浅谈泵站智能化系统

莫桂森

摘要：在泵站技术改造中,主要就动力机选型及智能控制方式方面进行了探索,提出在对河道水位进行智能监测的基础上对动力机采用智能控制,以达到无人值班、少人值守的目的,有效减小洪涝灾害的危害。虽然远程自动监控无人值守智能化管理系统在供水工程中已经得到普遍推广,但是中小型供水工程的设计只是简单增加了智能化管理的系统,而作为供水工程核心的加压泵站基础设施的设计,仍然没有形成与智能化相适应的创新探索。

关键词：泵站智能；智能控制；

引言：泵站自动智能控制系统面向新建、扩建或改建的大、中、小型灌溉、排水及工业、城镇供水泵站的自动化智能控制，实现泵站的无人值班、远程智能控制、优化调度及经济运行。泵站自动智能控制系统对全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制，保证泵站更加安全、可靠、经济的运行，实现泵站无人值班（无人值守）的目标。

一、工程概况

中国泵站在防洪、排涝和抗旱减灾，以及工农业用水和城乡居民生活供水等方面发挥着重要作用。另外，泵站为耗能大户，节能和节水问题一样重要。因此，泵站的经济运行和优化管理就显得尤为重要。为改善某市的投资环境和生活环境，促进经济和社会可持续发展，近年来增建了大量的污水、雨水、地道泵站，目前政辖区泵站数量已近200座。污水、雨水、地道泵站数量多、分布广，使得日常维护费用呈不断增长趋势。如何利用现有的科技手段，制定、实施泵站及值班人员调度策略，迅速排除设备故障，提高系统运行和维护质量、降低运行及维护成本，成为信息管理的重要课题。

二、现场PLC控制站

2.1自控的构成系统

根据泵站工艺的要求，泵站自控工程自动化控制系统采用三级过程控制系统。过程检测仪表采用4~20mA标准信号。现场控制系统以PLC控制系统为核心。整个自动化工程由中央监控系统、各个污水泵站分控制系统、光纤网络通讯系统和CCTV图象监控系统、现场检测仪表系统及水泵、电动闸门等现场设备组成。

2.2PLC控制站的构成设计

1、能实现污水、雨水、地道泵站现场工艺操作单元的全自动控制，监控中心集中管理，达到少人值守或无人值守的目的。2、完全实现各水泵的最优运行。3、自控技术达国内先进水平。

2.3PLC控制站的主要功能

2.3.1系统特点及功能

手动控制模式：当泵站检修或手动工况，由人工操作泵站的RTU上的控制扭，起/停相应的设备。自动控制模式：当泵站在自动控制方式时，泵站就地RTU采集现场数据（如液位、流量、压力、PH值等），经分析处理后，起/停相应的设备；并根据各个水泵的累计工作时间，排列水泵的优先起动级别，提高水泵寿命。自动开/关闸门，定时自动起/停格栅机，清除井内垃圾。触摸屏控制模式：系统可选配触摸操作屏，在触摸屏上可以很方便直观的控制泵站内的各种设备。遥控模式：当下层设备打在遥控模式时，在中控室内，点击各设备的相关命令，可以控制下层设备。系统无论工作在哪一种方式，遥测、遥信联系不会中断，各种数据都可及时发往中心站。

2.3.2控制采集功能

数据采集通过现场PLC的数据采集模块（DI、DO、AI、AO）、或远程I/O模块，把采集到的原始数据由PLC处理，用来控制泵站各个设备或者把数据上传给中控室。实时采集各泵站的技术参数，实时监测到的数据可以用图形画面、曲线表格的形式在操作面板上直观地显示出来，这时此数据可实时传送给中心调度室。

2.3.3监视报警功能

通过控制站内设仪表监视盘，实时监视各电压、电流、流量、液位、压力、水温和PH值等，同时超限报警，PLC对实时采集的设备故障状态输出报警信号，闪光报警器报警，同时反映到中心调度室报警。实时故障报警：实时接收设备和系统运行参数，如超出报警阈值，系统立即给出可视可闻的报警，使操作人员以最高效率排除故障。当同时产生多组报警时系统将依报警优先级及发生的时间顺序，自动换页至报警发生画面供操作人员确认，以迅速排除故障。同时显示故障的地点、时间、类型，提高操作人员处理报警的效率。报警级别:事件通知、一般故障、紧急事故等。紧急事故最优先。报警优先级分多级，操作人员可在系统组态时自行定义报警输入点及报警限值。报警处理事件通知：表示系统中发生了应注意的事件，如某一设备的启动或停止等。计算机将显示提示信息提醒操作人员注意。操作人员不需对此确认。一般故障：表示系统中发生设备故障需要排除，但不至有重大危险。发生一般故障报警时，若相关参数不在当前显示画面上，画面将弹出小型提示窗口，提示故障内容，直至操作人员按下确认键。反之则相关参数项变为红色闪烁，直至操作人员按下确认键。同时，计算机将以中文语音报告事故内容。紧急事故：表示系统中发生重大危险事故，需立即进行处理。发生紧急事故报警时，无论操作者正在观察那一画面，系统将自动切换至该报警点所属的显示画面，并将该告警点以红色闪烁。同时计算机将反复以中文语音报告事故内容，直至操作人员按下确认键。报警记录各级报警的发生、确认及回复正常均可记录于计算机文档中，以备随时以按键方式查询以及备案。报警记录包含时间、设备名称及状态等。

2.3.4自控系统特点：

泵站控制结构配置：可编程序控制器及开关量、模拟量输入、输出模块；通讯模块；电源模块；现场检测、显示仪表、触摸屏、RTU控制柜构成。整个自控系统具有以下特点：网络和通讯为设计的核心；人机界面的设计关键是人与计算机之间准确流畅的交换信息；各个现场的数据必须准确实时的与系统进行有效的通讯。

2.3.5现场PLC自动控制：

各单体工程现场控制主要由PLC来完成。根据现场要求，通过PLC控制器实现对整个工艺过程、电气设备的实时监控。PLC控制器通过采集现场仪表的实时数据和控制设备的状态信息，实现过程控制、顺序控制、连锁控制及设备的开、关、停和格栅、恒液位变频控制潜水泵厂家提供的PLC通讯等各种任务。达到现场“无人值守”情况下，各设备的全自动运行。在本系统中，PLC主要有两大功能：

（1）将各工艺部分的各类仪器、仪表采集的数据进行比较、运算，以达到各受控设备的自动运行、故障保护等功能，满足工艺的要求。

（2）将各受控设备的运行数据上传至上位机。

2.3.6触摸屏控制

（1）通过触摸屏进行控制方式选择、所有泵站设备参数设置、以及管理密码设置和修改。

（2）主界面显示泵站主要设备的运行状态和故障实时监控，画面简洁，清晰；通讯指示灯显示PLC和中控室计算机之间的ADSL网络连接状况，当通讯异常时，会自动转入PLC全自动运行，保证泵站正常运行；报警指示灯亮时，说明设备异常，给值班人员提示，同时报警信息会自动被记录并归档，予以查询，提高管理功能。

（3）参数设置是泵站正常运行的关键，只有所有的参数正常设置的情况下，才能保证全自动按照人的意志去执行，所以参数一定要符合工艺要求，而且不能漏置。

（4）操作界面简洁方便，所有设备控制都可在触摸屏内实现开、关、停。为防止误操作，可将确认对话框放在另一屏。

（5）所有的泵站参数监控界面，可查看泵站电流、电压、功率、功率因素、电量等参数；也可查询设备的开停状态、故障信息等状态；以及其主要参数。

（6）查询实时报警信息，便与维护人员维修。

（7）密码设置及修改便于管理人员设置权限。

（8）显示流量、压力、液位等参数的曲线图，直接美观。

（9）当触摸屏长时间处于不操作状态时，可从操作状态退出到屏保程序中，防止恶意操作，又保护触摸屏。

结束语：

中小型泵站运行管理中存在的问题可能还有许多,笔者仅对一些普遍存在和共性的问题进行了研究和探讨。随着科技发展,时代进步,泵站自动化控制水平和管理的科学化、现代化要求的不断提高,中小型泵站运行管理中可能会暴露出更多的新问题、新矛盾,只要我们认真分析,反复论证,深入研究,不断总结经验,努力寻找解决问题的方法和对策,相信问题一定会迎刃而解。通过以上改造的泵站智能控制技术,可全天候自动工作,可以达到无人值班、少人值守的目的,有效减小洪涝灾害的危害。

参考文献：

[1]智能式水位实时检测系统的研.刘吉来.浙江水利水电专科学校学报.2014.06

[2]关于供水泵站的优化选型问题.潘玲.中国农村水利水电.2015.08

[3]轴流泵站技术改造的探讨.张文渊.水电站设计.2016.05