泵站綜合自動化技術探討

王紅梅

摘要：自動化技術已經廣泛應用于泵站系統中，已經成為泵站系統不可缺少的一部分。本文主要對泵站自動化的發展歷程、設計原則、和自動化技術進行了簡要闡述。

關鍵詞：泵站；自動化；技術

中圖分類號：TV675文獻標識碼： A

引言

泵站的自動化程度是一個不斷提高的過程，同時泵站的自動化又是一個復雜的系統工程，設計理念和目標都應該以工程的實際出發，在追求效益最大的前提下，合理安排資金，進行科學統籌規劃，才能達到預期的目標。目前，隨著科學技術的不斷發展，許多自動控制設備的出現和控制技術的發展也必將給泵站自動化程度的提高帶來新的思路和機遇。

一、泵站自動化的發展歷程

根據泵站自動化程度的不同，可將泵站自動化分成三大類：半自動化、全自動化和綜合自動化。

1、半自動化

半自動化的主要特征是泵站機組的啟動和停機的最初指令是由人發出的，最后也是由人去執行控制系統的最末一個環節，如開機或停機等。也就是說機組是采用開環控制方式。

2、全自動化

全自動化泵站是靠設置在前池或出水池上的水位繼電器，或者設置在進、出水管道上的壓力繼電器控制機組的啟動、停機或者進行各種保護。也就是說機組是采用閉環控制方式。

3、綜合自動化

泵站綜合自動化系統自20世紀70年代以來在水利行業中即開始研制和運用，從早期的數據采集系統、上下位機的分布式系統到目前較為流行的分層分布式綜合自動化系統。

二、泵站自動化的設計原則

1、效益最大化原則

泵站自動化和其它經濟活動一樣，都也是應該以經濟效益最大化為目標。很難想象，運行時間極少的泵站，卻有投入大量資金進行自動化改造的必要。并且隨著電子技術的發展，許多設備沒有發揮效益就被淘汰，造成大量的國家資金的浪費。從工程經濟運行統計來看，建議年運行3000h-4000h以上的泵站進行自動化改造是適合的。

2、先進、可靠的原則

可靠性是泵站自動化成敗的關鍵所在。因此，在泵站自動化設計時一定要把系統和設備的可靠性作為重點去研究。特別是傳感器和執行元器件，要做到做一個成一個。要綜合考慮每一個設備是否符合自動化要求，切忌全面開花，華而不實。同時在考慮可靠性的基礎上，選擇設備時應具有一定的先進性和前瞻性。

3、從實際出發的原則

在進行泵站自動化設計時要一切以實際情況出發，要綜合考慮資金，技術和人員配置情況進行正確的定位，不能貪大求全，不能攀比做出不切實際的設計。就自動化程度不同，可以選擇以下三種型式：數據采集型、部分系統自動化型和綜合自動化型。

三、泵站自動化設計中需要注意的問題

1、正確處理測量、控制和保護之間的關系

測量、保護和控制在過去的泵站設計時，作為泵站電氣二次設計的相互獨立的組成部分。出現這樣的設計格局，主要受當時技術和設備的局限性。隨著電子技術的發展，二者之間的界限越來越不明顯，并逐步走向融合。如泵站運行中電氣二次設計的關鍵部位為繼電保護。繼電保護除去對非電量進行測量外，還要對電氣設備運行中的電量進行測量，這樣就可以通過這些測量數據代替過去常規的測量儀表。這樣做的其它兩個好處是，一是可以減少設備，節約成本，二是可以對保護回路進行經常性的監控，提高了系統的可靠性。再如，繼電保護最終作用對象是開關設備，而我們自動控制對象也是開關設備，原理是一樣的，并且繼電保護更具有動作的可靠性，因此開關的控制可以結合在繼電保護單元中。

2、正確劃分自動控制單元

泵站的自動控制是一個順序控制和若干個獨立的閉路循環單元組成。因此，在系統設計時，層次上一定要清楚。要將風險降低和轉移，不能采取一個控制設備完成泵站所有的控制功能。特別對于輔機系統，最好采取獨立的閉環控制單元。關鍵控制線路上只對這些單元發出指令和接受狀態，各個單元按照設置運行要求自行操作。

3、正確選擇通訊協議

泵站自動控制是比較簡單的控制方式，在設備選擇上，傳統的做法是盡量選擇有通訊協議的設備，主要出發點是便于交換數據，節約現場接線電纜。但是，目前國際上對通訊協議還沒有一個規范。在一個泵站就可能形成多通訊協議和通訊規約的情況，給系統的集成帶來很多困難。過去的做法是用一臺工業控制計算機來協調智能化的傳感器雖然是一個發展趨勢，但是不能一維的追求設備的通訊化。從泵站的實際情況來看，大部分設備均安排在泵房內部，接線并不長。建議對傳感器盡量采用標準信號輸出。對于綜合功能強的設備選用具有通訊的功能才有意義。

4、自動控制系統的兼容性和擴展性

目前自動控制系統的功能越來越多，集成性也越來越高，因此要求在泵站自動控制系統設計時要綜合各個方面的情況，能夠兼容各種設備。設計時除去兼容性的要求外，還要求自動控制系統具有一定的擴展性。

四、泵站綜合自動化技術

現在以引灤工程濱海入港供水泵站為例說明泵站自動控制系統組成。該站計算機監控系統是以5臺主機組、2臺主變壓器及其輔助設備、35KV開關站設備、公用設備等為監控對象，實現整個泵站以集中管理、分散控制為原則的計算機實時監控系統。

1、系統組成

該系統有五部分組成：中控室數據采集及控制系統；現場LCU控制系統；自動化儀表系統；微機繼電保護及電力參數采集系統；多媒體電視監控系統。該系統以PLC為現場控制中心，以現地工控機為操作平臺的開放網絡型分層分布的泵站實時閉環過程控制系統。它可以實現：接受遠方或本站調度中心指令，實現廠內經濟運行，遠方調度中心與站內閉環運行、自動監測和控制，提高泵站運行的經濟效益和安全水平，改善職工工作條件。

2、系統功能

其主要功能有：實時采集泵站主要設備的運行狀態、參數，對泵站各控制點和監視點進行自動安全檢測，越限報警、事件順序記錄、事故故障原因提示、事故語音報警；實現站內經濟運行、趨勢分析，實現機組的自動起、?？刂?，閘門開度自動調節控制，斷路器、交流接觸器等主要電氣設備的投、切操作以及其它自動控制功能。

3、數據采集與處理

自動周期性地采集或由操作員通過應用程序發命令采集泵站現場各種實時數據，進行必要的數據預處理并以一定的格式存入實時數據庫，按照信號性質的不同把它細分為模擬量、開關量及脈沖數字量等。

4、泵站安全運行與監視

本系統可以使運行值班人員通過CRT對全廠各主設備及輔機設備的運行狀態進行實時監視?？刂撇僮髟O有操作權限，同時也可以根據需要隨時對監視內容的設定值進行修改（必須是具有相應操作權限的人員）。所有要進行監視的內容包括當前各主要設備的運行及停止情況、閘門開度情況，并對各運行參數進行實時顯示。

5、控制與調節

泵站自動化系統的控制功能應該滿足泵站機組啟、停和變電所操作規范規定的要求。機組啟、?？刂朴幸粭l指令完成，計算機自動檢測機組啟、停條件并順序執行，當滿足條件時，執行操作。對變電所開關的操作應該自動檢測操作條件，并按照預定的步驟進行分合閘。對所有設備應該設置手動控制方式和自動控制方式，并設有靜態試驗方式。機組事故停機時，應該同時關閉相關的輔助設備。系統的主要控制有：變電所的主變壓器、站用變壓器、電容器等的控制；主機機組的控制；泵站輔機設備的控制；勵磁設備的自動調節與控制；上下游閘門、水利樞紐中閘門的控制。在上述控制均安全可靠時，可以實現遠距離的調度和控制。

結束語

總之，泵站綜合自動化技術對防洪排澇、農業灌溉等領域有著重要的貢獻。只有通過引進、更新泵站的綜合自動化技術，才能使其使用壽命及運行效益等到更大的提高，從而確保泵站的供水排水效能，減少勞動力，降低工人的勞動強度，提高泵站的管理水平與經濟效益。

參考文獻

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