淺析泵站自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢

郭松

摘要：在傳統(tǒng)的泵站管理運營過程中，需要工作人員對泵站設(shè)備進行手動操控，工作人員勞動強度大，且容易出現(xiàn)人因失誤。自動化技術(shù)在泵站管理中的應用，能夠提升泵站的自動化水平，降低人為因素對泵站運行的影響。基于此，本文對泵站自動化控制系統(tǒng)及其的應用進行了分析，并探討了其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：泵站;自動化技術(shù);發(fā)展趨勢

泵站工程是指：把電能轉(zhuǎn)化成水的勢能，以進行灌溉、供水、排水等的水利工程，20世紀初期，我國的農(nóng)業(yè)灌溉開始使用小型機械取水，動力為蒸汽推動。我國解放后，泵站工程開始興建，相應的科學研究也逐漸展開，技術(shù)水平由無到有并逐漸走向成熟，現(xiàn)如今泵站在我國分布廣，幾乎遍布各個市區(qū)，其從規(guī)劃、設(shè)計、施工、安裝和后期運行，都達到了一個前所未有的新高度，在我國它們主要起到水利調(diào)節(jié)的功能，可以避免水患，減緩旱情。自動化控制方面：20世紀中期我國的泵站還是采取常規(guī)控制手段，到了1990年后我國泵站開始采用自動化進行控制。

一、泵站自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其原理

（一）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

泵站自動化控制主要由計算機監(jiān)控、繼電器保護、直流系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，監(jiān)控部分，主要由工作站對單元進行監(jiān)控，來達到對整個泵站的設(shè)備信息數(shù)據(jù)采集，進行實時控制。通信服務器的作用是對除監(jiān)控系統(tǒng)之外的設(shè)備例如保護、勵磁、直流等站內(nèi)計算機自動化設(shè)備及中樞自動化設(shè)備的信息采集及控制，并把采集信息傳給監(jiān)控設(shè)施;管理者可以從廠長終端了解整個泵站的運行情況，并可以對相應機組進行遠程操作;在中控室可以通過視頻監(jiān)控觀察現(xiàn)場實時情況，可以及時把控現(xiàn)場的人員、設(shè)備、環(huán)境、安全等情況，如有異常及時發(fā)起響應。

（二）控制系統(tǒng)的分類

從目前的控制方式來看，最常見的控制類型有集中式和分層分布式兩種，下面將分別介紹這兩種控制類型：（1）集中式。這里的集中既包括邏輯上的集中，同時也包括物理上的集中。集中式系統(tǒng)指的是將系統(tǒng)上的各種功能集中完成，比如數(shù)據(jù)采集、計算等等。集中式系統(tǒng)一般有一臺或者多臺計算機組成中心節(jié)點，它的中央處理器是一臺性能極強的計算機，所有的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計算等任務都在這臺中央處理器上完成。（2）分層分布式。分層分布式和集中式正好相反，集中式體現(xiàn)的是一個人完成所有，而分層分布式更加注重的是團隊合作。分布式系統(tǒng)定義是：一個系統(tǒng)包含多個相連的子系統(tǒng)，它們能夠在整個系統(tǒng)范圍內(nèi)，對某一個問題合作完成，每一個子系統(tǒng)負責一個部分，每個子系統(tǒng)之間既是獨立的，又是相連的。這種系統(tǒng)的特點是它含有多個路徑，它們執(zhí)行的是某一個程序的不同地方，同時執(zhí)行又是相互作用的。

二、泵站控制系統(tǒng)的設(shè)計

（一）方案設(shè)計

在設(shè)計泵站自動化控制的系統(tǒng)的時候，應當按照自動化控制工藝指導和控制電氣兩個方面開展。在實施過程中，應該以全局為中心，單體配合服從總體，要統(tǒng)一接口協(xié)議原則。電氣部分和控制部分設(shè)計具體如下。

（二）電氣部分

電氣部分是泵站系統(tǒng)的重要組成部分之一。在設(shè)計泵站電氣部分的時候，應該嚴格遵循《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》負荷分級原則。在本文中，泵站應該按二級負責進行考慮，用電負荷主要包括：進閘、出閘和清污機（64.87KW）;計算機監(jiān)視系統(tǒng)（10KW）;直流系統(tǒng)負荷（10KW）;泵站廠房的一些照明、辦公室的配電、生活以及一些輔助設(shè)施的負荷（30KW）;給排水的負荷（7.5KW）。接線部分。電氣的主接線方案：10kV側(cè)采用單母線接線方式，0.4kV側(cè)采用單母線分段的接線方式。對于壩區(qū)，采用一臺S9-100/10變壓器降壓為0.4kV后與一臺0.4kV柴油發(fā)電機分別接入雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)的主、備接頭，互為備用。正常工作模式下，變壓器和柴油發(fā)電機同時工作，當一臺出現(xiàn)故障或者維修的情況下，另一臺帶全部負荷工作。

（三）控制部分

泵站的控制方式有很多種類供選擇，隨著科技的發(fā)展，采用計算機監(jiān)控的泵站自動控制系統(tǒng)受到更多的歡迎。下面將討論計算機監(jiān)視系統(tǒng)。控制方式如圖2所示，采用的是全計算機監(jiān)控模式，按無人值班或者少人值班的方式進行，整個系統(tǒng)采用的是全天開放分層結(jié)構(gòu)。控制中心為兩臺互為備用的工作站組成，一臺工作，一臺備用。兩臺工作站對現(xiàn)地單元進行監(jiān)視和控制，其功能如下：數(shù)據(jù)采集，主要采集設(shè)備在運行過程中所產(chǎn)生的數(shù)字量、模擬量等等。然后將這些變量放入數(shù)據(jù)庫中，最后調(diào)節(jié)到子系統(tǒng)中進行處理。數(shù)據(jù)處理：根據(jù)從上位機得到的數(shù)據(jù)，進行檢查、數(shù)據(jù)變化以及越限檢測等，根據(jù)設(shè)計的閾值進行報警;對于狀態(tài)數(shù)據(jù)，要進行合理的計算。控制調(diào)節(jié)：按照系統(tǒng)的要求進行調(diào)度，主要有機組的有功無功調(diào)節(jié)，電壓電流調(diào)節(jié)，閘門的開關(guān)調(diào)節(jié)等。人機界面：人機界面是泵站系統(tǒng)的一大特色，擁有著豐富的圖元，支持三維動畫顯示。工作人員可以根據(jù)畫面判斷出系統(tǒng)實時的工作狀態(tài)、刷新運行參數(shù)等任務，還可以通過主菜單來設(shè)置系統(tǒng)的控制參數(shù)，調(diào)節(jié)流程。

三、泵站自動化控制技術(shù)發(fā)展趨勢

（一）PLC

技術(shù)可編程控制器是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的控制技術(shù)，在工程中，PLC具有很多傳統(tǒng)繼電器不具備的優(yōu)點。柔性好、在需要改變生產(chǎn)流程的情況下，不必改變硬件設(shè)施，只需要改變程序即可完成。可靠性高，功能完善，PLC具備數(shù)據(jù)輸入/輸出，邏輯運算、人機對話以及通信等功能，提高了設(shè)備的控制能力。

（二）泵站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計開發(fā)

要建設(shè)一個PLC控制的泵站系統(tǒng)，應從軟件系統(tǒng)出發(fā)。軟件主要是用來數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理作用，更新實時數(shù)據(jù)庫，保證泵站系統(tǒng)的可靠運行，并將歷史數(shù)據(jù)儲存起來。另外，軟件設(shè)計應該還要設(shè)置系統(tǒng)保護、自動檢測和報警功能，及時掌握泵站運行過程中的故障，提高了可靠性和縮短了故障排查的時間，提高了系統(tǒng)的運行質(zhì)量。

四、結(jié)語

通過對泵站自動控制系統(tǒng)的方案、原理等分析，研究了計算機自動化控制系統(tǒng)在泵站中的應用。文中具體研究如下：該泵站采用全計算機監(jiān)控形式，對整個泵站系統(tǒng)進行控制、檢測和故障分析;研究了PLC在泵站系統(tǒng)上的應用，進行了詳細的分析。之后，還有以下問題需要進行探討：泵站的可靠性問題;泵站的優(yōu)化問題以及泵站的節(jié)能問題。

參考文獻

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