泵站樞紐中自動化控制系統設計研究

鄭海娟

(佛山市三水云東海新城開發投資有限公司， 廣東 佛山　528100)

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泵站樞紐中自動化控制系統設計研究

鄭海娟

(佛山市三水云東海新城開發投資有限公司， 廣東 佛山528100)

【摘要】為了提升泵站樞紐自動化控制水平，本文提出在“無人值班、少人值守”的總思想指導下進行自動化控制系統設計。利用網絡計算機的自動化控制系統，實現工程管理的科學化與現代化，提高工程運行的安全性、可靠性，充分發揮工程的效益。

【關鍵詞】自動化控制系統； 泵站樞紐； 科學管理

實時控制系統是水利工程信息化的主要內容之一,是從傳統水利向現代水利轉變的物質實現。隨著網絡計算機以及信息化技術的發展，如今科學化、信息化管理已逐漸成為各個工程必不可少的一部分[1-2]，泵站樞紐中自動化控制也越來越成熟和普及[3-5]，但是目前研究較多的是自動化控制系統的組成及原理，本文則從自動化控制系統的設計原則、主要功能以及技術、環境條件、預期目標等方面分析探討了泵站樞紐中自動化控制系統設計及運行方法。

1控制對象

在泵站樞紐中，考慮泵站的組成部分主要是站房、變壓房、供排水系統和閘門等， 本著重要性、必要性的原則選擇自動化控制的對象，包括：主機組(斜式軸流泵和配套同步電動機)、站用電變壓器、各種斷電器、供排水系統、防洪和涵閘閘門啟閉機、清污機、皮帶輸送機以及公用設備。

2設計原則

泵站樞紐自動化控制要以計算機為主體、常規人員輔助控制。 控制系統設計的總體原則是經濟實惠、安全方便、技術先進、維修簡單，具體如下：

a.控制系統以“無人值班、少人值守”的總體思想來設計，運用計算機網絡進行日常運行控制管理。

b.控制系統優先選用分層分布式結構，含有集中控制層和現地控制層，達到“遙信、遙測、遙控、遙調”的目的。

c.在停用控制系統時，人員可觀察現場，在具備開機條件下，可通過控制相關開關控制機組系統正常運行。

d.控制系統必須安全可靠，具有自診斷程序及尋找故障程序?？刂葡到y的重要設備要有備件。

e.控制系統配置保證設備先進、技術成熟、軟件開放、可擴充性強。主要硬件設備選型以進口名牌產品為主，一般硬件設備選用國內的名牌產品。

f.控制系統的性價比要高，經濟實惠。

g.控制系統要求有良好的人機界面，而且方便日常維護，具有較好的可維護性，設計標準一致，統一規范，具有方便友好的人機界面。

h.充分考慮控制系統的抗外界干擾和雷電保護能力。

3系統方案及配置

為了實現“遙信、遙測、遙控、遙調”功能，控制系統優先采用分層分布式的開放式結構，包括集中控制層和現地控制層。

集中控制層位于該工程副廠房中央控制室(控制臺) ，運用光纖網絡，保證較快的運行速度，構成快速開放的計算機網絡系統。主要設備包括主操作站(計算機主機) 、網絡交換機、網絡激光打印機、UPS電源、一套GPS 時鐘系統和語音報警系統。

現地控制層包括多組LCU控制柜，其中一組控制機組，一組控制全站的公用設備，包括 10kV 進(出)線、母聯、站變和供排水系統以及涵閘等，一組控制水位顯示，溫度巡檢，告警系統，網絡設備等。系統結構如下圖所示。

自動化監測與控制及微機保護系統圖

4系統功能

自動化控制系統的主要目標是接受調度指令，實現整個工程的自動控制。提高工程的安全科學管理技術水平與工作人員的工作水平。系統控制模式有三種：

a.遠程(集中)控制。工程可在中控室或水利閘站群控制中心進行遠程(集中)控制。

b.自動控制。工程系統在預設定的模式下可以自動啟動運行。

c.手動控制。系統能夠在人員的操作下，實現系統的開、停等功能，可以實現自動控制與手動控制的自由轉換。如果計算機控制系統選用分層分布式結構，按照控制權限劃分，可分為以下三級：現地控制 LCU、集中控制、遠程控制，等級由高到低。在機組的 LCU 屏上各設置遠程(集中)/現地控制層的控制權切換開關，通過切換不同控制系統可實現不同系統的自由切換和控制。

4.1工程遠程(集中)控制層功能

a.運行監控和事件報警。定時從各個監控目標中提取運行參數和查看運行狀態，并且實時更新數據庫。在顯示屏上顯示各種趨勢曲線圖，可檢索調用，方便操作。某部分在發生錯誤時，報警系統自動啟動，通知工作人員，并自動記錄事件發生時間、處理時間及修復時間等。

b.控制和調節。工作人員可以通過發出調節命令自由控制各種系統，實現監控操作的可靠穩定，在必要時可進行干預控制。

c.統計報表。計算機控制系統可以根據每日的運行情況自動匯總生成各種報表、運行日志。

d.通信功能。與現地控制層 LCU 的通信，與遠程控制中心通信，實現遠程控制。

e.人機接口。自動控制系統擁有良好的人機接口，方便工作人員的運行控制。

f.自診斷及冗余管理。自診斷即計算機系統及各單元可以對自身進行自我檢驗、自我保護；擁有備用服務器以確保主服務器發生故障時依然可正常運行。

4.2現地控制層 LCU 功能

現地級控制層 LCU 的功能是直接控制和監視主設備，同時也可以出來獨立運行，包括機組 LCU控制層和公用 LCU 控制層，兩者結構及設備相同，主要功能為：

a.數據采集及處理。狀態開關量和中斷開關量的采集和處理、電氣和溫度模擬的量采集和處理。

b.控制與操作。通過輸入命令，集中LCU可執行相關命令操作。

c.診斷功能。機組 LCU具備自我診斷功能，可以即時上報，可采取自我保護措施并進行簡單的修復。

d.通信功能。機組 LCU 與集中(遠程)控制層的通信。通過網絡執行，其通信內容主要是將所采集的各類信息和所執行的控制命令以及自我診斷結果即時上傳到主機，同時接受執行主機的控制命令等。

5系統的主要軟件及技術、環境條件要求

5.1系統主要軟件要求

a.操作系統。自動化操作系統的選用優先采用中文版服務器操作系統，要求可實現實時多任務，功能強大，多用途的網絡操作系統，可完全滿足工程需要。

b.控制軟件。系統控制軟件優先采用成熟的工業組態軟件，要求與操作系統有良好的兼容性、準確性和可靠性。

5.2技術及環境條件

系統的工作環境關系到整個系統能否安全有效運行，因此要求整套設備的性能要可靠，在系統的安裝、運行過程中必須滿足以下環境條件：環境溫度和相對濕度滿足系統要求；塵埃、振動、沖擊和干擾在最低范圍內；系統的各個設備具有良好的電氣性能，能夠安全穩定運行。

5.3模擬屏

指揮調度模擬屏的作用是有利于工作人員觀察總系統和各個子系統的運行情況，有利于上級宏觀了解情況，指示決策。因此模擬屏要依照實用、美(直)觀、可靠、先進、界面友好、多功能(具有多媒體播放功能和操作界面顯示等功能) 、方便維修，擴展性能好等原則進行設計。

6結論

通過以上分析，為使泵站樞紐中自動化控制系統更加可靠安全，在進行自動化控制系統設計時，一般要充分考慮以下原則：

a.實時性。要求網絡結構先進，實時性好，可以實現高速可靠的通信和資源共享的性能。

b.可靠性。要求系統可以在可能發生的惡劣環境下能夠穩定安全運行?？刂葡到y具有良好的抗電干擾穩定功能，遠程控制穩定，能夠在濕度大、灰塵多的條件下長期穩定地工作。

c.可利用率。要求各層計算機控制子系統有足夠高的利用率，在滿足系統控制的前提下，CPU 平均負載率和通道利用率(數據率)要盡量的低，以充分利用系統和保護系統。

d.擴充性。優先采用開放的系統結構軟件，系統擴展性好使系統可擴充、可升級。

e.可維護性。要求系統的具有自我診斷功能，便于維護。在現場更換故障部件后可立即恢復工作，方便系統維護管理。

f.系統安全性。安全第一，要求系統的操作系統和數據存儲高度安全穩定，確保系統正常運行。

參考文獻

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[2]朱海清，李瑩.從三峽臨時船閘的順利通航看通航及泄洪設施自動監控系統發展[J].水利水電學報，1998,19(16):1-2.

[3]盧萬銀.大房郢水庫計算機控制系統[D].合肥：合肥工業大學，2005.

[4]何賢鋒.自動化控制在梁垛河南閘中的應用[J].水利建設與管理，2007(11)：53-54.

[5]王鵬，張鵬翔，王榮.自動化控制系統在馬河水庫的實際運用[J].山東水利，2007(7)：41-42.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.007

中圖分類號：TV675

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774(2016)07- 0024- 03

Research on automation control system design in pumping station pivot

ZHENG Haijuan

(FoshanSanshuiYundonghaiXinchengDevelopmentInvestmentCo.,Ltd.,Foshan528100,China)

Abstract：In the paper, it is proposed that automated control system is designed under general guidance idea of ‘unattended operation and less attended operation’ in order to improve automated control level of pumping station pivot. The automated control system of network computer is utilized for realizing scientific and modern project management, improving safety and reliability of project operation, and exerting the benefits of the project sufficiently.

Key words：automated control system; pumping station pivot; scientific management