探討大型泵站自動化及其工程應(yīng)用

張 偉馬華明/.寧夏固海揚水管理處泉眼山泵站.寧夏水利電力工程學(xué)校

探討大型泵站自動化及其工程應(yīng)用

張 偉1馬華明2/1.寧夏固海揚水管理處泉眼山泵站2.寧夏水利電力工程學(xué)校

當前高新科技迅速發(fā)展，自動化技術(shù)在推動國民經(jīng)濟發(fā)展方面的重要性日益突出，許多領(lǐng)域都加快了自動化進程，如電力、機械等。在這種背景下，我國大型泵站適應(yīng)發(fā)展趨勢，逐步推進自動化系統(tǒng)，本文主要闡述了大型泵站的構(gòu)成、功能、特點，并通過實例對大型泵站自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行了深入探討，旨在為水利自動化建設(shè)提供借鑒。

大型水泵；自動化；應(yīng)用效果

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢也越來越突出。大型泵站通常是指供電電壓在10kV以上，單泵功率在500kw至5000kW之間，總功率在10000kW以上，總流量不小于50m3/秒的泵站[1]。目前，我國建設(shè)的大型泵站日趨增多，比較著名的如鄭州市花園口泵站、邙山提灌泵站等。將自動化技術(shù)應(yīng)用于大型泵站，對提高泵站操作精度，確保泵站安全穩(wěn)定運行具有重要意義。自動化技術(shù)還可以減少大型泵站的人力需求，降低經(jīng)營成本，延緩設(shè)備磨損，延長的使用壽命，總之，自動化符合大型泵站運行管理趨勢，是提高大型泵站運行效率的重要途徑。

1.大型泵站自動化的構(gòu)成

一般而言，大型泵站自動化主要分為三層：信息層、設(shè)備層、控制層，每層的構(gòu)成設(shè)備不同，具有各自特點。

1.1信息層

信息層的主要用于收集信息，并擔(dān)負著集中控制泵站的職能。在信息層內(nèi)，通常包括監(jiān)控計算機、顯示器、打印機等。在位置上，信息層一般位于中央控制室。

1.2設(shè)備層

顧名思義，設(shè)備層就是以與水泵自動化相關(guān)的設(shè)備為主。設(shè)備層的設(shè)備眾多，如現(xiàn)場儀表、水泵、電動機、流量計等，另外高低壓配電柜、現(xiàn)場設(shè)備與儀表等在此層。這些設(shè)備與PLC遠程I/O站的連接一般依托DC24V開關(guān)量信號與4-20mA模擬信號實現(xiàn)，PLC在接受信號后會對信息進行加工處理并發(fā)出相關(guān)指令，控制這些設(shè)備。

1.3控制層

此層通常由PLC控制機、遠程I/O輸入/輸出子站構(gòu)成，控制層主要職能是對設(shè)備監(jiān)控并采集相應(yīng)數(shù)據(jù)。借助CAN總線，PLC控制機可以連接監(jiān)控計算機，PLC控制機與遠程I/O子站連接主要運用光纖[2]。

2.大型泵站自動化系統(tǒng)的功能

大型泵站自動化功能眾多，主要分為采集數(shù)據(jù)、控制設(shè)備、監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)三塊。在采集數(shù)據(jù)方面，能夠采集的如進出站管道壓力、出站流量、各電路開關(guān)狀態(tài)、、加壓泵啟停狀態(tài)等。在控制設(shè)備方面，可以智能選擇運行水泵、控制設(shè)備的開啟停止等。在監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)方面，中央控制系統(tǒng)通過設(shè)備控制畫面、控制設(shè)備開關(guān)等，對水泵運行進行宏觀調(diào)度，另外，中央控制系統(tǒng)還可以對變頻器的輸出、頻率、壓力進行遠程設(shè)置。中央控制系統(tǒng)還擔(dān)負著統(tǒng)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，分析不同工藝參數(shù)數(shù)值，優(yōu)化系統(tǒng)運行狀態(tài)、提升系統(tǒng)運行效益的職能。在中央控制器的顯示屏幕上，可以清晰顯示出系統(tǒng)各設(shè)備的運行狀態(tài)、變化參數(shù)和故障信息。如果系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，中央控制器還可以發(fā)布報警信號。

3.大型泵站自動化系統(tǒng)的特點

系統(tǒng)為全開放式分層、分布式結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定可靠；系統(tǒng)適應(yīng)性強、抗干擾、實時性好；采用現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使系統(tǒng)具備良好的開放性與擴充性；系統(tǒng)采用冗余與模塊化技術(shù)，能有效減少誤操作對水泵運行的影響，并能夠?qū)δ懿僮鬟M行檢查校對，安全性較高；系統(tǒng)可采用全漢化界面，使操作更加便捷，工作效率高；模塊化結(jié)構(gòu)使維修更為方便；系統(tǒng)布局合理，美觀實用。

4.實例探討

4.1控制實例

我們本次以某市大型泵站為例，這個大型泵站有一間控制室。在這個控制室里設(shè)有多種設(shè)備設(shè)施，其中就有兩臺監(jiān)控計算機，兩臺計算機的功能和作用不同，分別由工程師、操作員使用，以便于進行檢測、控制等相關(guān)操作，計算機由5部分組成，這五個部分為打印機、顯示器等。

通過計算機讓系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，網(wǎng)絡(luò)的主要功能在于能夠自動地搜集數(shù)據(jù)、對于泵站的各項數(shù)據(jù)信息和各種設(shè)備的運行狀態(tài)進行有效監(jiān)控，并且系統(tǒng)會根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)信息進行相關(guān)的處理活動，然后我們進行一些簡單的鍵盤操作，在能夠進行系統(tǒng)功能組態(tài)等相關(guān)有效行為，用直觀的圖表來顯示、打印數(shù)據(jù)；現(xiàn)場設(shè)備的故障將在控制室的屏上來實施聲光報警多不好，但故障還是有很多的。

泵房內(nèi)由壓力、水位等信號以及其他信號數(shù)據(jù)對水泵的控制，PLC安裝在變配電所，控制柜尺寸約600mm★250mm★600mm。全部的硬件都是呈現(xiàn)模塊化，它的結(jié)構(gòu)體系開放、通用。與此同時，再和它一起搭配其他多件組織來進行使用。站內(nèi)高壓綜合保護模塊、軟啟動器等也都紛紛利用RS485來接入PLC，這種方式可以達到良好的運行效果，不僅可以直接程序控制，還可以利用它傳輸數(shù)據(jù)，很科學(xué)地實現(xiàn)了手動干預(yù)。我們在使用過程中，要使控制系統(tǒng)和運行軟件等配合使用。

這種大型泵站主要使用PLC自動控制、現(xiàn)場控制箱和微機手動控制這三種方式。若是位于自動位置，我們可以看到這個自動化系統(tǒng)中設(shè)備不僅能夠按PLC預(yù)先編制來實現(xiàn)自動運行，還能夠人工操作運行。如果把控制箱的轉(zhuǎn)換開關(guān)重置為手動，那么就能用人工實現(xiàn)手動控制。

設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場儀表傳回的參數(shù)，來和PLC的設(shè)定值相對比，與此同時遵循各項參數(shù)，以此來確定每一種設(shè)備的啟停。各種故障信號以及設(shè)備運行狀態(tài)會及時準確地被送到控制室。將四臺電磁流量計安裝于出水管道，用以檢測水量壓力參數(shù)。選擇4-20mA直流輸出儀表，PLC采用屏蔽控制電纜對儀表進行供電，信號與PLC之間采用計算機專用屏蔽電纜傳回，在液晶顯示器上顯示傳回數(shù)據(jù)。

該大型泵站視頻監(jiān)控分布范圍較廣，泵站內(nèi)外、泵站進出水口、分水閘等重要部分均有分布，因此宜采用綜合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該大型泵站根據(jù)具體情況自建了一個光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，用PLC控制水泵站內(nèi)所有信號并輸入監(jiān)控中心計算機。公共網(wǎng)絡(luò)與中心計算機之間通過調(diào)制解調(diào)器進行連接，具備遠程控制與遠程語音視頻功能。

4.2應(yīng)用效果

本文中某市的大型泵站經(jīng)過多年的運行、調(diào)試，不斷探究最佳的管理方式和成效，這些努力和進步促使泵站的自動化水平有了質(zhì)的飛躍，設(shè)備各方面都表現(xiàn)出良好的性能和超高的效率，在工作中的故障問題也及時有效地得到了解決，投入人工量也大幅度減少，實現(xiàn)了對經(jīng)濟效益的追求。這種自動化系統(tǒng)完美地幫助泵站在進入了自動化運行時代，擺脫了人工對泵站工作的束縛，減少了人工量和工作負擔(dān)，降低了出現(xiàn)錯誤的概率，在經(jīng)濟和生態(tài)之間找到了平衡的杠桿，真正使泵站與時俱進實現(xiàn)了自動化。泵站自動化結(jié)合自動化設(shè)備和人工，兩者互相配合，緊密合作，填補了水利系統(tǒng)自動化的缺口。二者合為一體，相互補充來完成泵站的一系列工作任務(wù)。

5.結(jié)語

21世紀科技飛速發(fā)展，世界各個領(lǐng)域都在不斷與時俱進、開拓創(chuàng)新，把仙子阿技術(shù)運用到生活生產(chǎn)當中去，以此來便捷生活和生產(chǎn)。大型泵站自動化使順應(yīng)潮流應(yīng)運而生一項創(chuàng)新型泵站運行模式，它為泵站的前進和發(fā)展打開了新世界的大門，使其有了更為完美的發(fā)展方式和途徑，它的PLC技術(shù)、計算機技術(shù)以及其他各項世界流行的高端技術(shù)都是大型泵站在發(fā)展變化中所必須具備的技術(shù)。大型泵站自動化是創(chuàng)新的、先進的，它屬于第三代控制技術(shù)，我們對它的充分運用使得泵站運行更集聚開放性，它的高科技性賦予了它開放性、拒絕誤操作、自動報警等性能，還能同時實現(xiàn)就地控制、遠程視頻等具有實際意義的功能，這些品質(zhì)決定了它在當今泵站水利系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，深受喜愛。

[1] 問澤杭,吳旭明,陳作義等.大型泵站自動化的探討[J].江蘇水利,2007,(9)∶14,16.

[2] 王宇.淺談大型泵站自動化系統(tǒng)的功能與應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究,2014,(11)