泵站自動化改造技術(shù)的探討

徐國謙

摘 要：主要對泵站自動化改造施工展開了探討，對原系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和存在的問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并提出了泵站自動化改造技術(shù)措施，以期為有關(guān)方面的需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：泵站；自動化改造；水利設(shè)施；LCU

中圖分類號：TV675 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.131

泵站是我國水利設(shè)施的重要組成部分，但其自動化程度并不高。因此，為了確保泵站的施工質(zhì)量，需要重視泵站的自動化改造，并采取有效措施做好相應(yīng)工作。

1 原系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其存在的問題

原自動化系統(tǒng)中每臺機(jī)組的LCU單獨(dú)配置了1套施耐德Quantum系列PLC，每臺機(jī)組閘門的LCU單獨(dú)配置了1套Premium系列PLC，高低壓開關(guān)柜、清污機(jī)、皮帶機(jī)、滲漏泵和檢修泵等公用設(shè)備各配置了1套公用PLC。此外，還配備了1套技術(shù)供水泵PLC、1套消防供水泵小型PLC，均通過以太網(wǎng)與監(jiān)控主計(jì)算機(jī)通信。機(jī)組閘門LCU屬于電氣部分，與PLC共用一臺控制柜。機(jī)組LCU與機(jī)組閘門LCU通過PLC內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通訊，由于機(jī)組閘門電氣控制柜長期放置在室外，飽受日曬雨淋，電氣元件損壞嚴(yán)重，故障頻發(fā)，造成機(jī)組開停機(jī)時(shí)閘門無法正常聯(lián)動；加之原機(jī)組閘門開度傳感器也存在各種問題，且因廠家停產(chǎn)而無法提供備件、改造方案造價(jià)高。因此，選用WDC-31閘門開度儀作為替代產(chǎn)品。

主機(jī)組的溫度采集巡檢儀使用的溫度采集裝置的通訊速度慢，常死機(jī)，進(jìn)而造成通訊失敗。負(fù)責(zé)監(jiān)控高低壓開關(guān)柜、清污機(jī)、皮帶機(jī)、滲漏泵、檢修泵的公用PLC中的通訊模塊長期運(yùn)行，常死機(jī)，進(jìn)而造成通訊失敗。原系統(tǒng)中的監(jiān)控軟件采用WEBACCESS4.5。目前，泵站已無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動化控制操作，為泵站的安全運(yùn)行埋下了巨大的隱患。針對泵站的實(shí)際情況，考慮拆除閘門電氣柜的PLC控制部分，將閘門測控信號合并至室內(nèi)的機(jī)組LCU柜內(nèi)；機(jī)組溫度采集使用PLC的溫度RTD模擬量模塊替代溫度采集裝置；在重新配置硬件的基礎(chǔ)上優(yōu)化控制單元觸摸屏軟件、PLC軟件和站控級上位機(jī)軟件。

2 技術(shù)改造方案的提出和實(shí)施

2.1 原自動化系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改造

1～5號機(jī)組LCU、公用LCU采用140CPU65150型CPU，

1～5號機(jī)組閘門LCU和其他輔機(jī)LCU采用TSX573623A型CPU，監(jiān)控主機(jī)采用配置較低的研華工控機(jī)，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用WEBACCESS4.5，具體如圖1所示。虛線框中為本次改造部分。

圖1 某泵站原自動化系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.2 升級改造后系統(tǒng)的軟、硬件配置

圖2 改造部分拓?fù)鋱D

由圖2可見，每臺機(jī)組LCU在增加了機(jī)組閘門部分的信號后，原系統(tǒng)中的開關(guān)量輸入輸出模塊、通訊模塊和模擬量模塊數(shù)量都需要擴(kuò)展，各機(jī)組LCU中增加2塊16點(diǎn)開關(guān)量輸入140DDI84100模塊、1塊16點(diǎn)開關(guān)量輸出140DDO84300模塊、1塊TSXETG100網(wǎng)關(guān)模塊和3塊8路140ACI03000溫度模擬

量模塊。TSXETG100用于將泵組閘門輸入輸出信號接入到泵組LCU中，并通過TSXETG100與閘門開度儀WDC31通訊，溫度模擬量模塊用于將機(jī)組溫度發(fā)送至相應(yīng)機(jī)組的LCU中。

公用LCU中增加2塊TSXETG100網(wǎng)關(guān)替代原通訊模塊、各類保護(hù)裝置和通訊儀表。

TSXETG100網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了MODBUS串口協(xié)議與MODBUSTCP、網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，簡單、經(jīng)濟(jì)地將系統(tǒng)中閘門開度儀、保護(hù)、儀表裝置的RS485信號集成到泵站的以太網(wǎng)架構(gòu)中，分別經(jīng)公用PLC、機(jī)組PLC與監(jiān)控主機(jī)通信。

監(jiān)控主機(jī)選用上架式施耐德HMIRHAPP00H型，主要配置為PentiumDuo 2.6 G、4 G內(nèi)存、可抽取式250 G×2個(gè)雙硬盤冗余、雙以太網(wǎng)。

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用WEBACCESS7.0升級改造系統(tǒng)。改造后的系統(tǒng)控制方式分為三級，按優(yōu)先級由高至低依次為：①現(xiàn)地手動控制。操作員在設(shè)備現(xiàn)場通過按鈕或開關(guān)直接啟動、停止設(shè)備。②現(xiàn)地控制單元控制。操作員通過設(shè)置在現(xiàn)地控制單元內(nèi)的人機(jī)接口啟動、停止設(shè)備，監(jiān)視設(shè)備啟動或停止的過程。③站控級控制。操作員在控制室內(nèi)通過監(jiān)控主機(jī)發(fā)布啟動/停止設(shè)備的命令至現(xiàn)地控制單元，由現(xiàn)地控制單元完成相關(guān)控制操作。操作員也可通過監(jiān)控畫面監(jiān)視設(shè)備的啟動或停止過程。

經(jīng)硬件改造后的機(jī)組現(xiàn)地控制單元LCU負(fù)責(zé)對主機(jī)組、輔機(jī)、變配電、主機(jī)組閘門等設(shè)備進(jìn)行就地測量、監(jiān)視，并向監(jiān)控主機(jī)發(fā)送各種測量數(shù)據(jù)。同時(shí)，接收監(jiān)控主機(jī)發(fā)來的控制命令和參數(shù)，完成控制邏輯的實(shí)施；站控級計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)全站的運(yùn)行監(jiān)視、事件報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和記錄、與上級系統(tǒng)通信等功能，并向各現(xiàn)地控制單元發(fā)出控制、調(diào)節(jié)命令。

2.3 機(jī)組啟停機(jī)時(shí)閘門聯(lián)動的觸發(fā)條件

在該泵站機(jī)組啟停機(jī)時(shí)，工作門需聯(lián)動上升/下降，直至閘門上限/下限。在PLC程序中采用機(jī)組合閘輸入信號的上升沿或下降沿來保證這一動作可靠進(jìn)行。

機(jī)組開機(jī)時(shí)，工作門需聯(lián)動上升。此時(shí)，需要判斷閘門上一級控制電源是否處于合閘狀態(tài)，如果未合閘，則首先發(fā)出閘門控制電源合閘命令，然后再發(fā)出閘門上升命令。

機(jī)組停機(jī)時(shí)，工作門需聯(lián)動下降。此時(shí)，需要判斷閘門控制電源是否處于合閘狀態(tài)，如果未合閘，則首先發(fā)出閘門控制電源合閘命令，然后判斷閘門是否有上升回信，如果有上升回信，則會先發(fā)出閘門停止命令，延時(shí)后再發(fā)出下降命令。該情況是指機(jī)組開機(jī)時(shí)遇到故障緊急停機(jī)且機(jī)組合閘后，閘門聯(lián)動開始上升但還未至全開位置時(shí)閘門聯(lián)動下降。

圖3 機(jī)組合閘/分閘抖動干擾軟件濾波程序

在調(diào)試過程中，偶爾會遇到機(jī)組高壓真空斷路器在合閘、分閘時(shí)發(fā)生抖動的現(xiàn)象，進(jìn)而造成利用機(jī)組合閘信號上升沿/下降沿觸發(fā)的閘門聯(lián)運(yùn)流程失控，閘門無法正確執(zhí)行聯(lián)動操作。為了避免抖動現(xiàn)象發(fā)生，可利用定時(shí)器保持機(jī)組合/分閘信號穩(wěn)定在500 ms，即置Hz—flag標(biāo)志為1/0.利用軟件濾波去除合分

閘過程中的抖動干擾如圖3所示。當(dāng)機(jī)組合閘信號一直持續(xù)為狀態(tài)1且不再抖動，Hz—flag標(biāo)志為1時(shí)表示機(jī)組合閘；當(dāng)機(jī)組合閘信號持續(xù)為狀態(tài)0且不再抖動，Hz-flag標(biāo)志為0時(shí)表示機(jī)組分閘。

PLC程序中涉及變量的定義如表1所示。

表1 PLC程序中涉及變量的定義

變量名 變量描述

Hz?_flag 機(jī)組合閘標(biāo)志

test 機(jī)組斷路器試驗(yàn)位置輸入

Work 機(jī)組斷路器工作位置輸入

Zm_kzdy_hz 閘門控制電源合閘輸入

Hz 機(jī)組合閘輸入

Zm_gzm_ss 工作門上升輸入

Zm_sgm_xx 事故門下限輸入

%m1517 閘門控制電源合閘控制命令

%m1518 閘門上升控制命令

%m1519 閘門下降控制命令

%m1522 閘門停止控制命令

2.4 雙向X形流道機(jī)組PLC和上位機(jī)

4號和5號機(jī)組流道為雙向X形流道，具有雙向抽排水功能，可實(shí)現(xiàn)從內(nèi)河到外河、外河到內(nèi)河兩種方式的抽、排水功能。

2.4.1 PLC程序的實(shí)現(xiàn)

在PLC中設(shè)置變量Kz—fs作為開機(jī)工況標(biāo)志，判斷0為內(nèi)向外、1為外向內(nèi)。該變量可在上位機(jī)或觸摸屏直接設(shè)定，默認(rèn)值為0.該泵站主要運(yùn)行工況為從內(nèi)向外的抽水方式，即默認(rèn)值為0的情況。PLC程序在執(zhí)行程序掃描時(shí)，根據(jù)Kz—fs的值自動調(diào)用相應(yīng)的子程序。

2.4.2 上位機(jī)流程的實(shí)現(xiàn)

在上位機(jī)使用機(jī)組啟停機(jī)電子操作票，并按機(jī)組啟停機(jī)控制流程完成對機(jī)組的啟停機(jī)控制。流程啟動后，首先判斷是否滿足啟停機(jī)條件，如果未滿足任何一個(gè)啟停機(jī)條件，則控制流程會報(bào)警并退出。特殊情況下，經(jīng)運(yùn)行人員檢查并確認(rèn)該條件不影響機(jī)組的安全運(yùn)行后，允許跳過對該條件的檢測。

開機(jī)條件主要包括：機(jī)組處于停機(jī)態(tài)（機(jī)組斷路器分閘、出口工作閘門全關(guān)等條件全部滿足）；控制權(quán)限滿足；控制電源正常、機(jī)組手車處于工作位；機(jī)組保護(hù)裝置、勵磁系統(tǒng)正常；機(jī)組上、下油缸油位正常；快速閘門工作正常；供水或冷卻系統(tǒng)開啟且運(yùn)行正常；母線電壓正常；主機(jī)組斷路器已儲能。

停機(jī)條件主要包括：機(jī)組處于運(yùn)行態(tài)（機(jī)組斷路器合閘、機(jī)組功率大于低限值、出口工作閘門全開、出口事故閘門全開等條件全部滿足）、具備控制權(quán)限和控制電源正常。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了確保泵站的運(yùn)行質(zhì)量，需要做好自動化改造工作。因此，需要采取有效的施工技術(shù)，積極實(shí)現(xiàn)泵站自動化，從而為泵站的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為我國水利設(shè)施的建設(shè)盡一份力。

參考文獻(xiàn)

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[2]楊洪存，劉萍.排灌泵站綜合自動化改造與安全生產(chǎn)管理探討[J].科技風(fēng)，2009（02）.

〔編輯：張思楠〕

Discussion on the Technology of Automatic Reconstruction of Pump Station

Xu Guoqian

Abstract： This paper mainly discusses the construction of pump station automation reconstruction， the topology of the original system and the existing problems are discussed in detail， and put forward the pumping station automation reform technical measures， in order to provide reference and reference for the relevant aspects.

Key words： pumping station； automation reconstruction； water conservancy facilities； LCU

文章編號：2095-6835（2015）19-0133-02