自动化控制系统在城市泵站的应用

杨海霖

（深圳市北部水源工程管理处， 广东 深圳 518034）

我国泵站分布范围广，数量多，几乎每个省市内部都会配有不同的泵站，主要可以用来防洪、灌溉、排涝和供水等。但是到了九十年代中期和后期，自动化技术和先进设备才引入泵站，最终形成综合自动化控制技术。下面本文主要阐述了泵站自动化系统的发展历程、功能特点、系统结构，以及分析了自动化控制系统在城市泵站中的广泛应用。

1 泵站自动化系统发展的历程

根据我国泵站在操作过程中不同的自动化程度，直接将泵站分成半自动化、全自动化和综合自动化三种类型。具体包括如下内容：

1.1 半自动化

整个半自动化的泵站内部，人工可以发出机组启动和停机的初级指令，最后的环节也可以直接由人去执行[1]。整体采用的是开环控制的方式。

1.2 全自动化

在全自动化泵站的运行背景下，大家可以依靠设置在前水池和水池上方的水位继电器进行运作。并以设置在进水管和出水管上方的压力继电器为媒介来控制整个机组的运行，必要时也可以进行各类保护。整体而言，主要采用闭环控制的方式来控制整个机组。

1.3 综合自动化

从上世纪70 年代开始，综合自动化泵站就已经在水利行业中投入使用。一直从之前的数据采集功能系统扩展到了上下位机分布功能系统，到之后也就发展成了综合自动化系统。

2 泵站综合自动化系统的特点

2.1 高度的可靠性和实时性

整个泵站综合自动化系统主要采用全开放式分层结构、分布式系统结构和上下控制层总线通讯结构所组成。这种结构往往能够使得设备之间数据交换的速度变得更快，整个通讯系统也能够变得更加稳定，同时还提供故障报警和事故状态下应急处理的方案及手段。

2.2 良好的开放性和可操作性

可以将系统设备有效地融入现场总线通讯网络内部，并更好地被扩充。几乎所有的硬件都可以组成一个模块，并形成一个通用开放的结构。软件内部的OPC 技术能够让整个软件构成一个开放的环境[2]。整个开放的环境能够在使用的过程中形成一个全汉化的界面，运行人员就可以更好地进行控制和操作。

2.3 系统设计的合理性和可维护性

整个系统都可以直接按照主接线图内部的内容规定进行设计，并在使用的过程中充分地考虑用户的情况。这样往往能够使得整个系统变得更加合理和使用。不仅操作的过程更加方便，而且可以有效地发挥人机接口功能。由于整个系统的结构显得非常合理，因此，相关技术人员可以在方便的时候对设备进行更换和维修，最终能够让整个系统更好地运行。

3 泵站综合自动化系统的结构

整个系统主要是由中控室数据采集控制系统、现场LCU控制系统、自动化仪表系统、多媒体电视监控系统和其他系统组成，并直接以现场工地机为操作平台来将泵站呈现开放式网络分布的格局，有效地和实时闭环控制系统相互结合在一起。PLC 一直在该系统中发挥着十分重要的作用，该系统在运行的过程中可以先接受来自远方或者本站内部的中心指令，同时远方调度中心可以和站内闭环运行有效地结合在一起，并有效地提高泵站运行的经济效益水平。

4 泵站综合自动化控制系统的功能

整个泵站内部的综合自动化系统是以用户的实际需求为基础，再具体分析泵站具体的工作环境，并严格按照国家相关泵站电气设备的布置要求而设计形成的。泵站综合自动化系统的功能主要由如下几点：

4.1 数据采集和处理

存在于泵站中的各个控制单元先要对系统内部的电气量数据进行采集，之后再将数据传输到主控制系统内部进行处理[3]。另外，也一定要同时注意采集其他类型的非电量数据。等到采集完成之后再将收集到的数据有效地进行分类。在这个过程中也会出现诸多不符合信息的数据，大家一定要及时剔除这些错误的数据，并有效地查询和利用这些数据。

4.2 实时控制

泵站系统内部的工作人员可以通过直接操作界面和显示器来直接控制水泵，并有效地让水泵进行启动和停止。注意有效地设定上限值，并在之后检测可能出现的故障。

4.3 数据通讯

目前泵站综合自动化系统可以直接和现场的总线进行联合，再有效地进行数据通讯。在实际使用的过程中，可以以载波通道和光缆通道为基础来和水调部门和电力部门进行通信，也可以有效地和存在于现场的控制单元进行通讯。

4.4 安全运行监视功能

整个自动化综合系统也能够有效地发挥安全运行和监视的功能。主要包括如下五点：第一，值班人员可以以系统界面为媒介来监测泵站内部设备运行的情况，并有效地监视有关的情况。如果一旦在监视的过程中发现任何异常情况，大家则需要在第一时间进行修改。但是在进行操作的过程中，大家要注意设置不同的权限。第二，可以对泵站运行的状态进行监视，或者可以先通过设置操作口令进行监视。注意一定要对所有内部的工作设备进行观察，这样才能够保证所有的设备都能够顺利地运行。系统还需要定期对设备的状态进行检查。如果在检查的过程中发现了任何问题，则应该在第一时间就发出警报。注意在系统内部直接显示设备状态。第三，需要定期先分析水泵运行的状况，之后再对设备进行维护。如果在使用的过程中发现设备出现不对的情况或者其他故障，则应该在第一时间排查相应的故障，这样才能够让水泵更好地运行。第四，每个泵站内部都有诸多辅助设备，大家要有效地监视包括空压机、排水泵和其他设备的信息参数，并对所得到的数据进行分析。从而判断设备是否在使用的过程中出现了故障。第五，综合自动化系统一方面要对各个设备的运行情况进行控制和保护，还需要直接检查自身软件和硬件运行的情况，这样才能够保证系统安全地运行。

5 案例分析

5.1 工程案例

某单位主要负责管理某供水区域内部的泵站管理，并有效地进行供水服务和管网服务。随着供水区域的不断变大，内部的供水量将会变得越来越高[4]。在未来，更多的子泵站会在供水的过程中满足供水的要求。正是因为某些泵站的地势较高，容易给管理和维护带来一定的困难，因此，实现泵站之间的自动化监控显得尤为重要。

该系统不仅结构比较简单，且会在使用的过程中发挥出强大的功能。在实际设计的过程中需要同时考察泵站设备的数量和泵站的拓展能力，这样才能够全方位地实现相关的功能。

5.2 整体功能

在实际设计的过程中可以将三级功能有效地结合在一起。在PLC 站内部先设置有关的控制程序，并有效地采集各类实时的数据，这样才能够更好地进行操作。这个操作过程并不需要人为干涉就可以完成。整个过程被称为“自动化”功能。之后也可以在泵站内部的操作室下达各类指令，这样才能够更好地控制工艺设备。这种控制的方式被称为“远程控制”除了上述两种控制方式，操作人员也可以直接在现场对设备进行操作控制，也会被称为“手动控制”。

实际控制过程中，手动控制为最优先级别，远程控制和自动控制也会发挥一定的作用。整个系统的控制级别会在软件和硬件之间进行切换。存在于现场电气控制柜上的“远控/手动”级别切换到“手动”的级别和位置。之后再在软件条件下从“自动”的状态切换到“远控”的级别。如果正好处于“远控”的状态下，转塘中心泵站和无人值守的泵站之间会出现通讯故障。泵站内部的PLC 系统会直接切换到“自动”状态，这样就能够更好地完成内部自动控制的过程。

5.3 软件功能

在实际建设的过程中，其软件功能包括如下三点：第一，可以将泵站内部的主要生产数据都传输到集团内部的调度室和生产管理系统进行统一生产。第二，整个监控系统和泵站内部的数据信号主要是由电机电流、电机功率、总管压力、出水流量和其他不同的信号组成。第三，可以根据运行实际需求来进行报警。在报警的过程中应该同时伴随声光效果，并有效地提出相应的提示。等到提示都有效地被确认之后再启动历史分组报警和查询的功能。

6 结语

综上所述，本文首先分析了我国泵站综合自动化系统具有“数据采集和处理”、“ 实时控制”、“ 安全运行监视”等功能优势，其次再结合运行的工程案例进行深入剖析，事实证明，自动化控制系统在城市泵站确实能够被更好地广泛运用，有力促进水利事业的可持续稳定发展。