某泵站自控系统更新改造的设计与应用

张冰

(上海电气自动化设计研究所有限公司，上海 200023)



某泵站自控系统更新改造的设计与应用

张冰

(上海电气自动化设计研究所有限公司，上海 200023)

自控系统在泵站运行中起到越来越重要的作用。针对某泵站，依据控制原则和要求，从PLC、SCADA和网络方面，设计了自控系统更新改造的方法，包括6台基本控制柜、2台就地控制柜、触摸屏、工控机和通信，并应用到泵站实际运行中，实现了2台变频泵和4台定速泵的控制、一体式触摸屏的信号监视、中控室工控机的监控与操作、数据服务器的存储和查询，以及与调度中心的远程通讯。

泵站；自动控制；PLC；SCADA；监控

0 系统概述与改造目的

某泵站自控系统更新改造属于上海市白龙港城市污水处理扩建二期的一个部分。共改造六台基本控制柜(四台由二台高压变频通过“一拖二”的方式调速控制[1])、二台就地控制柜和一台配电柜。泵站的液位、流量等工艺参数和泵组、机械设备的工况需上报中控室，泵站的运行接受中控室工控机的控制和调度[2]。

具体为：更换PLC主机和模块，使信号得到恢复，通过基本控制柜上的触摸屏监视信号；通过PLC采集泵站中水位、流量、泵组工况、闸门状态等信号，并传输至中控室，再由中控室远程传输至调度中心；恢复并升级计算机软件和硬件，通过中控室工控机进行泵组工况的监视，对泵机进行遥控；监控电站的相关数据；数据存储与查询。核心为PLC接线和编程的正确性[3]、PLC与工控机和触摸屏之间的通讯、液位流量等信号与工控机和调度中心的通讯、工控机和触摸屏SCADA软件的编写和操作、数据库软件的编写和数据存储[4]。

1 更新改造的方法设计

整个自控系统的正常运行分为三层控制[5]：污水二期调度中心控制、中控室工控机控制及基本柜现场控制，泵站控制层次如图1所示。

图1 泵站控制层次

更新改造主要包括基本控制柜和中控室就地控制柜的更新改造。在整个过程中，先对三台基本控制柜做改造，稳定运行一段时间后，对中控室的二台就地控制柜做改造，采用双机冗余控制，达到工控机可以读取相关数据和控制基本控制柜的效果后，再对另三台基本控制柜做改造。

1.1 网络布线

在更新改造期间，由于原来的通讯是通过Genius网络，改造后新的通讯方式为以太网，所以先敷设光纤，线路与原Genius网络布线保持一致。此外，由于基本控制柜并不是一次性全部更换，所以原来的Genius网线将暂时保留并短接，以确保尚未更换的基本控制的数据仍能不间断上传，中控室工控机安装临时的监控软件，确保基本的运营需求。同时，通过无线通讯构建一个临时的远程通讯网络，从中控室工控机将数据打包远程传输给调度中心。

1.2 SCADA设计

六台就地控制柜均配置触摸屏，中控室配置一台工程师工控机、二台操作员工控机(双机冗余)、一台数据服务器和一台100 M机架式工业级交换机。

SCADA采集现场设备数据，生成整个泵站的工艺流程和变配电系统实时动态，满足日常对泵站各系统的监控、操作和记录，可以遥控各泵启停、变频泵调速、监控温度参数并实时报警、监控泵站水位变化并记录水位。SCADA对各类数据、文件归档，对历史数据进行记录、处理，对数据和画面进行回放，分析和统计进出水流量和能耗，制作各类报表[6]。

1.3 调试方法

首先进行单机调试，即对基本控制柜空载运行，此调试无需开泵，校对柜面按钮指示灯、触摸屏显示和工控机上的显示和操作；接着进行联动调试，按照控制要求和控制流程，对基本控制柜的连锁、互锁、开泵(变速泵开泵流程如图2所示)、停泵、液压闸阀开关等一系列进行测试；然后，带上负载进行测试，对各泵均启停和运行两周，校对柜面按钮指示灯、触摸屏显示和工控机上的显示和操作，保证控制方式与控制要求一致；最后，将前池和高位井液位、各泵开关和流量、雨量信号等数据采集后发送到RTU上，供调度中心查看。

图2 变速泵开泵流程

2 更新改造的应用结果

目前，泵站自控系统更新改造已完成，进入维护阶段，运行良好。

2.1 网络架构

现场就地控制单元层主干网络采用星型结构100 Mbps工业以太网；与低压柜智能开关、电力网络仪表、UPS间采用RS485串口通讯，通讯协议为MODBUS RTU；中控室设备之间通过电缆采用工业以太网连接；35 kV变电所监控系统之间采用工业以太网通讯；中控室与调度中心采用无线RTU和现场总线DDN两种方式互备，实现信息互通。

2.2 SCADA应用

SCADA软件实现了对更新改造后的泵站的监控，反映了数据和控制的正确性[7]。

工艺：如图3所示，显示了泵站的三维组态图和运行的相关信号，包括预留闸门的状态及流量、进水闸门状态、前池液位及报警、入流闸门状态、泵组可用信号、泵组状态及报警、泵组后压力、液压闸阀状态、单泵流量和总流量、雨量、出流闸门状态、高位井液位及报警、放空阀状态、出水箱涵和中隔墙闸门状态、泵组加热器开停和报警、冷却风机的开停和报警、循环冷却泵的开停和报警、泵组电机冷却水报警、主泵冷却水报警、主泵冲洗水报警、循环水箱报警、送排风扇状态等。

图3 泵站工艺

泵组总览：显示了各个单泵组的基本信号，包括单泵间的切换和运行、流量显示、辅助设备(前池液位、高位井液位、冷却塔、送排风扇、循环冷却泵)状态和操作、泵组的模拟量信号(流量、排量、电压、电流、功率、绕组温度、轴承温度、震动及开停泵时间)、泵组的状态信号和操作(开停泵控制需二次确认)。

还有电力、闸阀状态、设备信号、流程监视、硫化氢、报警总览和弹出报警、运行曲线、操作记录和报表生成。

2.3 数据库服务器

所有收集的实时数据按照类型、名称、属性分类，按时序依次存档，并及时写入硬盘。数据库支持检索随机存储和定期存储的数据，具备统计计算功能[8]。数据库服务器可保存一年以上数据并可拷贝保存。

3 结束语

泵站自动化控制技术的提高有利于提升精细化管理水平，提高调度优化水平能力，增强泵站联合运行能力[9]。现在污水泵站自动化控制系统中，PLC和SCADA起到了重要作用，使泵站的日常运营成本得以降低，提高了系统的运行效率，使系统运行更加安全可靠[10]。本文对某泵站自控系统的更新改造进行了方法设计和实际应用，运行结果较好。

[1] DG/TJ08-2124-2013 排水泵站自动化系统设计规程[S].上海：上海市建筑建材业市场管理总站，2013.

[2] 郭子然.污水泵站自动化控制系统的设计理念与实现方法[J].中国科技纵横，2015,24(12)：63-63.

[3] 梁梦颖.浅议泵站自动化系统的设计与应用[J].科技与创新，2015,2(10)：125-125.

[4] 杨庆九.泵站自动化技术的发展趋势分析[J].中国高新技术企业，2015,22(8)：78-79.

[5] 屈运宇，杨攀.泵站节能技术改造与研究[J].化工设计通讯，2015,41(2)：44-47.

[6] 姜海，陈言兵，赵伟.自动化监控系统在大型泵站更新改造工程中的应用[J].水利科技与经济，2013,19(12)：121-124.

[7] 刘继雄.泵站电气自动化改造方案浅述[J].大科技，2012,28(10)：101-102.

[8] 王学明.泵站自动化的发展趋势[J].科技信息，2011,28(23)：55-55.

[9] 沈玉凤.无人值守泵站自动化技术改造案例[J].自动化应用，2011,52(5)：55-56.

[10] 陈金法.泵站自动化控制系统的设计与实现[J].国内外机电一体化技术，2011,30(2)：67-69.

Renovation Design of the Automatic Control System for a Pumping Station and Its Application

Zhang Bing

(Shanghai Electrical Automation D&R Institute Co., Ltd., Shanghai 200023, China)

Automatic control system plays an increasingly important role in the operation of the pumping station. For a pumping station, in terms of the control principles and requirements a renovation approach for automatic control system is designed based on PLC, SCADA and network. It includes six primary control cabinets, 2 local control cabinets, touch screen, industrial computer and communications. They are applied to the actual operation of a pumping station to achieve the control of 2 lead pumps and 4 fixed speed pumps, signal monitoring via touch screen monitoring and operation via IPC in the control room, servers for data storage and query and remote communication with the control center.

pump station；autocontrol；PLC；SCADA；monitoring

本项研究工作得到了上海市科学技术委员会的资助，资助课题(12DZ225900)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.04.032

TP271

A

1000-3886(2016)04-0103-03

张冰(1990 - )，女，江苏徐州人，硕士，助理工程师，研究方向为自动控制。

定稿日期: 2016-03-20