泵站電氣自動(dòng)化的必要性和設(shè)計(jì)思路

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　　摘要：排水泵站作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。目前國(guó)內(nèi)大部分的泵站的控制和管理還處于相當(dāng)落后的狀況，與國(guó)外相比具有很大的差異，所以必須對(duì)現(xiàn)有泵站電氣自動(dòng)化提出更高要求。文章闡述了我國(guó)目前泵站對(duì)電氣自動(dòng)化需求，泵站自動(dòng)化典型設(shè)計(jì)的必要性和設(shè)計(jì)基本思路。

　　關(guān)鍵詞：排水泵站；電氣自動(dòng)化；典型設(shè)計(jì)

　　排水泵站（簡(jiǎn)稱泵站）作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施，擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。從目前國(guó)內(nèi)大部分的泵站控制和管理來(lái)看還是處于相當(dāng)落后的狀況，與國(guó)外相比具有很大的差異。在電氣控制上，自動(dòng)化監(jiān)控程度低，大部分的泵站僅有單級(jí)的常規(guī)控制。在管理水平上，大部分泵站的管理記錄和統(tǒng)計(jì)都是手工操作，泵站控制和管理沒(méi)有形成區(qū)域化的網(wǎng)絡(luò)，所以必須對(duì)現(xiàn)有泵站電氣自動(dòng)化提出更高的要求。向國(guó)外無(wú)人化泵站監(jiān)控管理發(fā)展，以達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的。

　　一、泵站電氣自動(dòng)化在泵站的需求

　　1．泵站電氣設(shè)備的自動(dòng)控制、測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)視、通訊方面。其內(nèi)容包括：泵站高壓送、變電系統(tǒng)；泵站0.4kV配電系統(tǒng)；泵站直流系統(tǒng)；主機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；電機(jī)的綜合保護(hù)系統(tǒng)。

　　2．泵站及重要輔機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制、測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)視、通訊方面。其內(nèi)容包括：為主機(jī)配套的油系統(tǒng)的控制（例如：水泵葉片調(diào)節(jié)壓力油系統(tǒng)、快速閘門(mén)液（油）壓操作系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、齒輪箱冷卻油系統(tǒng)等）；為主機(jī)配套的氣系統(tǒng)的控制（為真空破壞閥（虹吸式泵站）所配的低壓氣系統(tǒng)、為水泵葉片調(diào)節(jié)配套的壓力油及其它氣動(dòng)工具用的中壓儲(chǔ)能氣系統(tǒng)）；泵站水系統(tǒng)（為主機(jī)組配套的冷卻水系統(tǒng)、泵站排水系統(tǒng)和消防用水系統(tǒng)等）。

　　3．各種非電量的自動(dòng)測(cè)量、監(jiān)視、通訊方面。其內(nèi)容如下：水工安全方面的位移、沉降、揚(yáng)壓力、應(yīng)力等各種監(jiān)測(cè)；水文、水位、水情、水量、水質(zhì)等各種監(jiān)測(cè)；各種溫度、濕度的監(jiān)測(cè)；絕緣監(jiān)測(cè)；各閘門(mén)開(kāi)度、荷重等監(jiān)測(cè)。

　　4．泵站內(nèi)、外部的通訊網(wǎng)絡(luò)、辦公自動(dòng)化、保安消防系統(tǒng)。

　　5．全站的視頻監(jiān)視系統(tǒng)及視頻信息上傳。根據(jù)以上納入自動(dòng)化系統(tǒng)的各項(xiàng)需求，將其進(jìn)行分類(lèi)、集成。按照流程框圖要求設(shè)計(jì)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，使系統(tǒng)具備以下功能：控制、保護(hù)與調(diào)節(jié)功能；數(shù)據(jù)采集與處理功能；設(shè)備運(yùn)行在線監(jiān)視功能；事故預(yù)告與報(bào)警功能；數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳與系統(tǒng)管理功能。

　　二、泵站電氣自動(dòng)化典型設(shè)計(jì)的必要性

　　自上世紀(jì)90年代開(kāi)始。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和成熟，泵站自動(dòng)化技術(shù)獲得了一定的發(fā)展。但是縱觀全國(guó)各地泵站自動(dòng)化實(shí)施現(xiàn)狀仍存在不少問(wèn)題。由于自動(dòng)化及信息化技術(shù)發(fā)展迅速，而相關(guān)設(shè)計(jì)院的自動(dòng)化設(shè)計(jì)力量往往配備不足，近年來(lái)泵站工程的前期設(shè)計(jì)方案通常由開(kāi)發(fā)商和設(shè)計(jì)院共同完成。而開(kāi)發(fā)商又沒(méi)有可供參考的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)泵站自動(dòng)化的真正需求了解不深，致使設(shè)計(jì)的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)和現(xiàn)實(shí)需要脫節(jié)。需求分析缺乏深度泵站自動(dòng)化屬于工業(yè)自動(dòng)化范疇。與小型水電站自動(dòng)化比較相近，但也有其自身的特點(diǎn)。I/O點(diǎn)的配置、參數(shù)的設(shè)置。檢測(cè)控制的重點(diǎn)對(duì)象應(yīng)緊密結(jié)合泵站運(yùn)行管理實(shí)際需要來(lái)確定。不少開(kāi)發(fā)商將泵站開(kāi)停機(jī)操作理解為泵站自動(dòng)化，結(jié)果用大量的配置將泵站的柜前操作移至計(jì)算機(jī)屏幕前的鼠標(biāo)操作。對(duì)泵站自動(dòng)化內(nèi)在的需求沒(méi)有分析透徹。泵站的勵(lì)磁系統(tǒng)問(wèn)題、保護(hù)問(wèn)題、水力監(jiān)測(cè)問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問(wèn)題故障診斷問(wèn)題、主機(jī)與輔機(jī)的配合問(wèn)題、生產(chǎn)管理問(wèn)題及信息化問(wèn)題等等才是泵站自動(dòng)化的核心需要。不少泵站對(duì)此沒(méi)有引起足夠重視。

　　泵站自動(dòng)化是一門(mén)綜合了泵站技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)等多學(xué)科的高科技新生事物但由于泵站自動(dòng)化起步較晚，積累的經(jīng)驗(yàn)不多又沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。泵站自動(dòng)化的投資規(guī)模、設(shè)備的檔次和范圍、監(jiān)測(cè)控制對(duì)象、速度和精度軟件的配置、功能設(shè)置、數(shù)據(jù)庫(kù)定義、與信息化系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議、與智能設(shè)備的接口等都迫切需要一個(gè)典型的參考或相對(duì)統(tǒng)一的規(guī)定。在暫時(shí)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的情況下組織進(jìn)行泵站自動(dòng)化典型設(shè)計(jì)是十分必要的。

　　大中型泵站類(lèi)型不多。同容量同類(lèi)型的泵站自動(dòng)化需求基本相同。可以根據(jù)泵站電機(jī)的容量等級(jí)、水泵結(jié)構(gòu)、輔機(jī)配置等分成少數(shù)幾種等級(jí)或類(lèi)別。自動(dòng)化的基本需求也可以分成幾種類(lèi)別。不同的類(lèi)別可以根據(jù)泵站的重要程度和可能投資力度分成幾個(gè)檔次，然后根據(jù)類(lèi)別和檔次分別進(jìn)行典型設(shè)計(jì)。

　　三、泵站自動(dòng)化典型設(shè)計(jì)的基本思路

　　面向需求的典型設(shè)計(jì)泵站自動(dòng)化絕不僅僅是機(jī)組開(kāi)停機(jī)自動(dòng)化，泵站自動(dòng)化由泵站生產(chǎn)管理實(shí)際需求來(lái)確定。泵站及泵站的生產(chǎn)、管理人員應(yīng)該做什么、期望泵站自動(dòng)化代替人工做什么、自動(dòng)化能夠?yàn)楸谜咀鲂┦裁?、哪些是重點(diǎn)必須做的、哪些是非重點(diǎn)的都要進(jìn)行認(rèn)真分析。如泵站水位流量監(jiān)測(cè)控制、泵站效率控制、泵站勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制、泵站無(wú)功控制、泵站振動(dòng)噪聲空蝕監(jiān)測(cè)控制、溫度控制、泵站保護(hù)、故障和事故預(yù)警、泵站輔機(jī)及附屬配套設(shè)備監(jiān)測(cè)控制、視頻監(jiān)控需求、管理系統(tǒng)信息交換等等。泵站對(duì)自動(dòng)化的需求是復(fù)雜的也是無(wú)止境的。典型設(shè)計(jì)要在充分分析需求的基礎(chǔ)上。分出輕重緩急，分出可能與不可能，分出效率面向需求量體裁衣。作出切合泵站實(shí)際需要的典型設(shè)計(jì)。

　　1．面向信息的典型設(shè)計(jì)。泵站信息作為水利信息化的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，可提供信息化的基礎(chǔ)信息典型設(shè)計(jì)要充分挖掘和提取泵站關(guān)鍵信息為信息化系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。泵站也只有通過(guò)典型設(shè)計(jì)才能較好地做到這一點(diǎn)。

　　2．基于準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的典型設(shè)計(jì)。泵站自動(dòng)化還沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但典型設(shè)計(jì)可以起到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)性的作用，可以較為普遍地應(yīng)用。如800kW立式同步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的泵站推力瓦布設(shè)幾個(gè)溫度傳感器。電量監(jiān)測(cè)是采用電量傳感器還是通過(guò)交流采樣，由計(jì)算機(jī)計(jì)算還是直接采用多功能電表等，可通過(guò)典型設(shè)計(jì)基本固定下來(lái)，使典型設(shè)計(jì)起到部分標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的作用以供參考，從而使大型泵站自動(dòng)化具有整體性和整齊性。

　　3．基于模塊化的典型設(shè)計(jì)。雖然大中型泵站類(lèi)型不多，變化不大，但各個(gè)泵站還是存在機(jī)組臺(tái)數(shù)和形式的區(qū)別。典型設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出若干個(gè)模塊應(yīng)用到所有泵站之中。整個(gè)泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就是由數(shù)個(gè)基本模塊通過(guò)積木式疊加組合而成。

　　泵站綜合自動(dòng)化的基本模塊可分為泵站監(jiān)控層及網(wǎng)絡(luò)模塊、水力監(jiān)測(cè)模塊、泵站機(jī)組LCU模塊、泵站輔機(jī)LCU模塊、微機(jī)勵(lì)磁模塊、泵站公用LCU模塊。泵站清污機(jī)LCU模塊、泵站防洪閘（節(jié)制閘）LCU模塊、泵站工程安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊、視頻監(jiān)控模塊辦公管理模塊等。模塊化設(shè)計(jì)是將泵站自動(dòng)化作為一個(gè)產(chǎn)品整體考慮。同時(shí)又使之具有較大的靈活性?？梢赃m用于同類(lèi)型的所有泵站?？梢员苊庖蛉狈?biāo)準(zhǔn)而盲目追求高投入和高配置以及設(shè)計(jì)功能不全的問(wèn)題。如機(jī)組LCU模塊就是一個(gè)內(nèi)部不可分割的模塊。內(nèi)部的PLC傳感器、電源、T/o接口端子、繼電器等都是確定的，端口也是確定的。每個(gè)模塊都包括確定的硬件配置。軟件配置和功能配置。

　　三、結(jié)語(yǔ)

　　在泵站的實(shí)際運(yùn)行中，泵站自動(dòng)化控制流程設(shè)計(jì)正確與否，實(shí)際上是由流程圖決定的，所以確定流程圖時(shí)需要征求有關(guān)專業(yè)方面的意見(jiàn)，對(duì)流程進(jìn)行必要的補(bǔ)充和修正，使其真正與泵站的實(shí)際操作情況相符，從而保證泵站機(jī)組的安全運(yùn)行，泵站自動(dòng)化典型設(shè)計(jì)與泵站自動(dòng)化改造是利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)武裝泵站大幅度提高泵站現(xiàn)代化管理水平的重要舉措。如何將泵站自動(dòng)化工作做好，真正發(fā)揮現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的作用是擺在我們面前的一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

　　作者簡(jiǎn)介：陳導(dǎo)（1981－），男，廣東平遠(yuǎn)人，供職于惠州市惠州大堤管理處，研究方向：水利工程。