基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)研究

黃建，楚軒，陳勇

（江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800）

現(xiàn)代化泵站管理是基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的有效使用之下進(jìn)行的，目的在于泵站的可靠運(yùn)行和高效運(yùn)行，這也是運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的目標(biāo)所在。因而針對(duì)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)提出新的要求，經(jīng)過研究和改善，讓智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)更加完善。

1 泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

20世紀(jì)60年代末，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)被研制而出并開始運(yùn)用，發(fā)展至今，使用的最廣泛的是分層分布式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，顧名思義，它最大的特點(diǎn)就是分層分布式的結(jié)構(gòu)：現(xiàn)地控制級(jí)、監(jiān)督控制級(jí)、泵站管理級(jí)。監(jiān)督控制級(jí)的出現(xiàn)讓泵站的運(yùn)行能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制和報(bào)警處理，提高了泵站的實(shí)效性的管理水平。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得泵站的監(jiān)控系統(tǒng)采用更多的智能設(shè)備、采用開放的通訊協(xié)議、采用信息化系統(tǒng)等，讓泵站的自動(dòng)化系統(tǒng)更加智能化、開放化、科學(xué)化。從廣泛使用的分層分布式泵站自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)講：第一，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)地控制級(jí)，以PLC為主要設(shè)備，通過各項(xiàng)傳感器，進(jìn)行現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)采集與實(shí)際控制，采集的信息有電氣信息、狀態(tài)信息、保護(hù)信息等等，送至中央服務(wù)器；實(shí)際控制是指閥門的開關(guān)、機(jī)組的開啟和關(guān)閉等等，是經(jīng)過接收控制命令實(shí)現(xiàn)上述操作。第二，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)督控制級(jí)，目的是對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)施監(jiān)督，出現(xiàn)故障及時(shí)進(jìn)行報(bào)警處理，以及過程監(jiān)視等等，它的系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)都很方便，能夠?qū)?shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，甚至可以實(shí)現(xiàn)不依賴于人的操作。第三，泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的泵站管理級(jí)在于操作的管理，其中設(shè)有工程師和操作員的操作臺(tái)，能夠完成各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置和發(fā)布命令，也可以通過對(duì)監(jiān)控得來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行投影，以便快速找到問題解決問題。但是這一型的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)依舊存在不足，比如它的適用性比較差、忽視生產(chǎn)管理、系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)人員的技術(shù)力量不夠等等，這些問題都讓自動(dòng)化系統(tǒng)的許多功能無(wú)法得到真正的發(fā)揮。因此，為應(yīng)對(duì)這些問題，對(duì)于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究也勢(shì)在必行。

1.2 泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀

智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)需要在原本的系統(tǒng)基礎(chǔ)上更加實(shí)用和可靠，并且能夠在成功完成數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全預(yù)防等操作的情況下做到遠(yuǎn)程管理和設(shè)備管理等有效管理。針對(duì)于系統(tǒng)的主控的重要功能，除去能夠數(shù)據(jù)采集和處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄之外，還要能正常的指導(dǎo)操作，通過實(shí)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)積累，提高泵站的正常運(yùn)行和維護(hù)水平。智能化的新需求還要求該系統(tǒng)能夠利用計(jì)算機(jī)的各個(gè)通道實(shí)現(xiàn)在線或者離線的診斷，也能夠利用軟件工具解決診斷出的問題。由于是根據(jù)分層分布式的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行的研究，所以該系統(tǒng)的分層分布式的結(jié)構(gòu)，通過通訊的方式實(shí)現(xiàn)層級(jí)間的連接，所以在這方面還需要加強(qiáng)各設(shè)備之間的連接和穩(wěn)定性，同時(shí)在任何的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下都能夠有強(qiáng)悍的抗干擾能力，實(shí)時(shí)實(shí)施，使得該系統(tǒng)的可靠性更強(qiáng)。因?yàn)閷蛹?jí)之間的通訊網(wǎng)絡(luò)連接，所以其連接設(shè)備是靈活的，也需要進(jìn)行不斷的擴(kuò)充，模塊化的硬件結(jié)構(gòu)和利用了OPC 技術(shù)的軟件結(jié)構(gòu)都為系統(tǒng)的運(yùn)行提供了開放程度，所以硬件和軟件的實(shí)際保障必須得以保證。同時(shí)，還需要該系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，這樣可以在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，快速進(jìn)行檢查與核驗(yàn)，快速預(yù)警及時(shí)防護(hù)。那么基于智能控制板的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究，要讓它具有更強(qiáng)的操作能力，控制板的界面可以觀測(cè)到運(yùn)行的任一步驟，直觀形象性更強(qiáng)的同時(shí)還能實(shí)時(shí)進(jìn)行操作控制，控制板界面整理為模塊化，模塊化的模式讓技術(shù)操作人員操作更加簡(jiǎn)便也更符合操作人員的習(xí)慣。

2 基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的研究

面對(duì)現(xiàn)階段對(duì)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的新的要求，提出了以智能控制器為核心的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)，旨在能夠在無(wú)人操作情況下，自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、機(jī)組的開關(guān)等等，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中原有的按鍵保持不變，確保操作人員都能完成智能化后的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.1 基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的新系統(tǒng)構(gòu)成

以智能控制器為核心的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)與原系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成不同。這款自動(dòng)化系統(tǒng)在保持原有按鍵不變的情況下，它的控制器不再需要單獨(dú)設(shè)置，這大大節(jié)省了占地的空間和使用的接線裝置，同時(shí)為建成智能控制器需要在原本的控制器的基礎(chǔ)上添加安全預(yù)防系統(tǒng)、泵站控制柜、站用配電柜等等。新添加的設(shè)置可以完成總電源的有效接入，有效保護(hù)進(jìn)線繼電，及時(shí)采取信息并信息交流，實(shí)現(xiàn)泵站的完全預(yù)防，讓控制器真正的體現(xiàn)出它的智能性質(zhì)。在2011年3月于某省市開始投運(yùn)的智能系統(tǒng)中，就實(shí)現(xiàn)了它強(qiáng)大的保護(hù)和控制功能，因?yàn)樵谛孪到y(tǒng)設(shè)定時(shí)加大了監(jiān)控的鋪設(shè)，系統(tǒng)還有著信息化的接口，所以完全可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)信息和監(jiān)控所得的安放畫面，這再度加強(qiáng)了智能系統(tǒng)的控制和保護(hù)作用。

2.2 基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的新系統(tǒng)特點(diǎn)

智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)單來(lái)講就是智能控制器擔(dān)當(dāng)大腦的角色，與每個(gè)機(jī)組的控制器相連接，完成開機(jī)的總功能，但是一個(gè)智能控制器最多智能連接16臺(tái)單獨(dú)的機(jī)組控制器，這是將整個(gè)泵站的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行整合的有效的智能系統(tǒng)。智能控制器的泵站系統(tǒng)分為無(wú)人操控和有人操控的兩種狀態(tài)，在無(wú)人操控時(shí)，可以自行判別安全和非安全區(qū)域，有效的保護(hù)泵站的財(cái)產(chǎn)安全，這樣的智能系統(tǒng)有著這樣敏銳的視覺系統(tǒng)，不僅能監(jiān)控全局、判斷泵站的實(shí)際情況，還能識(shí)別泵站的場(chǎng)景和特殊事件的發(fā)生并及時(shí)進(jìn)行預(yù)警或者安全預(yù)防，從而保證泵站內(nèi)的人員、機(jī)器的安全。當(dāng)操作人員進(jìn)行操控時(shí)，也是比較簡(jiǎn)便的，因?yàn)橹悄芸刂破髟镜陌存I都保持不變的設(shè)計(jì)使得技術(shù)人員能夠迅速熟悉智能控制器，熟練進(jìn)行操作，又因?yàn)檫@樣的智能控制系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)內(nèi)容和推送技術(shù)進(jìn)行了嵌入式的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)安裝，它的實(shí)時(shí)性是不可忽視的，完全可以確保泵站內(nèi)的信息進(jìn)入專用的信息網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可以進(jìn)行點(diǎn)播和推送，交互管理徹底得到實(shí)現(xiàn)。智能控制系統(tǒng)的一大優(yōu)勢(shì)是可以在數(shù)據(jù)信息缺失時(shí)也能在云系統(tǒng)中得到修復(fù)，不僅降低了風(fēng)險(xiǎn)和管理成本，還根據(jù)新出現(xiàn)的云計(jì)算系統(tǒng)降低了出錯(cuò)率。而操作人員根據(jù)得出的數(shù)據(jù)參數(shù)對(duì)泵站的機(jī)組進(jìn)行設(shè)置，使得泵站機(jī)組根據(jù)最科學(xué)的系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，有效延長(zhǎng)了泵站機(jī)組的生命時(shí)長(zhǎng)，也提升了整體的可靠性。

2.3 基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的智能控制器

作為“大腦”角色存在的智能控制器有著完成全站智能控制、采集全站數(shù)據(jù)信息、確保通信信息交互等作用的存在，是整個(gè)泵站的智能系統(tǒng)的核心。它的開機(jī)的方式就有三種。

（1）一鍵開機(jī)，是最簡(jiǎn)單便捷的操作，其原理是根據(jù)水利系統(tǒng)的原有的運(yùn)行習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這樣的設(shè)計(jì)極大的方便操作人員的現(xiàn)場(chǎng)操作。

（2）遠(yuǎn)方遙控開機(jī)，只針對(duì)于遠(yuǎn)程控制而言，顧名思義，就是遠(yuǎn)方主站通過對(duì)智能控制器傳達(dá)指令要求開機(jī)，智能控制器接收到命令進(jìn)行操作的過程。

（3）水位自動(dòng)開機(jī)功能，是最靈活的開機(jī)方式，根據(jù)編程得出的不同水位的程序，根據(jù)水位情況自動(dòng)開機(jī)的操作，是最能滿足用戶現(xiàn)場(chǎng)需求的開機(jī)方式。智能控制器開機(jī)時(shí)是根據(jù)進(jìn)水插門和出水閘門的開放程度進(jìn)行的操作，若其中一項(xiàng)的效度不夠就及時(shí)預(yù)警，發(fā)出警報(bào)，并對(duì)其做出事件記錄如“閘門操作失敗動(dòng)作”，在此情況還要繼續(xù)開機(jī)，只有將預(yù)警報(bào)信系統(tǒng)歸為原位才能再度下達(dá)開機(jī)的指令。智能控制還存在的一大優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)而全面的監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠了解整個(gè)泵站的運(yùn)行狀況還能及時(shí)預(yù)警和安全防護(hù)。

2.4 基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的智能保護(hù)器

智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)中的智能保護(hù)器，是整個(gè)智能操控系統(tǒng)的執(zhí)行單元，它的作用是對(duì)泵實(shí)行就地自動(dòng)控制和繼電保護(hù)。確保系統(tǒng)裝置在自動(dòng)的情況下，能夠接收到就地開機(jī)或者遙控開機(jī)的命令；確保系統(tǒng)裝置在備用的情況下，只接受主泵站的開機(jī)命令。而智能保護(hù)器在開機(jī)時(shí)，需要它按照順序保證完成，第一步，是判斷開機(jī)條件是否能完成開機(jī)；第二步，是閘閥控制是否能完成（可投退）；第三步，是閘閥位置是否能準(zhǔn)確判定；第四步，判斷能否實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)或者實(shí)行全壓運(yùn)行的操作。以上步驟一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)，智能保護(hù)器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，并為保證安全自動(dòng)停止命令操作，但是智能保護(hù)器發(fā)出停止繼續(xù)操作命令后，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)閘閥恢復(fù)原位的操作，需要操作人員進(jìn)行編程加以實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

上述內(nèi)容圍繞著基于智能控制器的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行的研究分析，針對(duì)于現(xiàn)階段的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)找到其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)其的新要求，加以完善形成智能系統(tǒng)，新系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)能夠做到簡(jiǎn)便操作，智能控制器和保護(hù)器的實(shí)施確保了自動(dòng)化的進(jìn)程。