泵站综合自动化系统设计研究

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【摘要】近年来，随着经济的发展，特别是随着改革开放的不断深入，我国的经济建设取得了巨大的进步。与此同时，我国在泵站综合自动化系统方面的研究具有重大的发展。笔者结合自己在泵站综合自动化系统设计方面的研究，对此进行分析。

【关键字】泵站，综合自动化，系统设计，分析研究

中图分类号：TV675文献标识码： A 文章编号：

一、前言

现代泵站已经由纯人工机械操作改为电子信息系统辅助控制，甚至全自动控制系统。相对以往的操作模式，具有省人工、操控精确、安全、运行可靠等多重优点，相应对自动控制设计提出了更高的要求。

二、泵站综合自动化系统的特点

1、高度的可靠性

系统采用成熟的全开放式分层、分布式系统结构，上下控制层采用现场总线通讯模式，大大提高了系统设备间的数据交换速度和系统通讯工作的稳定性 。

2、高度的实时性

系统能适应泵站现场环境的要求，实时眭好，抗干扰能力强。

3、良好的开放性和扩充性

专用现场总线通讯网络结构的采用使系统设备可方便灵活的进行扩充。所有 的硬件均为模块化，构成一个通用、开放的结构体系；应用软件采用OPC技术 ，使得系统应用软件构成一个开放式的接口环境。

4、完备的安全性

系统对每一功能操作提供检查和校核，操作有误时，被禁止并报警；在人机通信中设置操作口令，按控制层次实现操作闭锁；系统采用冗余和模块化技术，使系统的局部故障不影响系统整体的正常运行。

5、完备操作性

针对国内运行人员设计，系统采用全汉化界面，使运行人员可方便直观的进行远方实时控制和操作。

6、可维护性

系统采用模块化结构模式，设备的模块化使技术人员方便的对必要的设备进行更换和维修，保证系统可靠运行。

7、良好的友善性

采用全汉化界面，操作方便，人机接口功能强，符合泵站运行人员的操作习惯 。

8、设计的合理性

严格按照系统的电气主接线图进行设计，并充分考虑用户的实际情况及要求，使系统布局合理，美观实用。

三、系统主控级的主要功能

1、数据采集与处理：主控级自动采集和处理泵站设备的运行参数；

2、安全运行监视：全站运行实时监视及参数在线修改、状态监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视；

3、对监控对象进行如水泵的启停、定值和限值的设定、报警复归等控制与调节、自动功率因数控制、按照电力系统的要求，自动投切电容器 ；

4、全站所有监控对象的操作、报警事件等的监控和事件记录；

5、记录在事故发生前5s和后20s时间里重要实时参数的变化情况；

6、正常操作指导和事故处理操作指导；

7、通过一路载波通道，一路光缆通道，与水调部门进行数据通信，也可与MIS系统、工业电视系统等接口通信，从而实现与现场各控制单元问的相互通信 ；

8、屏幕显示：包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等 ：

9、积累泵站运行数据，为提高泵站运行、维护水平提供依据 ；

10、对各工作站计算机及设备、通讯接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点能诊断到模块；软件运行时，若遇故障能自动给出故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具。

四、泵站自动化系统的设计分析

1、系统总体设计

泵站综合自动化系统由10套机组自动化屏、1套公用自动化屏、1套辅机自动化屏、2台工控机、多台摄像机、矩阵切换器、彩色背投屏组成(见图1)，图中Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，通过该协议，控制器之间、控制器和其他设备之间可以通信。

2、机组自动化屏

机组自动化屏由微机控制保护单元、温度测量单元(温度巡检仪)、电参量测量单元(电力监测仪) 等组成。机组自动化屏原理示意图如图2所示。可编程序控制器(Programming Logic Controller,PLC)是一个良好的自动控制平台，其内部具有输出继电器、保持继电器、计数器、计时器、A/D

（一）微机控制保护单元

微机控制保护单元提供电机主保护和电机后备保护。

（1)电机主保护其功能包括差动速断保护、两侧2段三相式定时限过流保护(其中一侧可以带复合电压闭锁及方向)、比例差动保护、过负荷保护、零序过电压闭保护、过励磁保护、瓦斯及过温保护。该装置包括以下主要逻辑回路，即装置整组启动回路、断线闭锁回路和二次谐波闭锁回路。电机主保护原理图如图3所示。

（2)电机后备保护其功能包括2段定时限过流保护、2段定时限欠压保护、1段定时限电流不对称保护、1段定时限过压保护、1段定时限/反时限过负荷保护、1段失步保护和2段定时限/反时限负序过流保护。该装置还包括PT断线判别逻辑回路，其工作原理如下，即三相电压之和(为与外部的PT比例系数匹配，还需乘上一个零序系数)大于PT断线电压定值或零序电压小于PT断线电压定值，满足上述2个条件中的任意1个后延时lOs报母线PT断线，发运行异常告警信号，PT断线期间自动退出低电压保护，待电压恢复正常后该保护也自动恢复正常。

（二）温度测量单元(温度巡检仪)

温度测量单元对电动机运行过程中机组振动趋势、压力脉动趋势进行监视，当上述趋势变化速率超过限值时发出报警信号。温度测量单元测量对象包括定子线圈温度(6个测量点)、推力轴承瓦温度(4个测量点)、上导瓦温度(2测量点)、下导瓦温度(2个测量点)、上导油缸温度(1个测量点)、下导油缸温度((1个测量点)。仪表面板布置如图4所示。

（三）电参盘测最单元

电参量测量单元集可编程电量测量、数字显示、数字通讯和多种输入、输出功能于一体，可测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等数据，上述数据可以通过RS-485通讯口采用Modbus协议读取。

3、辅机自动化屏

辅机自动化屏由PLc、液晶显示屏、供水泵运行切换开关、排水泵切换开关、真空泵切换开关、高压油泵切换开关、低压油泵切换开关组成。辅机自动化屏的PLC程序流程图如图5所示。

4、公用自动化屏

公用自动化屏由PLC,电参量测量单元、微机保护单元、运行切换开关组成。微机保护单元包括1#进线保护单元、2#进线保护单元、1#站变保护单元、2#站变保护单元和母联保护单元。电参量测量单元包括1#进线测量单元、2#进线测量单元、1#站变测量单元和2#站变测量单元。电参量测量单元测量的参数有电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能和无功电能。

此外，系统配备了视频监控设施，可以将监视目标的实时动态图象及报警信号通过通讯网络传输到中控室。监视点主要设置在泵站水泵层、联轴层、电机层、高压室、低压室和中控室、泵站进出水池、主厂房进口、厂区进口、拦污栅两侧等处。系统还可以将主管部门或调度部门的控制命令传达给中控室的主控计算机，再由中控室的主控计算机下达执行命令，实行远程控制。

五、结束语

综上所述，加强对泵站综合自动化系统的设计研究，可以掌握泵站综合自动化系统的各个部分的设计，从而才能将总体的设计水平进行提高，促进综合自动化系统在泵站中的应用。

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