泵站自动控制系统分析

泵站自动控制系统分析

李刚

中铁二十三局集团第二工程有限公司        黑龙江省齐齐哈尔市      161000

摘要：作为重要的水利工程设施,泵站在合理规划和管理水资源方面发挥着不可或缺的作用。泵站在区域防洪、灌溉、调水、抗旱减灾、工农业供水和城乡居民生活用水等方面发挥着重要作用。随着时间的推移,人们对居住环境的关注度越来越高,这使得泵站的日常管理变得更加复杂。采用计算机自动控制系统控制泵站,既可减轻劳动强度,又能保证泵站运行稳定可靠,大大提高了泵站的控制效率和控制水平。

关键词：泵站；自动控制；系统分析

1.泵站自动控制系统概述

1.1系统结构

泵站可以以RTU或PLC为核心,构建任何就地监控系统。针对系统监控元件众多、控制可靠性要求高、数据存储容量大等特点,以PLC作为就地监控系统的关键元件为研究对象进行细致分析。由于现场泵站前池水位、出水流量、管道压力等采集点与泵房、控制室、监控室距离较近,因此采取集中监控的方式。原地泵站系统的基本结构是采集设备通过各自的电缆线与PLC相连,再由PLC连接到现场的局域网络上,组成泵站就地监控系统。现场泵站交换机、PLC主控制器、I/O模块、电源模块等全部安装在控制柜内,控制柜面板安装触摸屏,现场监控室安装工控机和控制柜。工控机和PLC主控制器通过交换机与以太网连接,将前池水位、管道压力、管道流量、温度、电量等公共信息以及水泵机组的机械振动、窜动、状态信息与I/O模块进行连接。现场泵站工控机的监测软件属于远程监测系统的内容。

1.2系统功能

(1)实时监测。一旦系统建成,在中央控制室内就可以通过电脑实时监控各泵站的重要数据,如设备状态(运行、故障、停止)、电流大小、水位、流量、硫化氢含量等。查看以上数据,既可以了解实情,又便于管理。该系统还支持手机远程监控上述数据,大大提高了使用的便捷性;同时还能对泵站现场进行视频预览和回放,实时调看水位视频,对泵站周边环境进行视频监控,极大地提高了管理人员的办事效率。

(2)实时控制。系统不仅能实时监控,还能通过上位机系统或手机控制各泵站的水泵,如开泵或关泵等;也可以在监控中心对现场球机进行控制,对目标区域进行监控。

(3)数据存储。系统的所有数据自动保存、存储并生成报表记录,以备需要时查询。报表中水泵是否故障、开泵时间、开泵次数、录像回放等均可查询。

1.3泵站控制模式

泵站控制模式分为现地手动、就地自动控制、远距离自动控制3种。

(1)现地手动控制通过现地控制柜的控制按钮控制水泵的启停和流量。现地手动控制时必须先把控制屏上的“自动/手动”开关置于“手动”位置。手动控制模式是脱离PLC,仅在PLC故障或检修情况下使用。

(2)就地自动控制是指现场控制屏上的“自动/手动”开关置于“自动”位置,通过现场监控室的监控机或触摸屏控制水泵的启停和流量。

(3)远距离自动控制指控制中心控制水泵。现场自动控制和远距离自动控制是PLC支持下的控制方式,属于常规控制方式。

2自动化控制系统具体应用

2.1自动化控制技术

自动化控制系统在泵站中发挥了重要的作用。它实现了泵站的自动化工作模式，不仅让泵站设备、机组可以高度智能化、自动化运行，同时也可以在监控系统中实时监测设备状态，出现问题立刻发出故障报警信号，提高运维人员的修复效率。自动化控制系统的应用，有效保证了泵站工程的安全性、可靠性，减少了在事故发生后的维修时间，保证系统尽快恢复运行。

自动化控制系统主要是通过计算机实现对设备的控制，自动化控制系统能够实现“无人值班，少人值守”的工作模式。减少了人员投入的成本，同时提高了工作效率。

2.2数字化监测技术

将数字化监测技术应用于泵站当中，可以有效提高泵站的管理质量，也能够对泵站当中的实际运行情况进行有效监测。数字化监测技术的应用不仅可以提高泵站的运行效率，还可以保障泵站当中设备运行的稳定性和安全性。计算机技术是数字化监测技术的运行前提和基础，应用相应的编程技术可以确保所有节点都能够及时接收数据和发送信息。而且目前我国科技发展速度较快，自动化控制系统也逐渐完善，将这一系统应用于泵站当中，不仅能够提高运行效率，还能够降低运行成本，同时降低故障发生的概率。

2.3自动检测技术

自动检测技术主要是对泵站当中所有的运行设备进行有效监督和检测。主要包括继电保护系统、发电机组和相应的辅助设备等。将所获取的检测数据传输到操作平台当中，通过图像或者数字的方法直观呈现出来，可以方便工作人员的掌握和分析。通过自动检测技术可以实现对重要部分和区域进行全面检测，也可以对重点数据进行采集、传输和分析，从而实现自动化控制。自动检测技术具有较强的稳定性和准确性，能够有效促进泵站的发展。

3.泵站自动化系统优化建议

3.1传感器的数字化

传感器的模拟输出存在一些固有局限：模拟输出易受干扰，需要在使用时考虑很多外部接口因素；高精度的模拟输出信号采集困难，对于用户电路的性能要求很高；传感器受温度影响大，通常需要附加温度补偿措施才能获得良好的性能；传感器的指标一致性问题受制造工艺和电路影响很难解决。随着新一代信息技术的发展，主流传感器体现出以下技术趋势：

数字接口、低功耗、无线按需连接等。低功耗传感器平时可将搭配的电路、通讯等系统彻底关闭，且自身不需要消耗电能也可维持对信号感知；当接收到外界的变化时，才将后端的电路等接通，实现低功耗监测。无线按需连接，平时整个通讯系统彻底关断，在需要的时候成功唤醒。

3.2测控装置的网络化和信息建模

针对泵站当前已投入运行的监控系统，在改造提升中采用满足IEC61850标准或采用网络化通信协议的智能设备、智能电子装置、智能传感器，提升现地设备的网络化和智能化水平，提升设备的自诊断、自描述和自适应能力，满足监控系统现地智能化改造和二次设备智能化运维的要求。具体而言，可以参考智能变电站或智能水电厂技术导则，逐步建成“三层两网”结构的现地测控网络系统，构建厂站层MMS通信网络和过程层网络。

由于当前设备的现状，推荐采用具备IEC61850标准接口和信息建模方式的新型PLC；在过程层网络方面，由于当前过程层设备、终端或传感器目前大多不支持IEC61850GOOSE协议及SV协议。因此，在实际建设中，推荐单元层设备（主要是各类传感器）通过采用IEC61158工业以太网/现场总线与过程层励磁、保护及其它设备通讯，其中关键信号的硬接线保留以确保生产安全。

3.3通信网络改造

在泵站局域网络构建方面，可采用ZigBee、LoRa、WiFi等构建传感测量网络系统，支持视频监视系统、工程安全监测等系统的灵活构建，降低系统建设成本。在泵站远程网络方面，伴随集控中心的建设，有必要建设带宽足够、安全可靠的远程通信网络。可根据泵站的实际情况，灵活采用租用公网以及自建网络等形式，支撑相关业务系统的建设。

结束语

目前自动化技术是我国一项先进技术，已经大量应用到水利行业。自动化控制技术具有良好的发展前景，不仅能够有效提高泵站的运行质量和运行效率，还能够保障泵站的运行安全，推动水利行业朝着智能化和信息化方向发展。

参考文献：

[1]胡鹏.污水处理厂提升泵站的自动化控制系统优化[J].集成电路应用,2022,39(08):150-151.

[2]崔永乐,刘籽琦.瓦斯抽采泵站无人值守系统改造设计及应用[J].中国矿业,2022,31(S1):280-283.

[3]居智荧,马修风.泵站综合自动化的应用研究[J].电工技术,2022(08):6-8.