基于泵站自動化設計探討
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摘要：泵站在水資源的合理調度和管理中起著不可替代的作用。泵站自動化控制系統近年來發展速度較快，并且是集監視測量、控制保護、數據存儲、傳輸等于一體的計算機綜合自動化系統。下面對泵站自動化進行了探討。
關鍵詞：泵站；自動化；設計
隨著國民經濟的快速發展,城市人口的增加以及居民生活水平的提高，給城市建設與管理提出了更高更嚴的要求。而水資源的匱乏、水質的惡化以及大量污水得不到及時的處理,則影響了整個城市的長遠發展規劃。應用自動化系統,不僅可以提高設備的運行效率和使用壽命,保證供水效果,而且可以降低勞動強度,減少人工,提高管理水平。而自動化技術、計算機技術、網絡通訊技術等的快速發展為建立一套高效實用的測、控、管一體化系統提供了條件。
1、分析泵站自動化的必要性
1.1節能、節水的需要
長期以來水庫對農業供水基本上是有求必應，特別是自流灌區‘近水樓臺先得月’，粗放式的灌溉不但浪費了水庫的優質水，還導致水稻漬害減產。如果改為提水灌溉后，仍然延用老辦法，那不僅浪費水，更多的是浪費能源?！箦佀@然已經不適合時代的要求，所以在水泵機組安裝時已經配套了電磁流量計（共8臺），在現場可以顯示流量瞬時值、累計值。此外，還需要把每次運行時間、提水量記錄下來，便于統計分析，為定額供水打下基礎，達到節能、節水的目標。
1.2降低運行成本
混流泵機組開機有4個步驟:開啟真空泵,啟動主機、打開閘閥、關閉真空泵等，與此同時還要觀測儀表，需2-3人同時操作，勞動強度大（特別是開啟大口徑閘閥），有一定危險性，容易發生事故，24h運行時需要有6-9人值班。而采用自動化控制，不僅可以減少，2/3操作人員，節省相應的運行工資費用，還可將泵站的設備運行情況即時顯示并存儲，減輕工作人員勞動強度，提高人和設備的安全性，并可隨時分析泵站裝置效率，及時采取措施以保證泵站高效、低耗、安全運行。根據水利工程自動化、信息化的要求，我們對該泵站自動化作了設計。
2、自動化系統組成及功能
2.1泵站自動化的功能需求
根據業主的要求，該泵站自動化系統需要具有以下三方面的功能：
1.開機和停機:可以在現場撳按鈕操作，也可以在控制室內點擊鼠標操作，包括主機和輔機-真空泵。
2.檢測及顯示:對于泵站運行中所關注的主要參數做定時巡回檢測并顯示。
3.運行數據的存儲和傳輸：把每臺機組的運行時間和相應的工況參數存儲，通過無線通訊系統傳送，與防汛防旱主干網絡相聯通，實現數據遠程傳輸及查詢。為防汛防旱指揮部（灌區調度中心）科學決策提供有力依據。
3、系統設計方案介紹
針對泵站的具體條件，我們采用分層分布式的系統結構，又稱為集散式控制系統(DCS)泵站控制系統分為兩層，由上位工控機主站(IPC)和下位機測量控制系統(LCU)兩個層次組成，上位機與下位機之間通過智能通訊設備進行數據交換$在功能上系統還可劃分為多個獨立的單元（LCU），每個單元功能單一，可靠性高。系統上位機與各下位機均有獨自的CPU它們均可獨立運行，下位機各單元之間也可獨立工作，互不干擾。當某一設備出現故障時，不會使系統全面崩潰。這種結構上的分散意味著控制的分散、供電的分散及干擾的分散、因此能從根本上分散影響可靠性的外部因素，從而保證系統能達到很高的可靠性。另外，DCS結構還可以使數據就地處理，減少通訊開銷，增加了數據的安全性。泵站的現場設備、智能儀表及現場總線構成了現場控制層，將控制模塊、各輸入輸出設備置入現場，完成現場一級的控制功能；泵站控制系統層是由信號采集系統、信號處理系統、控制信號輸出系統、網絡通訊系統和報表打印系統等組成。將泵站的運行工況信息采集、處理再由計算機來控制泵站的運行并自動生成網絡共享管理報表。
3.1系統硬件部分
3.1.1順序控制部分
該部分采用計算機與可編程控制器、強電起動執行器相結合，實現對泵的順序起動、停止等操作。計算機與可編程控制器之間采用RS-485方式進行通信，主要控制點有：真空泵的起動，電磁閥的開、閉，水泵電機的起動、停止，電動閥門的開啟、關閉。
3.1.2安全實時檢測部分
采用溫度、振動等自動控制儀表,并將信號送入計算機，以實現在泵工作狀態下的安全自動檢測、報警系統。主要檢測點有：水泵溫度、電機溫度、水泵振動、真空泵負壓。
3.1.3自動計量部分
采用電磁閥流量計、電量儀等儀表并將信號送入計算機完成對流量、電量等各經濟指標參數實施自動計量、保存、查詢、統計；對各泵的出水量進行計算；對各泵的電源電壓、電流、功率、功率因素、工作時間等進行計量、記錄保存，對各種數據進行查詢、統計、分析。
3.1.4模擬控制部分
將計算機模擬輸出信號送入電動閥，實現自動開停電動閥。
3.2系統軟件功能
泵站自動控制軟件系統主要由控制模塊、信息處理模塊與信息傳輸模塊組成。系統為用戶提供了直觀、操作便捷的基于圖形方式的被控設備狀況人機界面。
3.2.1控制模塊
控制模塊主要根據強、弱電控制原理，通過PLC控制真空泵、電磁閥、水泵電機、電動閥門的開啟與關閉，并在上位機上實時顯示被控點狀態。
3.2.2信息處理模塊
信息處理模塊包括實時數據庫和歷史數據庫的建立與維護、系統安全保障處理。數據庫維護方面采用數據分析的多樣性，將多種信息快速在線存儲并提供數據備份接口。系統數據服務器依據每月確定的生產計劃和實際排水量及消耗電量，自動生成年報表，月報表，生產管理人員可在系統操作員站進行閱覽，編輯，打印和維護。系統安全保障處理實現方法主要是在數據庫中建立系統各環節安全標準，根據監測點實時數據，及時給出預警信息，以便操作員快速排除系統故障。
3.2.3信息傳輸模塊
包括數據接收、數據發送、數據校驗與數據預處理模塊。計算機與PLC通訊的目的是實現計算機對PLC運行狀態，數據區的監控。上位機通訊的軟件我們選用VB開發，因為VB具有強大的圖形顯示功能，可以開發出界面良好的WIN-DOWS標準風格的用戶界面。同時VB還提供了串行端口控件MSCOMM，只需對其屬性、事件進行設置，即可完成串行接口的初始化和數據傳輸工作。
4、網絡數據傳輸
近年來水利局投入資金進行了覆蓋全地區的水利數據網絡建設，根據管理的要求將流量等數據實時或者定期傳送到技術人員和管理者身邊，這需要依托數據網絡進行。
防汛防旱水利信息網絡內通訊組網方式較復雜，三防指揮部中央控制系統通過光纖、雙絞線與各主要節點星型連接，其余小型水庫，泵站、閘門以及水文水情監測點通過PSTN、短波、超短波、微波、GSM、衛星、擴頻通訊等各種方式與附近的主節點連接。在該項目中泵站測控現場需要傳輸的數據量都不大，有的只需幾百字節（bps）甚至更低，但要考慮在各種復雜的地形和氣候條件下能夠保證整個系統中數據和指令的通訊及時、迅速和可靠。
采用微波發射、接收設備，架設起水利信息網主節點與遠程現場單元之間的通訊橋梁，安裝在主節點的接收設備可以接受附近多個發射點傳送的數據，在主節點進行處理后，通過光纖傳輸到中央控制單元，實現與整個防汛防旱水利信息網絡的通訊融合。
5、小結
總之，泵站在水資源的合理調度和管理中起著不可替代的作用。泵站自動化控制系統近年來發展速度較快，并且是集監視測量、控制保護、數據存儲、傳輸等于一體的計算機綜合自動化系統。實現自動化監控對泵站運行的各種指標、長期跟蹤、監測和記錄，隨時發現問題可隨時加以解決。該系統結構簡單，性能穩定，充分考慮到人──操作工的安全和操作的便利，提高了泵站的管理水平，是一個可靠的平臺。
參考文獻：
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