浅论泵站自动化监控系统设计
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【关键词】自动化流程；设计；功能
泵站自动化监控系统是实现水利信息化的重要环节之一，泵站自动化监控系统能完成所管辖区域内所有泵站设备的现地和远方控制操作、主要设备参数的实时监测、故障报警、运行过程模拟显示以及当地图像监视等功能；能有效地提高泵站设备的可靠性、安全性、可维护性以及控制操作的自动化水平；能够实时对设备参数和运行工况进行监视，消除设备运行隐患，确保主设备的完好率和可调率，减轻运行人员劳动强度，达到“无人值班、少人值守”的运行管理要求，进一步提高泵站调度的及时性和准确性。顺应我国水利行业运行管理现代化的发展趋势。
1.自动化控制系统的设计原则
1.1测点分布的合理性原则
提升或加以泵站的原则是根据进水流量特性选择合适的提升方式，在保证出水水压和扬程的前提下，减少能耗，提高效率。自动化控制系统能实现“自动控制”的前提是工艺参数布点检测合理，能全面监测设备运行状态。因此系统设计原则之一就是根据自控系统自身的规律，结合工艺要求，选择工艺参数的测点位置与数量，同时指导电气完成设备运行状态触点的预留工作。
1.2控制的实效性原则
对于一个通用型的提升加压泵站而言，自控系统通常包括水质检测及加药子系统、水泵电机运行子系统、辅助子系统、变配电系统。而每一个子系统可能自成独立的系统或主要工艺设备自带小闭环系统。这种现状给整个自控系统的实现造成了困难，更无法实现整体的协调控制，因此产生了控制系统的实效性原则。
所有信号的提取不是采用通讯电缆的方式，而是直接利用接口通讯的方式进行。在此基础上，开放所有的控制流程，实现工艺生产过程的顺序控制、逻辑控制和批处理控制。
1.3管理的规范性原则
生产过程控制系统与管理系统式一个对立统一的整体。管理指导控制，控制为管理服务。管理的规范性原则就是要求管理系统与生产过程控制系统建立在同一网络平台上，实现数据的透明交换与共享。同时以控制效果为基础建立管理机制，以管理的能动性优化工艺生产过程控制算法，提高生产效率。
2.自动化工作流程的设计
2.1泵站的自动化流程可分为三种形式：
（1）从高压电源的投入开始，到机组正常投入运行为止；（2）从开某台机开始到机组正常投入运行为止；（3）从开某台机开始，部分工作还必须借助于人工，直至机组下常投入运行。不同的形式有不同的流程。一个泵站是由变电设备、机械设备等组成，并且有多台机组。设备之间的投入和切出是相互联系，向时又是相对独立。如果要通过一条指令完成全站操作过程，给编程和操作的灵活性带来很大的困难。从目前一般泵站的实际出发，拟采用分阶段自动流程设计更为现实和可靠。
2.2自动化流程分为四个过程控制，即电源投入控制过程、辅机操作过程、开机控制过程及停机控制过程。
（1）电源投入控制过程。电源投入过程必须严格执行电业部门有关操作规定。泵站高低压电气设备一般由隔离开关和断路器组成，根据设备特点，按照先合隔离开关，后合断路器。先分断路器后分隔离开关。先合电源侧，后合非电源侧的原则。因此，在过程控制中，要根据设备的具体情况确定设备之间的逻辑关系。在程序编程时予以考虑。建议电源投入过程在泵站一次接线图上以单项操作为主。接线较为简单可按照操作顺序，编制过程控制流程。一般投入过程从电源侧隔离开关开始至站变低压侧断路器合闸为止。
（2）辅机操作过程。大多数泵站由多台机组组成，为保证机组的正常运行，泵站都设置了辅机系统。即水系统、气系统、油系统，闸门系统。这些系统一般情况下和机组的运行台数无关。为简化控制接线，使辅机系统减少对上层依赖。建议上述各系统独立形成自动控制。如在供水系统安装一只小型PLC，可以根据供水压力，通过电接点压力表，决定供水泵的开启台数，上层PLC只要下发各供水系统总电源和接收供水压力（模拟量）及供水泵开启信号作为主机开机的条件即可。辅机操作过程只是开机前的准备工作，各系统的开启先后顺序并不是太严格。这里值得注意的是，给各辅机系统送电源时要有一定的延时，以避免多台电机同时启动。
（3）开机控制过程。开机控制过程分为开机前检测过程和顺序控制过程，有条件时采用闭环控制。开机的检测内容：辅机准备情况、主机各部位油位、断路器的位置等。顺序控制过程：调叶片角度为最低，开启供水母管电动阀，送励磁装置电源，开启液压减载、空气围带放气等，上述控制顺序可根据情况进行调整。最后一步合断路器。合断路器条件来自两方面：是由PLC检测开机条件是否具备。另一个是否进一步确认开机。影响自动控制开机有两个值得探讨的问题。一是手车式断路器。二是励磁系统。传统开机前对励磁系统做法是：先合励磁电源，后将励磁系统转换开关转到调试位置，手动投励。整定电流，观察灭磁情况，将转换开关转到工作位置。应该讲后面一部分工作是正常的年度修试工作。目前，泵站的励磁已经进行微机化改造，可靠性得到很大提高。因此，完全没有必要把以上工作列入到自动化程序中。如果要列入，可以利用PLC对励磁系统进行改造。
3.泵站监控系统功能设计
（1）设备状态检修和设备运行寿命评估，即是设备检修工作发展的必然趋势，也是一项技术性很强的系统工程。状态检测主要利用现代化先进的检测设备和分析技术对泵站的主设备的某些关键部位的参量进行在线实时采集、监测，经过集合现场积累的运行、检测、试验资料和专家经验的智能系统综合分析，从而对设备可能存在的机械、电力问题作出一个实际的评估。要作出一个较准确的评估目前尚有很大的困难，国内外都已做了大量的尝试性工作，取得了宝贵的经验。在实施中，它作为一个相对独立的系统，状态检修与控制系统之间有大量的数据需要共享，在考虑状态检修时应与控制系统统筹安排，两者有机结合。
（2）生产管理，虽然计算机监控系统都比较完备，但因种种原因还是有部分现场设备的监测信号无法输入到监控系统中完成自动监视。安全生产管理可以通过监控系统的实时数据进行分析，并经过安全闭锁条件检查，从而实现安全管理。
（3）流量控制及其平衡是整个供水安全运行的基础，是调度层计算机监控子系统的重要任务和功能。全线流量变化的稳态影响因素主要为全线供水流量目标值的变化，暂态影响因素主要来自沿线分水点分水量的变化和各泵站泵组运行情况的偏差以及水库库情影响。因此在计算时段内，除进行静态流量平衡分配运行外，应能进行动态流量平衡的闭环控制和调节。对于小的流量变动，通过调节泵站运行泵组的叶片角度进行平衡；对于流量变动大的扰动，通过增减开机台数平衡。
（4）调度层计算机监控子系统在满足安全运行的前提下，应具有可根据调度中心值班员输入的总流量目标计划值或供水运行优化调度系统的决策议案，实现如下APC和经济运行的功能：校核各泵站进出水池水位差、当前扬程和泵组的运行效率特性，在各种安全和效率的约束条件下，找出满足总流量目标下的全线合理、优化的流量分配方案，下达至各站点，并根据流量变化，实施流量平衡调节控制功能，对各泵站进行动态流量闭环修正和补偿。自动确定各泵站起停的时间间隔及限制要求，自动逐级起停各泵站的运行。 [科]
【参考文献】
［１］陈虹，唐鸿儒．泵站监控系统的现状与趋势[J]．中国农村水利水电，2002．
［２］许炜晓，任光胜．高压水泵站实时监控系统[J]．重庆大学学报，2002．