基于泵站自动化设计探讨
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摘要：泵站在水资源的合理调度和管理中起着不可替代的作用。泵站自动化控制系统近年来发展速度较快，并且是集监视测量、控制保护、数据存储、传输等于一体的计算机综合自动化系统。下面对泵站自动化进行了探讨。
关键词：泵站；自动化；设计
随着国民经济的快速发展,城市人口的增加以及居民生活水平的提高，给城市建设与管理提出了更高更严的要求。而水资源的匮乏、水质的恶化以及大量污水得不到及时的处理,则影响了整个城市的长远发展规划。应用自动化系统,不仅可以提高设备的运行效率和使用寿命,保证供水效果,而且可以降低劳动强度,减少人工,提高管理水平。而自动化技术、计算机技术、网络通讯技术等的快速发展为建立一套高效实用的测、控、管一体化系统提供了条件。
1、分析泵站自动化的必要性
1.1节能、节水的需要
长期以来水库对农业供水基本上是有求必应，特别是自流灌区‘近水楼台先得月’，粗放式的灌溉不但浪费了水库的优质水，还导致水稻渍害减产。如果改为提水灌溉后，仍然延用老办法，那不仅浪费水，更多的是浪费能源。‘大锅水’显然已经不适合时代的要求，所以在水泵机组安装时已经配套了电磁流量计（共8台），在现场可以显示流量瞬时值、累计值。此外，还需要把每次运行时间、提水量记录下来，便于统计分析，为定额供水打下基础，达到节能、节水的目标。
1.2降低运行成本
混流泵机组开机有4个步骤:开启真空泵,启动主机、打开闸阀、关闭真空泵等，与此同时还要观测仪表，需2-3人同时操作，劳动强度大（特别是开启大口径闸阀），有一定危险性，容易发生事故，24h运行时需要有6-9人值班。而采用自动化控制，不仅可以减少，2/3操作人员，节省相应的运行工资费用，还可将泵站的设备运行情况即时显示并存储，减轻工作人员劳动强度，提高人和设备的安全性，并可随时分析泵站装置效率，及时采取措施以保证泵站高效、低耗、安全运行。根据水利工程自动化、信息化的要求，我们对该泵站自动化作了设计。
2、自动化系统组成及功能
2.1泵站自动化的功能需求
根据业主的要求，该泵站自动化系统需要具有以下三方面的功能：
1.开机和停机:可以在现场揿按钮操作，也可以在控制室内点击鼠标操作，包括主机和辅机-真空泵。
2.检测及显示:对于泵站运行中所关注的主要参数做定时巡回检测并显示。
3.运行数据的存储和传输：把每台机组的运行时间和相应的工况参数存储，通过无线通讯系统传送，与防汛防旱主干网络相联通，实现数据远程传输及查询。为防汛防旱指挥部（灌区调度中心）科学决策提供有力依据。
3、系统设计方案介绍
针对泵站的具体条件，我们采用分层分布式的系统结构，又称为集散式控制系统(DCS)泵站控制系统分为两层，由上位工控机主站(IPC)和下位机测量控制系统(LCU)两个层次组成，上位机与下位机之间通过智能通讯设备进行数据交换$在功能上系统还可划分为多个独立的单元（LCU），每个单元功能单一，可靠性高。系统上位机与各下位机均有独自的CPU它们均可独立运行，下位机各单元之间也可独立工作，互不干扰。当某一设备出现故障时，不会使系统全面崩溃。这种结构上的分散意味着控制的分散、供电的分散及干扰的分散、因此能从根本上分散影响可靠性的外部因素，从而保证系统能达到很高的可靠性。另外，DCS结构还可以使数据就地处理，减少通讯开销，增加了数据的安全性。泵站的现场设备、智能仪表及现场总线构成了现场控制层，将控制模块、各输入输出设备置入现场，完成现场一级的控制功能；泵站控制系统层是由信号采集系统、信号处理系统、控制信号输出系统、网络通讯系统和报表打印系统等组成。将泵站的运行工况信息采集、处理再由计算机来控制泵站的运行并自动生成网络共享管理报表。
3.1系统硬件部分
3.1.1顺序控制部分
该部分采用计算机与可编程控制器、强电起动执行器相结合，实现对泵的顺序起动、停止等操作。计算机与可编程控制器之间采用RS-485方式进行通信，主要控制点有：真空泵的起动，电磁阀的开、闭，水泵电机的起动、停止，电动阀门的开启、关闭。
3.1.2安全实时检测部分
采用温度、振动等自动控制仪表,并将信号送入计算机，以实现在泵工作状态下的安全自动检测、报警系统。主要检测点有：水泵温度、电机温度、水泵振动、真空泵负压。
3.1.3自动计量部分
采用电磁阀流量计、电量仪等仪表并将信号送入计算机完成对流量、电量等各经济指标参数实施自动计量、保存、查询、统计；对各泵的出水量进行计算；对各泵的电源电压、电流、功率、功率因素、工作时间等进行计量、记录保存，对各种数据进行查询、统计、分析。
3.1.4模拟控制部分
将计算机模拟输出信号送入电动阀，实现自动开停电动阀。
3.2系统软件功能
泵站自动控制软件系统主要由控制模块、信息处理模块与信息传输模块组成。系统为用户提供了直观、操作便捷的基于图形方式的被控设备状况人机界面。
3.2.1控制模块
控制模块主要根据强、弱电控制原理，通过PLC控制真空泵、电磁阀、水泵电机、电动阀门的开启与关闭，并在上位机上实时显示被控点状态。
3.2.2信息处理模块
信息处理模块包括实时数据库和历史数据库的建立与维护、系统安全保障处理。数据库维护方面采用数据分析的多样性，将多种信息快速在线存储并提供数据备份接口。系统数据服务器依据每月确定的生产计划和实际排水量及消耗电量，自动生成年报表，月报表，生产管理人员可在系统操作员站进行阅览，编辑，打印和维护。系统安全保障处理实现方法主要是在数据库中建立系统各环节安全标准，根据监测点实时数据，及时给出预警信息，以便操作员快速排除系统故障。
3.2.3信息传输模块
包括数据接收、数据发送、数据校验与数据预处理模块。计算机与PLC通讯的目的是实现计算机对PLC运行状态，数据区的监控。上位机通讯的软件我们选用VB开发，因为VB具有强大的图形显示功能，可以开发出界面良好的WIN-DOWS标准风格的用户界面。同时VB还提供了串行端口控件MSCOMM，只需对其属性、事件进行设置，即可完成串行接口的初始化和数据传输工作。
4、网络数据传输
近年来水利局投入资金进行了覆盖全地区的水利数据网络建设，根据管理的要求将流量等数据实时或者定期传送到技术人员和管理者身边，这需要依托数据网络进行。
防汛防旱水利信息网络内通讯组网方式较复杂，三防指挥部中央控制系统通过光纤、双绞线与各主要节点星型连接，其余小型水库，泵站、闸门以及水文水情监测点通过PSTN、短波、超短波、微波、GSM、卫星、扩频通讯等各种方式与附近的主节点连接。在该项目中泵站测控现场需要传输的数据量都不大，有的只需几百字节（bps）甚至更低，但要考虑在各种复杂的地形和气候条件下能够保证整个系统中数据和指令的通讯及时、迅速和可靠。
采用微波发射、接收设备，架设起水利信息网主节点与远程现场单元之间的通讯桥梁，安装在主节点的接收设备可以接受附近多个发射点传送的数据，在主节点进行处理后，通过光纤传输到中央控制单元，实现与整个防汛防旱水利信息网络的通讯融合。
5、小结
总之，泵站在水资源的合理调度和管理中起着不可替代的作用。泵站自动化控制系统近年来发展速度较快，并且是集监视测量、控制保护、数据存储、传输等于一体的计算机综合自动化系统。实现自动化监控对泵站运行的各种指标、长期跟踪、监测和记录，随时发现问题可随时加以解决。该系统结构简单，性能稳定，充分考虑到人──操作工的安全和操作的便利，提高了泵站的管理水平，是一个可靠的平台。
参考文献：
[1]郭凤文.水工业自动化控制技术的发展趋势.中国给水排水,2001
[2]黎志伟,田旭.中小型泵站实现自动化的几点体会.湖南水利水电,2004.
[3]周小庆,唐鸿儒.泵站自动化技术研究.水利水文自动化,2003.
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