泵站綜合自動(dòng)化及其優(yōu)化控制調(diào)節(jié)分析

孫 衍 王龍飛 袁志波

隨著我國水利工程建設(shè)步伐的不斷加快，先進(jìn)技術(shù)逐漸應(yīng)用到水利工程建設(shè)過程中，人們對水利工程的質(zhì)量也提出更高要求，尤其是對泵站運(yùn)行情況的關(guān)注度逐步提高。然而，采用傳統(tǒng)的人工調(diào)節(jié)與控制模式已很難滿足時(shí)代的發(fā)展需求，因此，有必要提高泵站自動(dòng)化水平，對泵站進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，使得泵站更好地為人民所服務(wù)。

一、泵站綜合自動(dòng)化優(yōu)化調(diào)節(jié)過程中存在問題

1.泵站自動(dòng)化控制水平參差不齊

隨著科技的發(fā)展與社會的進(jìn)步，雖然我國泵站自動(dòng)化水平有所提高，但從整體上看并不具備較高的發(fā)展水平，在泵站建設(shè)過程中，通常都是圍繞某一施工項(xiàng)目的具體要求進(jìn)行，缺乏衡量標(biāo)準(zhǔn)，不同泵站所采用的功能性技術(shù)指標(biāo)也存在差異性。

2.對泵站自動(dòng)化控制缺乏充分認(rèn)識

自動(dòng)化泵站的控制與發(fā)展雖然給人們的日常生活帶來便利，但從目前泵站工作人員的整體水平看，缺乏對泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的充分認(rèn)識，一味地認(rèn)為所謂的自動(dòng)化只是通過鼠標(biāo)對泵站的開關(guān)機(jī)控制，而對于泵站具體的資源調(diào)度以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面的知識缺乏了解。

3.對泵站實(shí)際運(yùn)行方案缺乏分析

傳統(tǒng)的泵站調(diào)度方式大多依據(jù)上級部門的行政指令或者是泵站水池及水位進(jìn)行決策，只有少數(shù)泵站對工程的實(shí)際運(yùn)行方案進(jìn)行有效分析，泵站的決策性水平和自動(dòng)化水平都存在著一定缺陷，這也使得泵站工程的經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益得不到提高。

4.泵站調(diào)度系統(tǒng)尚待建立和完善

受相關(guān)條件限制，大多數(shù)泵站工程未能建立與之相適應(yīng)的機(jī)組泵站調(diào)度系統(tǒng)，只能依據(jù)相關(guān)運(yùn)行模式進(jìn)行操作，這在一定程度上限制了泵站的運(yùn)行以及調(diào)度。有些泵站水利工程雖然有足夠機(jī)組，具有一定的調(diào)節(jié)性，但卻沒有相關(guān)系統(tǒng)支持，使得泵站難以達(dá)到最佳的運(yùn)行方式。

二、泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要組成

泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的主要目的是對泵站進(jìn)行有效監(jiān)測，對泵站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，使泵站在穩(wěn)定的情況下運(yùn)行。

1.現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

需要進(jìn)行信息采集的包括：泵站機(jī)組中電流、電壓等電氣信息、非電氣信息（機(jī)組中壓力與溫度等）、機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行工況以及對機(jī)組進(jìn)行有效調(diào)節(jié)與控制的信息內(nèi)容。

2.上層監(jiān)控

合理建立上層監(jiān)控系統(tǒng)能夠掌握泵站各系統(tǒng)整體的運(yùn)行狀況，一旦出現(xiàn)故障能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間采取解決措施，并控制在合理范圍之內(nèi)；上層監(jiān)控能夠?qū)⒈谜镜臄?shù)據(jù)信息向可視化數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化，泵站工作人員可更便捷地查詢與分析泵站數(shù)據(jù)信息；上層監(jiān)控能夠查詢泵站工作人員的操作記錄，更好地對工作人員進(jìn)行監(jiān)管，以確保泵站各系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。

3.泵站數(shù)據(jù)管理與存儲

泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)Ρ谜镜母黜?xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理與存儲，在此基礎(chǔ)上建立起相關(guān)的操作平臺，通過分析與管理泵站數(shù)據(jù)，更好地掌握泵站的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)合理接入到其他水利工程系統(tǒng)中，進(jìn)而達(dá)到泵站數(shù)據(jù)信息的共享。

三、泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)控制策略分析

1.現(xiàn)地控制層設(shè)計(jì)

在泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，可編程邏輯控制位于現(xiàn)地控制板塊最主要的位置上，可編程邏輯控制系統(tǒng)也被簡稱為PLC。PLC系統(tǒng)在傳感器的作用下對泵站的流量、水位以及液體壓力等進(jìn)行監(jiān)督與檢測，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，再通過現(xiàn)地控制板塊對泵站相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，最后通過泵站局域網(wǎng)將初步處理結(jié)果傳輸?shù)缴霞壊块T的服務(wù)器。在此過程中，現(xiàn)地控制板塊還能及時(shí)接收上級監(jiān)管部門發(fā)出的控制命令，泵站分層遠(yuǎn)程自動(dòng)化系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。除此之外，在優(yōu)化泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)對加壓泵站以及水源泵站的控制，可以通過設(shè)置可編程邏輯控制性系統(tǒng)，更好地收集泵站傳感器采集的數(shù)據(jù)信息，隨時(shí)掌握泵站設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，如果數(shù)值超出警戒線范圍之外，第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，泵站工作人員可以更好地對其進(jìn)行監(jiān)督。在對泵站進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，必須要對PLC配置相關(guān)的電源，并且準(zhǔn)備備用電源，使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有的作用。圖1為泵站自動(dòng)化管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。

圖1 泵站自動(dòng)化管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2.監(jiān)督控制層設(shè)計(jì)

在泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)督與控制過程中，必須要接觸傳統(tǒng)的系統(tǒng)框架，合理區(qū)分客戶端與服務(wù)器。其中，服務(wù)器作為泵站中樞神經(jīng)系統(tǒng)，為客戶端的查詢與訪問提供必要的數(shù)據(jù)支持，客戶端依據(jù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行命令的下達(dá)與決策。服務(wù)器需要建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫對泵站的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲，建立與外部系統(tǒng)對接接口，實(shí)現(xiàn)泵站內(nèi)所有數(shù)據(jù)資源的共享。

表1 實(shí)際泵組參數(shù)表

3.控制調(diào)節(jié)優(yōu)化

在人工調(diào)度時(shí)，泵站系統(tǒng)水位會出現(xiàn)低于或者是超出限定值的情況，只有極少數(shù)的情況水位會保持在合理范圍之內(nèi)。因此，在泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)節(jié)與控制過程中，必須要對水位的控制給予高度重視，確保其在規(guī)定的范圍之內(nèi)?？梢圆捎秒x散性的方式對電機(jī)機(jī)組的開啟數(shù)量進(jìn)行控制，同時(shí)也要與泵站電機(jī)機(jī)組的連續(xù)性運(yùn)行頻率進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，將傳統(tǒng)的人工控制模式與現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)優(yōu)勢進(jìn)行互補(bǔ)，引入模糊控制+PID控制變頻器的機(jī)制，目的是通過模糊控制機(jī)制合理地對電機(jī)機(jī)組的開啟數(shù)量進(jìn)行控制，在PID的作用下實(shí)現(xiàn)泵站變頻度對實(shí)際運(yùn)行頻率的控制。

四、實(shí)例分析

某地區(qū)泵站內(nèi)設(shè)置2臺小型單級雙吸離心泵泵組，并且在離居民區(qū)比較近的區(qū)域內(nèi)設(shè)置1個(gè)臨時(shí)性的水庫，泵站在用水低峰時(shí)入庫,高峰時(shí)出庫,一旦出現(xiàn)水量較大,水庫比警戒線水位低的情況下,則水泵的出庫與入庫同時(shí)進(jìn)行。實(shí)際泵組參數(shù)以及運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析見表1、表2。

由表1、表2可見，泵站以及泵組與水泵運(yùn)行的工作區(qū)域嚴(yán)重偏離，使得消耗能耗過高，工作效率相對較低。在泵站應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)之后，泵站與機(jī)組整體工作效率水平得到提高。

五、結(jié)語

綜上所述，本文通過實(shí)例與理論分析，對泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠?qū)Ρ谜敬嬖诘墓收闲詥栴}進(jìn)行及時(shí)的控制，而且還在一定程度上提高泵站整體的工作效率水平，發(fā)揮應(yīng)有的社會效益，使得泵站在健康、穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行，更加高效地進(jìn)行水能輸送