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摘要：自上世纪九十年代开始，随着计算机技术、通信技术和传感器技术的快速发展和在工控领域的广泛运用，全国各地大中型泵站相继进行了泵站自动化改造。泵站自动化系统对于提高设备的运行效率，促进泵站现代化管理有着重要的意义。本文就大型泵站自动化及应用进行探讨分析。
关键词：大型泵站；自动化；应用
1、大型泵站自动化基本原则
大型泵站的自动化由供电系统自动化、PLC集散控制及数字视频闭路监视等几部分组成。实现大型泵站的自动化，一方面，可以提升泵站运行管理的效率，实现设备的优化运行，延长泵站设备的使用寿命；另一方面，可以有效减少误操作，减少和杜绝运行事故的发生。可以说，实现大型泵站的自动化，是现代社会发展的必然要求，也是泵站运行管理的必然趋势。在大型泵站自动化的过程中，需要坚持以下几个基本原则：（1）可靠性：可靠性是泵站自动化成败的关键，在进行自动化设计和改造中，应该充分重视设备性能的选择和搭配，确保自动化系统的安全可靠，并在可靠性的基础上，保证设备的先进性和前瞻性。（2）实事求是：要想真正实现泵站的全面自动化，需要投入大量的现代化设备。因此，在对泵站自动化系统进行设计的过程中，必须结合泵站的实际情况，做好定位工作，不能一味贪大求全。从泵站自动化程度分析，可以从数据采集型、部分系统自动化以及综合自动化三种型式中进行选择。（3）效益最大化：泵站的自动化运行必须以经济效益的最大化为目标。当前，部分泵站的运行时间极短，也有一些泵站设备尚未发挥相应的效益和功能，就随着泵站的改造而被淘汰，造成了大量的资金浪费。因此，在泵站自动化改造中，必须坚持效益最大化原则，对于年运行在3000-4000h以上的泵站，才能够进行自动化改造。
2、大型泵站构成
大型泵站自动化主要分为三层。一是信息层：由监控计算机、大屏幕显示器及打印机等构成。其位于中央控制室，可对全泵站生产数据进行收集及集中控制，设有上位机两台（工程师站、操作员站各一台计算机），以及打印机、UPS电源。上位机通过CAN总线与PLC连接；设有模拟屏，显示全泵站的电力监控情况。二是设备层：主要由现场仪表、压力阀门传感器、水泵、高压配电柜、低压配电柜、电动机、流量计、现场设备及仪表等构成。这些仪表通过DC24V开关量信号及4～20mA模拟信号与PLC远程I/O站进行连接，把工艺参数、运行状态送到PLC，而PLC则实现对设备的控制。三是控制层：主要由PLC控制机、远程I/O输入/输出子站构成。它负责对现场仪表数据采集以及对现场设备进行监控；PLC通过CAN总线与上位机（即监控计算机）进行连接，通过光纤与远程I/O子站或上级主管部门控制中心进行连接。
3、大型泵站自动化系统的特点与功能
3.1特点
（1）高度的实时性：系统适应性强、抗干扰、实时性好；（2）具有高度的可靠性：系统采用成熟的全开放式分层、分布式系统结构，上下控制层采用现场总线通信模式，大大提高了系统设备间的数据交换速度和稳定性。（3）完备的安全性：系统采用冗余与模块化技术，能有效减少误操作对水泵运行的影响，并能够对功能操作进行检查校对，安全性较高；（4）良好的开放性和扩充性：专用现场总线通信网络结构的采用使设备可方便地进行扩充。所有的硬件均为模块化，构成一个通用、开放的结构体系。应用软件采用OPC技术，使其构成一个开放的接口环境。（5）完好的操作性：系统可采用全汉化界面，使操作更加便捷，工作效率高；（6）设计的合理性：严格按照系统的电气主接线图进行设计并充分考虑现场设备的实际情况，使系统布局合理，美观实用。（7）可维护性：系统采用模块化结构模式，这使得技术人员方便地对必要的设备进行更换和维修，保障系统可靠运行。
3.2功能
大型泵站自动化功能众多，主要分为采集数据、控制设备、监测设备运行状态三块。在采集数据方面，能够采集的如进出站管道压力、出站流量、各电路开关状态、排污泵启停状态等。在控制设备方面，可以智能選择运行水泵、控制设备的开启停止等。在监测设备运行状态方面，中央控制系统通过设备控制画面、控制设备开关等，对水泵运行进行宏观调度，另外，中央控制系统还可以对变频器的输出、频率、压力进行远程设置。中央控制系统还担负着统计系统数据信息，分析不同工艺参数数值，优化系统运行状态、提升系统运行效益的职能。在中央控制器的显示屏幕上，可以清晰显示出系统各设备的运行状态、变化参数和故障信息。如果系统运行出现问题，中央控制器还可以发布报警信号。
4、大型泵站自动化的应用
以某城市大型泵站为例，对泵站进行自动化改造。泵站设控制室一间，控制室设监控管理计算机（本文也称中心计算机）两台，一台为工程师站、另一台为操作员站，用于控制、监测和管理，计算机配有19寸彩色显示器、打印机及键盘，另配有稳压和不间断电源。系统通过通信网络采集泵站主要设备的参数及主要设备的运行状态信息。对现场数据进行分析处理储存，通过简单的键盘操作，可进行系统功能组态，在线修改和设置控制参数、下达指令，CRT可直观显示泵站动态流程图和高压系统图，可自动生成各类报表，显示和打印记录数据；报警系统将现场设备的各种故障在中心控制室信号屏上进行声、光报警，并能将故障分类打印。
PLC系统可以实现对泵房内压力、水位等信息的收集，同时结合收集到的相关数据信息，实现对各种设备的管理和控制，并将接收到的高压柜微机综合保护模块、高压软起动器等的数据信息传输到监控机，实现对设备运行状态的实时监控管理。在该工程中，PLC安装在变配电所，所有的硬件均为模块化，形成了一个开放、灵活的结构体系，可以结合实际需求，对系统功能进行添加和完善。在泵站内，四台大型水泵的软起动器以及高压综合保护模块分别通过RS485接口，与PLC通信模块进行连接，不仅可以实现PLC自动化控制，也可以通过向管理机传输数据的方式，实现对设备的手动控制。
在出水管道上安装电磁流量计四台，以便用来检测水量压力等参数。仪表4～20mA直流输出，仪表电源由PLC采用屏蔽控制电缆供电，信号采用计算机专用屏蔽电缆传回PLC，并在计算机CRT上显示。自动化控制系统中的视频监控设施分布在泵站的各个部位，形成了一个综合网络结构，即CAN通信网，该通信网中所有的设备和信号全部由PLC控制，结合相应的监控中心计算机，可以实现远程控制和远程视频音频通话。
5、结束语
经过数年的试运行，该泵站自动化运行良好，管理效率得到了有效提升，设备运行效率、运行完好率、故障自动检测明显提高，经济效益非常显著。因此，相关管理部门应该充分重视起来，采取合理有效的措施，实现大型泵站的自动化，保证泵站的安全稳定运行。
参考文献：
[1]对泵站电气自动化的探讨[J].许广龙.中国新技术新产品.2014（02）.
[2]泵站优化调度系统的设计与实现[D].张森.西安电子科技大学2014.
（作者单位：武汉市汤逊湖泵站管理处）
关键词：大型泵站；自动化；应用
1、大型泵站自动化基本原则
大型泵站的自动化由供电系统自动化、PLC集散控制及数字视频闭路监视等几部分组成。实现大型泵站的自动化，一方面，可以提升泵站运行管理的效率，实现设备的优化运行，延长泵站设备的使用寿命；另一方面，可以有效减少误操作，减少和杜绝运行事故的发生。可以说，实现大型泵站的自动化，是现代社会发展的必然要求，也是泵站运行管理的必然趋势。在大型泵站自动化的过程中，需要坚持以下几个基本原则：（1）可靠性：可靠性是泵站自动化成败的关键，在进行自动化设计和改造中，应该充分重视设备性能的选择和搭配，确保自动化系统的安全可靠，并在可靠性的基础上，保证设备的先进性和前瞻性。（2）实事求是：要想真正实现泵站的全面自动化，需要投入大量的现代化设备。因此，在对泵站自动化系统进行设计的过程中，必须结合泵站的实际情况，做好定位工作，不能一味贪大求全。从泵站自动化程度分析，可以从数据采集型、部分系统自动化以及综合自动化三种型式中进行选择。（3）效益最大化：泵站的自动化运行必须以经济效益的最大化为目标。当前，部分泵站的运行时间极短，也有一些泵站设备尚未发挥相应的效益和功能，就随着泵站的改造而被淘汰，造成了大量的资金浪费。因此，在泵站自动化改造中，必须坚持效益最大化原则，对于年运行在3000-4000h以上的泵站，才能够进行自动化改造。
2、大型泵站构成
大型泵站自动化主要分为三层。一是信息层：由监控计算机、大屏幕显示器及打印机等构成。其位于中央控制室，可对全泵站生产数据进行收集及集中控制，设有上位机两台（工程师站、操作员站各一台计算机），以及打印机、UPS电源。上位机通过CAN总线与PLC连接；设有模拟屏，显示全泵站的电力监控情况。二是设备层：主要由现场仪表、压力阀门传感器、水泵、高压配电柜、低压配电柜、电动机、流量计、现场设备及仪表等构成。这些仪表通过DC24V开关量信号及4～20mA模拟信号与PLC远程I/O站进行连接，把工艺参数、运行状态送到PLC，而PLC则实现对设备的控制。三是控制层：主要由PLC控制机、远程I/O输入/输出子站构成。它负责对现场仪表数据采集以及对现场设备进行监控；PLC通过CAN总线与上位机（即监控计算机）进行连接，通过光纤与远程I/O子站或上级主管部门控制中心进行连接。
3、大型泵站自动化系统的特点与功能
3.1特点
（1）高度的实时性：系统适应性强、抗干扰、实时性好；（2）具有高度的可靠性：系统采用成熟的全开放式分层、分布式系统结构，上下控制层采用现场总线通信模式，大大提高了系统设备间的数据交换速度和稳定性。（3）完备的安全性：系统采用冗余与模块化技术，能有效减少误操作对水泵运行的影响，并能够对功能操作进行检查校对，安全性较高；（4）良好的开放性和扩充性：专用现场总线通信网络结构的采用使设备可方便地进行扩充。所有的硬件均为模块化，构成一个通用、开放的结构体系。应用软件采用OPC技术，使其构成一个开放的接口环境。（5）完好的操作性：系统可采用全汉化界面，使操作更加便捷，工作效率高；（6）设计的合理性：严格按照系统的电气主接线图进行设计并充分考虑现场设备的实际情况，使系统布局合理，美观实用。（7）可维护性：系统采用模块化结构模式，这使得技术人员方便地对必要的设备进行更换和维修，保障系统可靠运行。
3.2功能
大型泵站自动化功能众多，主要分为采集数据、控制设备、监测设备运行状态三块。在采集数据方面，能够采集的如进出站管道压力、出站流量、各电路开关状态、排污泵启停状态等。在控制设备方面，可以智能選择运行水泵、控制设备的开启停止等。在监测设备运行状态方面，中央控制系统通过设备控制画面、控制设备开关等，对水泵运行进行宏观调度，另外，中央控制系统还可以对变频器的输出、频率、压力进行远程设置。中央控制系统还担负着统计系统数据信息，分析不同工艺参数数值，优化系统运行状态、提升系统运行效益的职能。在中央控制器的显示屏幕上，可以清晰显示出系统各设备的运行状态、变化参数和故障信息。如果系统运行出现问题，中央控制器还可以发布报警信号。
4、大型泵站自动化的应用
以某城市大型泵站为例，对泵站进行自动化改造。泵站设控制室一间，控制室设监控管理计算机（本文也称中心计算机）两台，一台为工程师站、另一台为操作员站，用于控制、监测和管理，计算机配有19寸彩色显示器、打印机及键盘，另配有稳压和不间断电源。系统通过通信网络采集泵站主要设备的参数及主要设备的运行状态信息。对现场数据进行分析处理储存，通过简单的键盘操作，可进行系统功能组态，在线修改和设置控制参数、下达指令，CRT可直观显示泵站动态流程图和高压系统图，可自动生成各类报表，显示和打印记录数据；报警系统将现场设备的各种故障在中心控制室信号屏上进行声、光报警，并能将故障分类打印。
PLC系统可以实现对泵房内压力、水位等信息的收集，同时结合收集到的相关数据信息，实现对各种设备的管理和控制，并将接收到的高压柜微机综合保护模块、高压软起动器等的数据信息传输到监控机，实现对设备运行状态的实时监控管理。在该工程中，PLC安装在变配电所，所有的硬件均为模块化，形成了一个开放、灵活的结构体系，可以结合实际需求，对系统功能进行添加和完善。在泵站内，四台大型水泵的软起动器以及高压综合保护模块分别通过RS485接口，与PLC通信模块进行连接，不仅可以实现PLC自动化控制，也可以通过向管理机传输数据的方式，实现对设备的手动控制。
在出水管道上安装电磁流量计四台，以便用来检测水量压力等参数。仪表4～20mA直流输出，仪表电源由PLC采用屏蔽控制电缆供电，信号采用计算机专用屏蔽电缆传回PLC，并在计算机CRT上显示。自动化控制系统中的视频监控设施分布在泵站的各个部位，形成了一个综合网络结构，即CAN通信网，该通信网中所有的设备和信号全部由PLC控制，结合相应的监控中心计算机，可以实现远程控制和远程视频音频通话。
5、结束语
经过数年的试运行，该泵站自动化运行良好，管理效率得到了有效提升，设备运行效率、运行完好率、故障自动检测明显提高，经济效益非常显著。因此，相关管理部门应该充分重视起来，采取合理有效的措施，实现大型泵站的自动化，保证泵站的安全稳定运行。
参考文献：
[1]对泵站电气自动化的探讨[J].许广龙.中国新技术新产品.2014（02）.
[2]泵站优化调度系统的设计与实现[D].张森.西安电子科技大学2014.
（作者单位：武汉市汤逊湖泵站管理处）