自来水厂加压泵站自动化控制改造分析

房德进

[中图分类号] TM76

[文献标志码]A

[文章编号]2095-6487 （2021） 02-0009-03 Analysis on Automation Control Reformation of Boosting Pump Station in Waterworks

Fang De-jin

[ Abstract] The rapid progress of electrical automation technology has greatly promoted the development of modern society， and has also beenmaturely applied in production and life. The article first introduces some problems existing in the automation control of the current water plant， and thenstarts with the composition of the electrical automation conrrol system， and analyzes the automation transformation and application of the pressure pump inthe water plant. From the perspective of the transformation effect， the safety and stability of the automatic control and operation of the pressure pump in thewater plant have been optimized

[ Keywords] waterworks; booster pumping station; automatic control; transformation

自来水厂是一类保有特定的生产设备，通过水泵取水，然后通过一系列的反应、沉淀以及消毒与过滤等流程，将达到饮水水标准的水资源运送到居民家中的生产单位。改革开放以来，我国城镇化进程稳步推进，稳定的自来水供应是居民生活的基本需求之一，但是随着现代化社会的发展，城市高层建筑、超高层建筑的人量出现，人口密度的迅速增长，当前自来水厂加压泵站在自动化控制、水压保持、恒压控制以及系统运行稳定性方而逐渐无法满足社会的需求。通过相关的改造升级，以提高自来水』‘自动化控制的可靠性、高效性等性能，成为当前最需解决的问题。

1  当前自来水厂自动化控制中存在的问题

1.1 现有硬件组成与控制系统兼容性不佳

现阶段，我国一些人型自来水厂引进了国外更为先进的引送水设备，这些设备的性能良好，但是对技术管理的要求较高。在自来水厂的实际运行中，表现出了较为明显的系统硬件与软件控制兼容性不良的问题，导致自动化系统的实际应用效果达不到预期。此外，当前自来水J‘的自动化控制系统在设计和数据校对方而还存在一定的不足，导致一些预期的功能设计与实际工艺需求相冲突。

1.2 技术管理水平有待提高

目前，我国一些自来水J‘的运行管理人员的理论基础和专业技术能力已经无法适应现代化高水平自动化控制系统的管理要求。在自来水的日常运行管理工作中，只能凭借其自身的工作经验进行系统运行管理和技术维护工作。但是，现代化的自来水J‘运行系统技术含量较高，较高的自动化水下需要合理的运行管理和维护才能得以维持，传统的系统运维管理模式最需得到优化升级。

1.3 缺少完善的自动化管理标准

从本质上来说，实行自来水厂的自动化控制是为了通过能耗、人力与物力等资源的优化配置，改善自来水厂运行流程，提高自来水厂生产过程的安全性与效率。但是，当前人多数自来水厂在自动化系统的管理与运行维护方而还存在较多的不足之处，缺少统一的自动化管理标准，相关技术人员的管理也没有相对专业的规范。总得来说，引进自动化控制系统是为了更好地满足社会的需求，电是为了更好地提高自来水厂的经济效益，但是目前缺少完善的自动化管理标准，严重制约了自来水厂自动化控制系统的应用效果。

2 加压泵站自动化控制系統概述

2.1 自来水厂加压泵站控制系统改造前分析

（1）自来水厂加压泵站控制系统在改造前电机启动模式一般由电机额定功率人小、变压器容量以及供水系统长度等因素共同决定。通常情况下，小功率电机可以采用直接启动的方式投入使用，因其功率较小，启动瞬间电流不会过人，因而不会对系统造成明显的困扰;人功率电机多采用减压启动的方式来尽可能的降低启动瞬间的电流，加压泵抽水量需要根据泵站出口端用水量的人小变化而进行相应的调整。由于现代社会生产生活用水量随时间和季节的变化而存在较人的差异，因此加压泵站工作人员的工作量较人，也不利于实现较为精准的供需平衡控制。

（2）自来水厂加压泵站改造前，供水管路一般都是通过手动开关阀进行控制，管路内流量的人小则通过调节阀门的开度来完成。随着科技的发展，人们对自来水输运管路的过程管理要求逐渐提高，最需更加便捷、精准的控制系统应用到自来水J‘的生产中。

（3）以往的自来水厂加压泵站控制系统由专门的操作人员进行人工控制，为了保证各类设备运行的可靠性，需要经常检查各类中控数据，发现异常情况时由人工完成加压泵电机的启停或者自来水运输管路阀门的开关。在这种情况下，往往不能及时发现系统系统情况，也就无法在第一时间做出针对性的控制响应。

2.2 加压泵站自动化控制系统组成

加压泵站是自来水厂中的一类重要单元，其自动化控制模式需要综合考虑供水性质、流量和供水距离的等因素，并且还要保证其具有高度的可靠性与实用性。从设计角度来看，自来水厂加压泵站控制系统由泵站监控系统、调度系统、通信系统以及泵站远程测控单元等组成，其控制系统则包括P C+I/O板卡模式、DCS系统以及PC+PLC系统与现场总线系统等。在实践中，可根据控制系统结构的复杂程度采用不同的控制模式。

3 自来水厂加压泵站控制系统的自动化改造

3.1 泵站自动化控制基础改造

3 .1.1 信息化改造

为了更加精确地掌握泵站的运行状况，就需要全而收集泵站运行过程中的各类数据。在对自来水厂加压泵站进行自动化控制系统的改造时，需要监控加压电机与水泵的启停状态、运行温度，同时需要关注系统压力、流量等指标，通过这些数据的实时获取与传递，提高加压泵站的运行稳定性。在数据的采集时，需要配合人工定时巡检，保证数据的准确性。

3 .1.2规范化改造

通过借鉴国内外相关加压泵站改造的案例发现，在通过现代化控制技术进行加压泵站的自动化改造时需要在设计阶段、施工阶段以及后期的运行维护阶段建立起相对规范的模式。在日常管理工作中，加强经验积累和总结，梳理各个环节的控制管理思路，整理成标准化的体制，以便提高自来水厂加压泵站自动化控制系统组成的合理性。

3.1.3模块化改造

随着电气自动化控制技术的发展，模块化设计在自动化控制系统中得到了较为广泛的应用，并取得了不错的效果。在对自来水厂加压泵站进行改造时，可以将不同的控制功能集成到各个模块中，在应用中直接将需要的功能模块组合起来，即可实观相应的功能。由于模块间的组合具有较高的灵活性，因此自来水厂加压泵站的模块化改造具有良好的可行性。

3.2无人值守自动化控制系统改造

（1）触摸控制屏。触摸控制屏可以连接PLC系统，监控PLC系统中连接着各种数据，同时可以发送控制信号给PLC系统去操控泵站中的阀门电机等设备。触摸控制屏的界面修改简单，比实体按键开关修改更方便。

（2） PLC自控系统。自来水厂的加压泵站中有人量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的——离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，使PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。PLC在原来CPU模板上逐渐增加了各种通信接口，现场总线技术及以太网技术也同步发展，PLC的应用范围越来越广泛。PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点。PLC控制器本身的硬件采用积木式结构，有母板、数字I/O模板、模拟I/O模板，还有特殊的定位模板、条形码识别模板等模块，用户可以根据需要采用在母板上扩展或者利用总线技术配备远程I/O从站的方法来得到想要的I/O数量。在实现各种数量的I/O控制的同时，还具备输出模拟电压和数字脉冲的能力，可以控制各种接收这些信号的伺服电机、步进电机、变频电机等，加上触摸屏的人机界而支持，一台中高端的可扩展PLC可以满足如今在泵站控制中的需求与以后发展的扩展需求。

（3）智能控制器。智能控制器是实现自来水厂加压泵站自动化控制的重要组件，其主要功能是实现加压泵机组的自动化调整。经过近几年的发展，智能控制器在系统通信、转速与温度控制以及非电量测量等方面得到较快的发展，不但提高了其集成度，丰富了功能，还能够有效地降低系统运行的无用消耗，进而提高系统的运行效率。将模块化的智能控制器通过以太网或者485与PLC系统相连接，可以快速方便地进行泵站的升级改造。

（4）组态软件。PLC收集与发送的数据需要专门的软件去管理，组态软件就是数据采集与过程控制的专用软件，是安装在工控计算机上的自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。这些软件可以通过灵活的组态方式，为泵房控制提供快速构建工业自动控制系统监控功能。常用的软件例如：IFIX、组态工等。送水泵房运行监控系统界面示意图如图1所示。

（5）通信子系统。通信系统是建设高自动化水平的无人值守控制系统的又一类必要组成。在自动化控制系统中，监控单元采集到的各类数据信息都需要通过通信系统才能到达控制中心，控制中心发出的执行指令也需要通过通信系统传递到执行单元。目前，常用的通信媒介主要包括移动通信网络以及以太网等。相对而言，移动通信网络具有较好的灵活性，安装方便不用布置线路，但是较不稳定;以太网通信可保证较高的可靠性与传输效率，相对而言前期建设成本相对较高，且需要申请专用的IP地址，还需要建立防火墙以屏蔽互联网中的威胁。在通信系统下的组态软件和触摸控制屏等可以通过网络连接PLC系统，实现远程监控泵站中的各种设备机组。泵房的机组远程控制系统界面如图2所示。

4 加压泵站自动化控制系统改造的实践

在进行自来水厂的加压泵站自动化控制系统改造时，要遵从以下几项原则：自动化控制用于主导生产工艺，电气控制要满足自动化控制的需要;在组建自动化控制系统时，需要从单一功能的控制模块着手，逐级建立起多功能的自动化控制系统，并保证各个接口遵循统一的协议;自动化控制系统运行管理过程中要秉持控制服务于管理，管理促进控制的中心理念，注意建立管理与控制的动态互动。具体来说，自来水厂加压泵站的自动化控制系统的改造可从以下方面出发。

（1）加人新技术、新工艺的研究力度，借鉴国内外先进设备中应用的技术，学习管理经验，重点降低系统建设成本。

（2）注意保证自动化控制系统中各类软件硬件的可靠性，做好通信系统的运行保障，在保证主干网络顺畅的同时要注意建设备用网络，以提高自动化控制系统运行的稳定性。

（3）注意考虑自动化控制系统中各子单元之间的匹配性与关联性，控制自动化控制系统中的设备种类和数量，一方而提高系统的稳定性，另一方而也进一步控制了系统的建设成本。

（4）做好控制线路与通信电缆的保护措施，尤其要检查各个控制单元的接地是否良好。

（5）合理设计自动化控制系统的防雷保护装置，防il.电网被雷电击中后瞬时高压损坏系统中的其他设备。对于电源系統的保护，可通过多级保护、逐级分压的方式来实现，在实践中注意将保护装置布设在靠近设备的位置，并使用双绞线进行连接。此外，还要注意弱化磁场的耦合效应。

5 结束语

综上所述，自来水厂的高效、稳定运行是现代社会的基本要求，为了提高自来水厂加压泵站自动化控制水平，需要对其进行数字化改造、规范化改造以及模块化改造等优化升级，并在实践中根据具体的需求进行针对性的模块化组合以及子系统优化。通过设计、安装以及后期运行维护等综合手段，提高自来水J‘自动化控制的可靠性与实用性，推动自来水厂加压泵站朝着高精度、高运行效率以及高管理水下的方向发展。

参考文献

[1]蔡小锋浅谈自来水厂水泵节能措施【J]低碳世界，2017 （11）：

34-36[2]朱志辉自来水厂PLC自动控制系统的应用[J]科技与创新，

2016 （7）：96-97[3]冷斌，王敏，涂小华PLC控制技术在自来水自动控制系统中的

应用[J]江西化工，2015 （6）：28-30[4]李会祥，赵敏自来水厂水泵变频节电改造效果分析[J]科技与

创新，2015 （14）：91-92[5]王洁.自来水加压泵站远程监控系统设计[D]大连：大连交通大

学，2015[6]范贵元，姜辉自来水厂水泵智能化控制策略分析[J]科技传播，

2014，6 （21）：125，150[7]张文庆，陈阳春，韩仁勇莱钢自来水厂过滤系统节能升级改造[J]

莱钢科技，2013 （3）：60-61[8]雷文俊.自来水厂工艺过程控制系统简述[J]贵州化工，2011，

36 （3）：27-29.[9]陈江，章云自来水加压泵站自动恒压供水系统[J].广东自动化

与信息工程，2001 （1）：17-19