泵站電氣自動化控制中智能化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

張金磊

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心壽光管理站，山東壽光262700）

1 引言

泵站作為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人畜飲水、工業(yè)用水等多個領(lǐng)域的重要工程，其對于電氣設(shè)備的應(yīng)用非常之多，如果按照傳統(tǒng)電氣自動化控制系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)備管控，不僅會耗費(fèi)較多的人力資源，同時還具有一定的危險性。而通過對智能化技術(shù)的應(yīng)用，則可以實(shí)現(xiàn)對泵站電氣自動化控制系統(tǒng)的全面、有效優(yōu)化，在保證電氣設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時，為水利單位的人力資源優(yōu)化調(diào)整提供重要支持。

2 智能化技術(shù)在泵站電氣自動化控制中的應(yīng)用方向

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

泵站雖然主要是由油箱、電機(jī)和水泵機(jī)組組成。現(xiàn)階段，通常會以智能化技術(shù)為基礎(chǔ)，對泵站電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化，以提升整個控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)智能化處理能力，使控制系統(tǒng)能夠根據(jù)泵站內(nèi)電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)來對其運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷，再根據(jù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況來采取智能化的控制措施。這樣即便系統(tǒng)需要控制的電氣設(shè)備較多，不同子系統(tǒng)間的反饋響應(yīng)配合度也同樣能夠得到保證，而泵站的電氣自動化控制水平也能夠得到較大的提升。

2.2 系統(tǒng)故障排查診斷

泵站內(nèi)部電氣設(shè)備較多，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)設(shè)備故障的概率也相對較高。目前，通常都會選擇利用智能化技術(shù)來建立故障排查診斷系統(tǒng)，通過各類傳感器來對設(shè)備電路電源、排水管道壓力等具體參數(shù)展開全面實(shí)時檢測，并將參數(shù)直接傳輸至控制系統(tǒng)中。而系統(tǒng)在接收到設(shè)備運(yùn)行參數(shù)后，則能夠借助專家系統(tǒng)等智能化技術(shù)對運(yùn)行參數(shù)變化情況展開細(xì)致分析，從而及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問題或潛在故障隱患，確定故障范圍及故障大致原因，這樣既可以提高故障隱患的診斷速度，盡可能降低故障發(fā)生概率與故障對系統(tǒng)的影響，同時也能夠?yàn)楣收暇S修提供重要參考信息，有效降低故障維修難度，提高維修效率。

2.3 系統(tǒng)控制功能創(chuàng)新

在泵站的電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，智能化技術(shù)通常還可以在系統(tǒng)控制的優(yōu)化創(chuàng)新方面得到有效應(yīng)用。例如，針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)復(fù)雜的人機(jī)交互界面，可利用智能化技術(shù)來對系統(tǒng)的各項(xiàng)控制功能進(jìn)行圖形模擬，通過簡單易懂的圖形來表示控制功能，這樣即便控制系統(tǒng)管理人員為非專業(yè)人員，也同樣可以在經(jīng)過簡單培訓(xùn)后進(jìn)行正確的人機(jī)交互操作。對于一些特殊控制需求，甚至還可以借助圖形化的人機(jī)交互界面來實(shí)現(xiàn)快速編程。而在設(shè)備調(diào)試方式，則可以利用高性能PLC來提高系統(tǒng)的控制性能，為泵站電氣自動化控制系統(tǒng)提供在線調(diào)試、標(biāo)準(zhǔn)程序即時修改等功能，使系統(tǒng)管理人員能夠根據(jù)不同設(shè)備的調(diào)試需求來建立個性化應(yīng)用程序。

2.4 系統(tǒng)智能安全防范

隨著電氣自動化與以太網(wǎng)、Internet 等技術(shù)的不斷融合，網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險逐漸開始出現(xiàn)在電氣自動化控制系統(tǒng)中。由于泵站電氣自動化控制系統(tǒng)很容易受網(wǎng)絡(luò)病毒入侵，因此，可利用智能化技術(shù)在自主學(xué)習(xí)方面的優(yōu)勢，建立兼具防火墻與病毒查殺功能的主機(jī)防護(hù)系統(tǒng)，并在使用過程中主動收集、探測具有未知入侵特征的病毒，對病毒特征庫進(jìn)行持續(xù)更新。隨著系統(tǒng)使用時間的不斷延長，其對于未知病毒防范能力也會不斷提升，而泵站電氣自動化控制系統(tǒng)的安全性也能夠得到充分保證。

3 智能化技術(shù)在泵站電氣自動化控制中的具體應(yīng)用

3.1 專家系統(tǒng)

泵站內(nèi)部電氣設(shè)備的工作狀態(tài)會受到流量、壓力等各項(xiàng)具體參數(shù)的影響，在設(shè)計(jì)階段通常需要通過復(fù)雜的計(jì)算來確定各項(xiàng)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，為設(shè)備調(diào)試提供指導(dǎo)，并使設(shè)備達(dá)到更好的運(yùn)行狀態(tài)。但由于不同設(shè)備運(yùn)行參數(shù)間的關(guān)系較為復(fù)雜，單純依靠電氣自動化控制系統(tǒng)的理論計(jì)算與程序預(yù)設(shè)，往往很難實(shí)現(xiàn)對泵機(jī)組及各種電氣設(shè)備的有效調(diào)試，在運(yùn)行參數(shù)及腐蝕、磨損等因素變化較大的情況下，設(shè)備更是無法達(dá)到最佳工作狀態(tài)。為解決這方面問題，泵站電氣自動化控制系統(tǒng)通常都會對智能化技術(shù)中的專家系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，建立由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)等多個部分組成的專家智能控制系統(tǒng)，同時以泵理論計(jì)算及設(shè)備試運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，模擬專家決策過程對不同工作狀態(tài)的設(shè)備運(yùn)行問題進(jìn)行推理，最終展開有針對性的設(shè)備調(diào)試。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

在泵站機(jī)組的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和運(yùn)行當(dāng)中，通常都需要通過專門的測試來確定設(shè)備工況性能，并制作相應(yīng)的性能曲線，為機(jī)組設(shè)備的在線監(jiān)測、自適應(yīng)控制提供重要支持。但由于性能實(shí)測方法的成本較高，而基于模型機(jī)器數(shù)據(jù)或設(shè)備少量實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行換算由很容易受到假設(shè)準(zhǔn)確性與測試條件的限制，因此，為保證泵站機(jī)組設(shè)備性能曲線的完整性和可靠性，通常還會利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來在有限離散數(shù)據(jù)下對泵機(jī)組展開大范圍連續(xù)測試。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，可以根據(jù)泵機(jī)組設(shè)備特征來建立BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用于對個性設(shè)備性能參數(shù)的計(jì)算，同時采用LM 算法、帶動量項(xiàng)算法等算法對所建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，并將訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化線性變換處理，這樣隨著訓(xùn)練樣本的不斷增加，所建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測能力也會隨之得到提升，即便不進(jìn)行實(shí)測，也同樣能夠保證性能曲線的預(yù)測準(zhǔn)確性。

3.3 模糊邏輯

模糊控制系統(tǒng)作為一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)數(shù)字控制系統(tǒng)，雖然同樣是以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，但卻利用智能化模糊控制器來對人的控制經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模擬。在泵站電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，面對復(fù)雜的電氣設(shè)備控制要求，如果能夠利用模糊控制來進(jìn)行各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的參數(shù)近似計(jì)算，同時根據(jù)負(fù)荷變化、流量變化等不確定因素來建立隸屬參數(shù)，那么就能夠?qū)⒕唧w的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與相關(guān)控制經(jīng)驗(yàn)對應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)泵站設(shè)備的智能化自動控制。

4 結(jié)語

智能化技術(shù)在泵站電氣自動化控制系統(tǒng)的故障排查診斷、系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、控制功能更新、智能安全防范等各個領(lǐng)域均能夠得到有效應(yīng)用，如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等智能化技術(shù)，也都為泵站電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了重要支持。未來泵站電氣自動化控制系統(tǒng)要想得到進(jìn)一步發(fā)展，對智能化技術(shù)的應(yīng)用與研究顯然是十分必要的。