侯紅妮 張春萍

（鳳翔縣東風(fēng)水庫灌溉管理處 陜西 鳳翔 721400）

1 構(gòu)建抽水站機(jī)電一體數(shù)字自控系統(tǒng)的必要性

抽水站是灌區(qū)在不具備自流條件的情況下，把低水位水抽送到高水位灌溉的供水設(shè)施，在灌區(qū)生產(chǎn)中占有重要的位置。鳳翔縣自20世紀(jì)70年代以來，先后共建成58座抽水站，總裝機(jī)123臺8013kW，設(shè)施灌溉面積11333hm2，占全縣總設(shè)施面積的34%，其中國營抽水站16座，裝機(jī)37臺5843kW，占73%。

抽水站由建筑物、機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備三大部分組成，機(jī)房、水泵、電機(jī)、管道、高低壓線路、變壓器、熔斷器、隔離開關(guān)、油開關(guān)、空氣開關(guān)、電纜是常用的重要設(shè)施和設(shè)備。

鳳翔縣國營抽水站大多數(shù)建于20世紀(jì)70年代，均已運(yùn)行了30多年，發(fā)揮了重要的作用。隨著科技日新月異的發(fā)展，特別是機(jī)電一體化數(shù)字自動控制技術(shù)的發(fā)展，抽水站建設(shè)和管理運(yùn)行中暴露出不少問題。一是機(jī)電設(shè)備自動化程度低，工人勞動強(qiáng)度大?，F(xiàn)有設(shè)備中，除必需的電氣化自動保護(hù)裝置外，大多數(shù)設(shè)備均需人工操作，費(fèi)時費(fèi)力，操作不穩(wěn)定，可靠性低。二是設(shè)備老化，設(shè)施落后，維修困難。抽水站原有設(shè)備都是20世紀(jì)60、70年代產(chǎn)品，80、90年代有些設(shè)備雖已改造，但改造不徹底，絕大多數(shù)設(shè)備現(xiàn)已淘汰，維修更換零配件很困難，即使去廠家定制，廠家也會以此為由拒絕生產(chǎn)或要價很高，給運(yùn)行管理造成很大困難。三是設(shè)備效率低，不節(jié)能，灌溉成本高?，F(xiàn)在節(jié)能變壓器、節(jié)能電機(jī)已普遍應(yīng)用，而抽水站的機(jī)電設(shè)備大多數(shù)還是非節(jié)能產(chǎn)品，如1992年更新的東風(fēng)抽水站最大單機(jī)容量為280kW、上水量為0.8m3/s的機(jī)組，與洞口抽水站最大單機(jī)容量為380kW的機(jī)組相比，上水量僅僅減少了0.08m3/s，而功率卻整整降低了100kW，每kW·m出水量提高了一半以上。該電機(jī)為節(jié)能電機(jī)，效率高，嗓音低，運(yùn)行極穩(wěn)定，實為抽水站運(yùn)行的理想產(chǎn)品。因此，為了提高抽水站的經(jīng)濟(jì)效益，改善運(yùn)行質(zhì)量，保障灌溉，減輕勞動強(qiáng)度，適應(yīng)科技發(fā)展需要，以機(jī)電一體數(shù)字化自動控制為核心的抽水站更新改造工程勢在必行。

2 抽水站機(jī)電一體數(shù)字自控系統(tǒng)構(gòu)建方案

抽水站機(jī)電一體數(shù)字自控系統(tǒng)由四個子系統(tǒng)組成。見圖1。

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能是采集數(shù)據(jù)，攝錄工作現(xiàn)場，即采集水位、閘門開閉程度、流量、電壓、電流、功率、時間、溫度等指標(biāo)，如人的雙腳。要求將各類儀器采集的第一手資料通過采集裝置全部轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，主動、及時、準(zhǔn)確地傳到下一系統(tǒng)，并通過錄像設(shè)備將工作現(xiàn)場不間斷地如實顯示。如前池水位（或庫水位）采用自動水位計測量，閘門開啟程度由電動閘門控制裝置反映，輸水管道裝置流量計即可自動測量流量，時間自動生成，則出水總量自動顯示，變壓器、電機(jī)和水泵溫度均由遙感式溫度計反映，各項電氣指標(biāo)全部使用數(shù)字式儀表計量。

2.2 存儲分析處理系統(tǒng)

存儲分析處理系統(tǒng)功能是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，綜合分析，提出處理意見，向下一系統(tǒng)發(fā)出動作命令。它是機(jī)電一體數(shù)字自控系統(tǒng)的核心和大腦，能將各項目的數(shù)據(jù)均以數(shù)字形式按整定值和采集值二組分別存儲，采集值（即實際值）達(dá)到整定值，系統(tǒng)立即發(fā)出命令，指揮下一系統(tǒng)開始工作，達(dá)不到整定值則會給出提示信號，以便工作人員及時巡查。

2.3 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)功能是執(zhí)行上一級命令，實施具體動作，如人的雙手。要求接到正確命令后迅速動作，命令錯誤后拒絕動作。如變電站油開關(guān)接到合閘命令后立即合閘，給變壓器送電；電動機(jī)油開關(guān)接到合閘命令后立即合閘，啟動電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；閘閥控制電機(jī)接到開閘命令后立即啟動閘閥，達(dá)到正常出水狀態(tài)。

2.4 監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)

監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)功能是對各項運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視，保護(hù)設(shè)備，如人的雙眼。即當(dāng)水位、電壓、電流、負(fù)荷、溫度等運(yùn)行指標(biāo)突然出現(xiàn)異常情況時，監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)直接迅速反饋給操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)立即動作，停止運(yùn)行，保護(hù)機(jī)電設(shè)備完好無損。如線路或變壓器出現(xiàn)過負(fù)荷、故障等現(xiàn)象后，立即切斷油開關(guān)，備用電源立即投入，關(guān)閉閘閥，阻止機(jī)組大逆轉(zhuǎn)等現(xiàn)象出現(xiàn)。

四個子系統(tǒng)互為一體，其中存儲分析處理系統(tǒng)是核心，它們既共同工作，又相互獨(dú)立，缺一不可，其首端安裝在中心控制室內(nèi)。水庫式抽水站如有必要，可與水庫防汛現(xiàn)代化系統(tǒng)鏈接，有條件的還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

3 方案及實施步驟

抽水站機(jī)電一體數(shù)字自控系統(tǒng)工程實施可從以下幾方面著手。第一步，以現(xiàn)有機(jī)電設(shè)備為骨架，對不能實現(xiàn)自控的設(shè)備進(jìn)行更新改造。對測量、監(jiān)視儀表等軟件設(shè)備全部使用數(shù)字儀表，使讀數(shù)方便正確，一目了然；將熔斷器、隔離開關(guān)、油開關(guān)、閘閥等硬件設(shè)備更新或改造成可自控的設(shè)備。第二步，安裝上述由四個子系統(tǒng)組成的機(jī)電一體數(shù)字自控系統(tǒng)?？少徶贸商籽b置，也可由廠家單獨(dú)設(shè)計制作安裝。第三步，建立中心控制室。將四個子系統(tǒng)全部布置于設(shè)施完備，功能齊全，配套高檔的中心控制室，足不出戶，便可將抽水站的操作、運(yùn)行狀態(tài)始終盡收眼底，一覽無余，實現(xiàn)高效運(yùn)行。第四步，調(diào)試運(yùn)行，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。陜西水利