泵站自動化研究現狀與技術分析

郭健+++萬偉

摘 要：近年來自動化技術在泵站現代工程改造過程中起到了重要作用。隨著科術的日益更新進步，泵站自動化技術在實際應用中也越來越廣泛。文章分析了泵站自動化發展的歷程、現狀，以及對當前主要泵站自動化中關鍵技術作了詳述，總結歸納出存在的問題，以為日后工作改善提供參考，分析認為隨著技術的不斷發展，我國將逐步實現信息化智能泵站。

關鍵詞：泵站；自動化技術；發展現狀；信息化

1 泵站自動化建設發展歷程

1.1 國內泵站自動化發展歷程

經歷近五十年的發展，我國泵站自動化發展完成了“三步走”，從發展較為緩慢的初級階段到逐步改進的完善階段，再到飛速發展的全面自動化應用階段。

（1）上個世紀60年代，隨著計算機技術逐步在我國起步，泵站自動化技術也在10年后有了基本應用。1972年江都泵站首次運用遠程集中監控，將各個閘門最終控制匯聚到總控制室，實現了遠程遙控，雖然這種集中的有線監控存在著諸多問題例如元件質量不過關等，但這也標志著我國水泵自動化技術邁開了第一步，為下面的完善奠定了基礎[1～2]。

（2）到了80年代我國自動化技術的進一步的普及，泵站自動化技術也再一次得到了提高，淮陰泵站將之前有線的弊端改進為無線傳送遙控，進行了動態就地監測與控制。

（3）進入了90年代，互聯網伴隨著計算機技術的發展和迅速普及，泵站自動化技術也在全國范圍內開始廣泛應用。如由揚州大學水利學院電氣系引進的新型集散控制系統，并成功在江蘇淮安和泗陽兩地的泵站投入使用，這種系統將自動化技術、通信技術、故障診斷等技術合為一體，使泵站的數據采集及控制更為簡單靈活。

1.2 泵站自動化技術發展現狀

隨著社會的不斷進步，科技發展成果越發廣泛的投入進實際，泵站自動化技術水平也隨之更新，現如今通過對曾經需要工程人員現場啟停控制的半自動化泵站的改造升級，一種一體化全自動新型泵站逐步推廣。根據國家水利部審議并通過的《全國水利信息化“十三五”規劃》的要求，全自動化泵站是集數據信息采集、傳輸、存儲、管理、控制為一體，通過數字化、網絡化、智能化的新理念，在保障水安全的基礎下，完善泵站一體化管理要求，實行最優控制管理，最終達到“無人值守，少人值班”的高自動化泵站水準。

2 泵站自動化關鍵技術

2.1 信息傳感技術

傳感器技術在在泵站信息自動化系統中起著數據的采集和處理的功能。對泵站現場分布的各類信息數據感知并采集，其中包括電氣量（電壓、電流、功率、頻率等）、水泵電機溫度、壓力、油壓，閘門閥的位置、水流量、降雨量、水位、風速，閘門運行起停機工作狀態，以及控制現場日常開關信息監測和實地攝像視頻等傳感數據信息的監測傳輸。眾多的傳感器分布在泵站的內外，在運用無線ZigBee/GPRS技術或者以太網光纖高速傳輸技術通信，各設備采用通用標準與各子通信網關進行數據傳輸通信[3]。

2.2 泵站自動化監控技術

泵站自動化監控系統是將現場監視、數據測量、水泵控制、操控管理系統集成為一體的計算機綜合控制系統[4]。這套自動化監控系統主體部分是由現地控制部分LCU和上位機組成，上位機通過以太網等方式和LCU實施通訊，實時將現地控制單元的各部分所采集的數據進行匯總并直接在總控計算機上顯示。數據經過計算機組態軟件編程設置，將LCU數據進行歸類，存儲在SQL數據庫中，并生成實時報表，參數報警和趨勢狀態圖，為泵站中監控人員可以通過訪問數據庫實現合理的操作。

泵站自動化監控系統技術也由以下幾個子部分組成。

（1）網絡通訊：運用虛擬局域組網技術，將泵站與監控控制中心組建成一個小型局域網，通過虛擬專用網絡VPN專線進行遠程訪問。（2）顯示儀表：泵站內的各個監測點的液位表、壓力表和各電氣設備的電參數儀表進行匯總顯示，構成泵站的儀表顯示系統部分。（3）視頻監控：泵站內各攝像頭視頻圖像數據集中由網絡傳輸至視頻監控中心，組成泵站視頻監控系統，人員實時觀察泵站動態。

2.3 泵站控制技術

2.3.1 以PLC控制為主的控制方式。泵站自動化控制系統中主要包括閘門自動控制、機組的起停控制、輔助設備控制等，這些控制都是遵循邏輯順序進行的，由于傳統的繼電器控制復雜且不易維護，不能滿足現代化泵站改造發展的需求。而PLC以其強大的邏輯功能，可靠性高，易控制的優點取代了日漸落后的繼電器控制方式，PLC成為現代泵站控制系統的主力。PLC控制通常在整個控制系統的中間層，泵組LCU設備上傳感器傳送的模擬量數據通過PLC程序處理A/D模塊就可以真實的反映泵站設備的參數狀況。一些電氣測量數據則可以采用Modbus通信協議的RS-485或RS-232接口直接和PLC通信端口連接進行采集[5]。

2.3.2 以單片機控制為主的控制方式。隨著單片機技術的進步與發展，其在工業控制領域應用越來越廣泛。以為單片機的開發環境比較成熟，并且價格較PLC來說便宜，許多智能設備的控制部分都選用。同樣，泵站自動化設計中有時也會對實際產品的成本、穩定性、工作環境等因素進行考慮。單片機可以結合C語言進行軟件開發編程，具有運算速度快、編譯可讀性高，模塊化編譯便于后續更改等特點，再通過仿真以達到實際硬件設計開發要求，最終實現智能化泵站的目的。

3 現階段泵站自動化技術存在的問題

雖然現代科學技術不斷進步，越發趨于智能化、信息化、一體化發展，但還是有些問題需要在今后不斷完善。

（1）泵站自動化發展中并未能達到預期的設計水平，有時候我們盲目追求技術的先進性，依賴于技術而忽視了這一技術是否合適泵站自動化設計的初衷，導致建設資源出現過剩現象。（2）泵站一體化尚未實現，在測量、控制和管理三者之間銜接的還不夠，處于各自發展缺乏有效集中的管理，工作效率欠佳的問題。（3）缺乏完善的自診斷系統，我國泵站自動化技術不斷推廣，對泵站進行技術改造升級，但仍存在人機協作水平欠缺，很多泵站在出現故障時需要浪費大量人力去分析解決問題，不能做到自診斷，自愈的自動化要求[6]。（4）信息實時化能力有待提高，在實時監控、圖像接收、數據信息傳輸等多平臺共享采集效率較低，數據庫存儲量有限且保存時間不夠，泵站管理者對于數據庫的管理維護能力不足。

4 結束語

隨著我國水利現代化建設不斷推進，泵站自動化技術水平較初期有了很大的提升，自動控制技術在泵站工程中的應用極大提高了泵站的管理水平和工作效率。存在的一些問題，需要在以后泵站建設中不斷完善，從而達到無人值班、少人值守、高效管理、安全科學運作的目的。泵站自動化技術也將跟著現代科學前進的腳步，日益更新完善，向著智能信息化泵站發展。

參考文獻

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[4]茅偉.排水泵站運行工況遠程監控系統的設計[J].城鎮供水，2016，04：57-59+56.

[5]袁乾廣，鄧德滿，胡家興.PLC在泵站自動化中的應用[J].湖南水利水電，2014，03：103-106.

[6]謝波.我國泵站自動化設備運行現狀及建議[J].中國水能及電氣化，2009（Z1）：78-80.