綜合自動化系統(tǒng)主要對全站機組、電氣、油、水、氣系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)等進行有效監(jiān)視和控制,保證泵站安全、可靠、經(jīng)濟地運行,并能夠通過計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)將泵站運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實時上傳至上級有關部門。

(1)自動監(jiān)測功能。

能對泵站內(nèi)站用變電所、主機組、輔助設備、水下建筑物的各種電量和非電量的運行數(shù)據(jù)及水情數(shù)據(jù)進行巡回檢測、采集和記錄,定時制表打印、存儲、模擬圖形顯示,根據(jù)這些參數(shù)的給定限值進行監(jiān)督、越限報警等

(2)自動控制功能。

根據(jù)泵站當時的運行狀態(tài)按照給定的控制標準、控制模式對變壓器、保護系統(tǒng)、勵磁設備、泵站機組的啟停操作、輔助設備和閘門等進行自動控制以達到系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的目的。

(3)保護功能。

利用計算機保護系統(tǒng)實現(xiàn)主變壓器、站用變壓器以及母線的保護。除此之外還應具有機組過速、推力軸瓦、導軸瓦、定子線圈溫度過高保護和油、氣、水系統(tǒng)異常保護等。

(4)越限及事故報警功能。

系統(tǒng)能根據(jù)事故信號自動報警,產(chǎn)生報警時能把相關的數(shù)據(jù)錄入后臺數(shù)據(jù)庫,以備分析和診斷用。

(5)數(shù)據(jù)管理及制表打印功能。

能對監(jiān)測、控制、保護等過程中的各種數(shù)據(jù)進行處理、存儲、分析和顯示,編制運行值班表,自動記錄、顯示泵站各階段運行情況,并統(tǒng)計、分析、自動生成各種報表或曲線。

(6)數(shù)據(jù)通信功能。

能根據(jù)調(diào)度指令控制機組的運行,能按照一定的經(jīng)濟運行的模型進行決策,同時所有數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡向上級管理部門傳送,為上級領導的決策和調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。

(7)安全管理功能。

系統(tǒng)可設置多個操作級別,不同級別操作人員有不同的操作權限,禁止越限操作,確保設備和監(jiān)控系統(tǒng)的安全。

4以白沙水閘電排站工程為研究對象,進行泵站綜合自動化應用研究

4.1 工程概要

白沙水閘電排站工程位于南海市黃岐鎮(zhèn)泌聯(lián)圍,主要受益范圍有該鎮(zhèn)的白沙、沙溪、泌沖等管理區(qū),白沙閘受益面積9000畝,原設計流量15.5m3/s,具有防洪、排澇、灌溉等功能,對當?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活等有著十分重要的作用。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,黃岐鎮(zhèn)現(xiàn)已發(fā)展成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、房地產(chǎn)業(yè)齊頭并進的經(jīng)濟強鎮(zhèn),而且農(nóng)業(yè)以三高農(nóng)業(yè)為主,傳統(tǒng)的灌排方式已經(jīng)不能滿足新的發(fā)展要求。近幾年區(qū)內(nèi)多次發(fā)生暴雨后積水無法及時排走,造成嚴重經(jīng)濟損失,大大制約了區(qū)內(nèi)經(jīng)濟的進一步發(fā)展。隨著圍內(nèi)經(jīng)濟高速發(fā)展,對圍內(nèi)排水要求越來越高,為此黃岐鎮(zhèn)對圍內(nèi)的排澇進行重新規(guī)劃,提出增加機電排澇的方案,并結(jié)合水閘的達標整治,閘站合一布置。

本工程任務是:(1)滿足舊閘原有的排水灌溉及簡易通航功能;(2)解決原白沙閘防洪安全問題;(3)解決白沙灌區(qū)內(nèi)的機電排澇問題,將排澇標準提高到十年一遇24小時暴雨一天排干;(4)將水閘與電排站統(tǒng)一規(guī)劃建設,并結(jié)合環(huán)境進行配套,將水利工程與市政建設統(tǒng)一考慮,達到既滿足水利使用要求又美化。

4.2 工程自動化設備配置

(1)主控站計算機監(jiān)控設備。監(jiān)控中心配置研華工業(yè)控制計算機1臺,具體配置如下。

CPUPIII800EB;內(nèi)存512SDRAM;硬盤20GHDD;圖形加速卡麗臺顯卡顯存32MB;網(wǎng)卡D-Link10M／l00M自適應網(wǎng)卡;光驅(qū);鍵盤及鼠標。

在監(jiān)控中心配置一臺惠普1000A4幅面激光打印機。黑白激光打印機主要打印各類文件,報表,信息。

(2)現(xiàn)地控制單元。由如下部件構成:使電動機平穩(wěn),無沖擊啟動的ALTISTART電動機軟啟動裝置;低壓進線、計量柜;水泵配電柜;自動補償電容柜;可編程控制器MICRO3721;電氣綜合參數(shù)監(jiān)測單元PM300;其他組屏器件及電控柜一起構成完整的異步電動機控制的泵站實時自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

(3)閉路監(jiān)視系統(tǒng):泵站安裝10臺攝像機,分別對泵站內(nèi)外江進、出水口、水泵層、電機層、高壓柜室、監(jiān)控、保護柜室構成泵站閉路監(jiān)視系統(tǒng)。

(4)上下游水位及通航水閘、快速閘門開度儀。包括:廣州三川公司集成的ＳＴ－ＬＹ型遙測水位計;進口ＯＭＲＯＮ編碼器為核心的閘門開度檢測傳感器;三川公司的ＳＴ－ＧＵＴ纜繩卸荷開關。

(5)保護裝置。微機保護由工控機控制;本著先進、可靠、穩(wěn)定,泵站電機、變壓器線路等設備的測量、保護、控制自動化系統(tǒng)的選用法國ＳchneiderElectric生產(chǎn)的ＴＳＸMICROPLC及PM300系列產(chǎn)品。

4.3 泵站自動化系統(tǒng)監(jiān)控目標

泵站綜合自動化系統(tǒng)的主要任務就是實現(xiàn)對泵站、水閘所有機電設施的自動化監(jiān)控和圖像監(jiān)視,具體測控任務如下。

4.3.1 中小型泵站自動化系統(tǒng)

(1)1#～3#機組及相關單元的保護及測控。

(2)公共單元的測控。

(3)可遠程通信。

4.3.2 水閘自動控制系統(tǒng)

(1)兩臺閘門開度及纜繩狀態(tài)的測量,啟閉及閘門鎖定的控制。

(2)內(nèi)、外江水位的測量。

(3)遠程通信(485接口協(xié)議)。

4.3.3 工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)

(1)泵站8個監(jiān)視點的工業(yè)監(jiān)視。

(2)水閘2個監(jiān)視點的工業(yè)監(jiān)視。

4.4 自動化監(jiān)控分中心

在泵站樓二樓建設自動化監(jiān)控分中心,該中心實現(xiàn)對中小型泵站及水閘的自動化監(jiān)控,同時具備與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)的功能,以便將來在黃歧鎮(zhèn)水利所對所轄設施實現(xiàn)集中監(jiān)控和調(diào)度。

4.5 運行三年多時間,實現(xiàn)了白沙工程管理現(xiàn)代化

4.5.1 泵站自動化

泵站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了對三臺異步電機的保護、數(shù)據(jù)采集、通信、機組及輔助設備的檢測、控制、電能計量等功能。通過閉路監(jiān)視系統(tǒng),對泵站機組、車間、廠房等設備進行監(jiān)控保護,具有越限及設備異常告警、記錄、打印制表、統(tǒng)計、計算等功能。實現(xiàn)遙測、遙控、遙信、遙調(diào)、遙視。

4.5.2 水閘控制自動化

實現(xiàn)閘門啟、閉自動化,遠程控制閘門的啟閉。在開啟閘門時自動完成閘門鎖定過程。運行操作實現(xiàn)智能化,并具有維護或運行異常時進行現(xiàn)地操作功能,自動與現(xiàn)地操作互鎖。

根據(jù)水情調(diào)度要求,系統(tǒng)將實時采集水閘處的水文數(shù)據(jù),遠程測控閘門的啟閉,異常時發(fā)出報警信號;具有實時采集內(nèi)外江水位、閘門開度及狀態(tài)數(shù)據(jù)的功能;具有閘門防止卡死、啟閉機過載等保護報警功能;能在監(jiān)控中心進行計算機控制和現(xiàn)地控制兩種方式進行切換,并實現(xiàn)互相閉鎖。

4.5.3 閉路監(jiān)控系統(tǒng)

在泵站、水閘安裝閉路監(jiān)視系統(tǒng),監(jiān)視中心設在監(jiān)控中心,實現(xiàn)對各水利設施系統(tǒng)的遙視。計算機監(jiān)控系統(tǒng)將實現(xiàn)運行管理自動化,包括運行日志,歷史數(shù)據(jù)庫的生成、管理和歸檔等。

通過網(wǎng)絡接口與其他系統(tǒng)聯(lián)接,傳送閘、站水文數(shù)據(jù)以及泵站、水閘系統(tǒng)運行情況。

隨著自動化系統(tǒng)的投入運行了三年多以來,既改善了泵站的運行環(huán)境,提高了泵站運行的安全性、可靠性,又提高了泵站的運行管理水平和經(jīng)濟效益。經(jīng)論證該系統(tǒng)設計合理、功能完善、運行穩(wěn)定可靠。同時該系統(tǒng)結(jié)構簡單,投資不多,可作為更新改造泵站和新建泵站設計計算機綜合自動化系統(tǒng)借鑒。

5結(jié)語

泵站綜合自動化系統(tǒng)是將泵站的二次設備經(jīng)過功能的組合與優(yōu)化設計,利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理等,實現(xiàn)對泵站主要設各的自動控制和保護以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。泵站綜合自動化系統(tǒng)是一個功能多,系統(tǒng)復雜的工程。在泵站綜合自動化中,運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)等新技術和處理信息的功能,可以模仿和實現(xiàn)人類在監(jiān)控過程中豐富、復雜的思維活動,實現(xiàn)智能控制,使系統(tǒng)的功能和自動化程度等得到進一步提高,這也是泵站綜合自動化未來的一個發(fā)展方向。

參考文獻

[1] 余建建．大型閘門測控技術在三河閘的應用[J]．水利水電技術,2002,10.

[2] 楊英．水電廠閘門監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)及應用[J]．四川大學學報,2001,01.

[3] 南海市水利水電勘測設計室．白沙水閘電排站工程初步設計報告[R].2000.