试论自来水厂加压泵站电气自动化控制技术改造

荣永忠（湖南省东安县自来水公司，湖南　永州　425900）



试论自来水厂加压泵站电气自动化控制技术改造

荣永忠（湖南省东安县自来水公司，湖南永州425900）

工业现代化的重要标志即是电气自动化，代表着最为先进的科学核心力量，通过电气自动化改造，进一步确保了设备的安全稳定运行。自来水厂是人们生活中不可或缺的重要部分，加强其电气自动化建设意义重大，本文就其加压泵站电气自动化恒压控制技术的改造进行了探讨，为人们提供安全压力范围内更稳定的生产生活用水。

自来水厂；加压泵站；电气自动化；改造

引言

自来水的提取需要通过水泵来进行，将江河湖泊、地下水、地表水等，经过反应、沉淀、过滤和消毒等工艺，经过泵站输送到千家万户。原有的传统自来水厂所使用的加压泵站，由于配、控电设施等方面逐渐难以满足用户大用量、高稳恒水压等现代高标准要求，因此，许多自来水厂选择了对加压泵站实现电气自动化改造的措施，有效确保供水安全、优质和系统的稳定性。

1　泵站电气自动化控制系统

1.1传统自来水厂加压泵站电气控制系统

（1）传统加压泵站使用的电机启动方式，需要根据电机功率的大小与变压器容量的大小、线路的远近来确定的。对小功率的电机来说，一般采用直接启动，启动时对整个系统没有多大的影响；对较大功率的电机来说，一般采用降压或减压启动，在降低电压启动后达到稳定电压时，电机带动水泵抽出的水量因相关阀门的开度大小而定。因为用户的用水量时刻在变化，水的压力会随着用户的用水量大小而变化，所以值班人员要时刻根据压力表的压力大小来调节水泵机组的台数以及相关阀门的开度来保证恒压，否则可能会出现压力过大，导致外面市政管道的水管爆破，或压力过少，导致用户的水量不大，引起用户的投诉。而现在的加压泵站通常采用变频或软启动方式，它根据外面的用水量或压力自动改变电机的频率，即改变电机的转速来达到恒定的压力，可以避免上述不利现象。该系统通常不需要专门启停水泵机组的台数或相关阀门的开度。

（2）传统自来水厂加压泵站所用的阀门大多采用手动阀门，通过人工调节阀门的开度来调节水量，而随着科学技术的发展，电气自动化控制技术运用到阀门控制上，手动阀门逐渐被电动或气动阀门所取代，根据用户用水量的大小来自动调节阀门的开度，实现阀门的自动化控制。

（3）过去传统的加压泵站电气控制需要由专人值班看守，不定时检查电气机械设备是否正常，对电机的启停和阀门的关闭，现在通过电脑或互联网的报警提示来监控系统运行状况，通过远程控制来控制电机的启停和阀门的关闭，减少值班人员等方式来实现其自动化。

1.2泵站电气自动化控制系统的构成

加压泵站的建设项目中，对于其工艺的选择往往需要根据实际的供水性质、流量以及提升距离的相关要求、占地面积、工程投资规模等各方面的因素进行综合评估，其自动化控制系统的建立，同样需要依据实际情况和工艺决策来进行，总体来说，其设计应当以实用、可靠、先进为原则。而泵站的自动化系统结构中，主要包括泵站监控中心、调度中心、通信平台、泵站远程测控终端、计量测量及摄像设备等部分。

一般来说，泵站的电气自动化控制系统结构可以根据实际情况，设计成不同的形式，较为简单通用的有PC+I/O板卡方式，可以实现单一的控制；较为高级的结构有DCS系统，适用于多回路调节控制；此外常见的还有PC+PLC系统、现场总线系统（FCS）。这些自动化控制系统结构虽然不同，但系统设计原则是相同的，要求以确保系统满足控制要求为前提，提高系统性能与稳定性，从而有效增加系统附加值。

2　传统自来水厂加压泵站电气控制系统的改造

2.1泵站电气自动化基础改造

2.1.1信息改造

泵站信息是泵站运行过程中的关键信息节点，其发挥的主要作用是读取泵站运行过程中的压力、流量等主要参数，从而为自动化系统提供准确的实时动态数据，提高泵站工作效率。对于大型泵站的改造而言，需要通过周密的部署安排，才能够对基础信息进行准确的采集利用。

2.1.2规范化改造

泵站的电气自动化必须充分地实现规范化设计，这样才能够确保泵站生产方式、设备运行条件、技术状态以及管理体制等的相关要求。通过吸收国内外先进的技术与管理经验，规范化的设计思路，规范化标准成为设计的参考依据，促使泵站合理化、自动化的实现。

2.1.3典型改造

传统原有的泵站中，大中型泵站的比例相对较小，泵站变化也较少，此特点首先就体现在机组数量与排列上。因此，对于典型泵站的改造设计，可以设计出几十个不同的应用模块，并为泵站的自动化基本模块设计出整体模板。自动化模块的典型设计通常是将泵站自动化的某一类设备作为独立的整体体型来进行考虑，即并非单纯地考虑某一个量，而是为某一设备，配备完整健全的保护监控装置，从而完成特定功能。典型设计存在较大的灵活性，因此可以在运行过程中，有效避免运行风险和安全事故。

2.2无人值班自动化系统改造

（1）自动化控制屏。自动化控制屏是为了实现无人值班情况下对泵站机组的自动控制而设计的，其中包括智能型万能式断路器、自动控制装置等设备，集合了供、配电的主回路控制、二次测量、继电保护和控制等诸多功能；在结构上，一次部分、二次部分、强电和弱电是彼此分离的，避免了彼此间的干扰，确保泵站机组运行的安全可靠。

（2）计算机监控系统。计算机监控系统是辅助自动化控制屏功能实现的重要子系统，主要功能是对泵站中机组运行情况进行全面监控，在实际应用中，有iRS485和以太网计算机监控系统两种。iRS485通信口的优点在于技术成熟、节约投资、提升自动化水平，缺点是通讯速率较低；以太网的优点在于通讯速率很高，最高可达100Mbps，而且在监控系统中可以加装摄像头，提高系统的监控效果。

（3）智能控制器。智能控制器是完全无人值班自动化系统的核心所在，只有通过智能控制器，才能完成对机组的自动调整。智能控制器具有集成度高、功能强大的特点，集中了机组的所有通讯、转速和温度测量、自动控制和非电量测量等功能，在保证泵站机组功能完整的基础上，降低了设备配置的消耗，提高了设备使用的效率，有效节约了投资成本。

（4）通讯子系统。通讯子系统也是无人值班自动化系统必不可少的组成部分，控制器对机组运行信息的收集和指令的下达都需要经过通讯子系统，就400V低压机组泵站实际情况而言，由于投资成本较低，通常不会架设专门的光纤，采用的通讯子系统主要是GPS、3G和Internet。其中，GPS网络宽带较小，只能传递各种机组测量数据和相应控制信号，无法实现视频图像的传输，手机和计算机均能使用；3G网络能够提供2M宽带，穿了基本的数据和控制信号传递外，可以实现1路视频图像的传输，手机和计算机均能使用；Internet可以实现数据、控制信号和多路视频图像的传输，但需要申请固定的IP地址，加装防火墙，会增加投资成本。

3　自动化控制系统的实现

在改造自来水厂泵站电气自动化控制系统时，需要注意遵循以下几点规则：自控指导工艺，电气服从自控；在实施系统时，则应当执行单体配合全局，统一接口协议；而在其运行管理过程中则需要确保管理服从控制，而控制又反过来服务于管理，最终实现测控管理一体化。例如，某加压泵站的自控系统的统一规划设计，就建立了一套完整的测控管一体化系统，并且在实际运用中获得了良好的效果，其具体的控制系统结构原理如图1～2所示。

（1）该系统降低了建设成本，提高了进口设备技术透明度。

（2）系统中所使用的软硬件设备和网络结构都必须确保可靠，维持通讯通道的畅通，既要有主干网络，又要有备用网络，用以作为系统正常运行的保障。

图1　某泵站电气自动化控制系统结构图

图2　引水工程泵站系统图

（3）要重点强调系统的成套性和关联性，尽可能减少控制系统所使用的设备种类，降低生产运行成本。其中的线路、过电压等保护器安装完全，将防雷装置与建筑物的外来导线、金属装置、电气装置等都准确连接起来，从而降低雷电流经过时，在各金属器件之间形成的电位差。

（4）需要针对系统采取适当的屏蔽措施，将建筑物的门窗、地板等金属构架相互焊接起来，此过程中需要注意与地网之间的连接良好。

（5）需要重视雷电过电压保护，如果被雷电击中电网，雷电过电压会沿着线路传播进入机房，从而给站场通信系统中的计算机和其他相关设备造成损坏。电源系统应当采用多级保护的方式，进行逐级泄流，将残压限制在2倍额定电压值雷电的瞬变电磁场，在信号线路与其回路上，感应所产生的过电压，以及损坏的接口电路过电压。而在实际的安装过程中，要求保护装置尽可能靠近被保护设备，保护元件的两端应当采用双绞线；减小耦合回路总面积，降低磁场的耦合效应，只有合理地采取了综合防雷保护措施，才能有效防止雷击对设备造成损坏。

4　结束语

在泵站的实际运行过程中，对于机组中的一些基础设施，应当进行定时维护。通过信息网络、数字自动化技术的运用，确保泵站自动化实际操作与设计改造相符合，发扬泵站自动化系统的技术特点，最终实现无人值守、自动控制，使泵站管理水平、工作效率、精准度达到更高要求。

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［2］吕振国.加压泵站运行的科学化管理策略研究［J］.科学与财富，2015 （18）：152.

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荣永忠（1971-），男，工程师，本科，主要从事自来水的电力系统及其自动化的管理设计工作。

TU991.3

A

2095-2066（2016）12-0092-02

2016-3-8