甘市

摘要：自動(dòng)化控制系統(tǒng)是城市泵站的重要組成部分，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響到泵站供水系統(tǒng)的工作效率及工作質(zhì)量。為此，本文通過闡述城市泵站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)探討了優(yōu)化控制算法對自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，以供類似研究工作借鑒。

關(guān)鍵詞：城市泵站；自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 概述

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，國家對于城市水利基礎(chǔ)設(shè)施的投資加大，大型泵站基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量日益增加，這對泵站的運(yùn)行效率及質(zhì)量也提出了更高的要求。近些年，綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)以其諸多的優(yōu)點(diǎn)在泵站等基設(shè)施中得到了廣泛的應(yīng)用，也為泵站帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，一些早期建設(shè)的泵站自動(dòng)化水平較低，泵站機(jī)組的啟動(dòng)、運(yùn)行等操作需要人工手動(dòng)操作才能完成，泵站的電氣設(shè)備、自動(dòng)化調(diào)控系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)代化智能泵站調(diào)控的需要。若技術(shù)人員不對現(xiàn)有的泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，很可能會(huì)造成泵站出現(xiàn)泵站頻繁開停機(jī)、發(fā)生棄水等，嚴(yán)重影響到泵站的工作效率及經(jīng)濟(jì)效益。因此，本文以12座泵站為實(shí)例，深入探討了泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

2 綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)以“先進(jìn)實(shí)用、安全可靠”為總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)基于遙控、遙信、遙測、遙視的水泵機(jī)組自動(dòng)控制、水位自動(dòng)測報(bào)，水閘自動(dòng)控制、干渠流量監(jiān)控、監(jiān)視系統(tǒng)、良好的系統(tǒng)監(jiān)控軟件、連接上級調(diào)度中心等目標(biāo)。整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)有較高的安全性及可靠性。

2.1 分層分布式監(jiān)控的特點(diǎn)

分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)就是將自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)分成獨(dú)立的單元和層次，每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)相對獨(dú)立的單元，各單元都分別直接與上層的上機(jī)位工作站或數(shù)據(jù)服務(wù)器通信，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的分布式監(jiān)控，與一般監(jiān)控系統(tǒng)相比，減少了系統(tǒng)中的MCU/DAU環(huán)節(jié)，使得某個(gè)節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生故障，只會(huì)丟失一個(gè)數(shù)據(jù)，而不會(huì)涉及整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制，將影響降低到最小。

分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)具備高效可靠的順控流程、物理量數(shù)據(jù)采集、設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)和實(shí)時(shí)控制、實(shí)時(shí)圖像監(jiān)視、完備的報(bào)警處理、數(shù)據(jù)管理與分析、人機(jī)接口與可擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與遠(yuǎn)程控制等功能，可保障水利設(shè)施的安全、高效運(yùn)行。

2.2 基于分層分布式監(jiān)控的泵站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在本次建設(shè)中，根據(jù)泵站的實(shí)際情況及監(jiān)控目標(biāo)，分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)限分為三層，分別是：泵站內(nèi)LCU現(xiàn)地控制、泵站站控級控制和調(diào)度中心控制。

在管理處設(shè)立調(diào)度控制中心1座，在排澇站設(shè)立流量監(jiān)測中心1座，在各泵站設(shè)立站級控制中心共12座，在渠系分水口/斗口處設(shè)立水量監(jiān)測點(diǎn)16個(gè)。在各泵站對自動(dòng)化測控設(shè)備進(jìn)行改造完善和增設(shè)，新建泵站LCU現(xiàn)地控制單元和站級控制系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并通過新建SDH光纖通訊網(wǎng)與調(diào)度控制中心連通，實(shí)現(xiàn)對12座泵站的遠(yuǎn)程調(diào)度、監(jiān)測和控制。各渠系水位監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)通過光纖通訊網(wǎng)傳至就近泵站，然后送至調(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)對14處渠系分水口/斗口實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測和水量計(jì)算。

（1）調(diào)度中心遠(yuǎn)端管理/調(diào)度網(wǎng)絡(luò)與各泵站站控級控制/管理網(wǎng)絡(luò)之間的通訊連接通過SDH光纖環(huán)網(wǎng)以TCP/IP方式實(shí)現(xiàn)；

（2）各泵站站控級控制/管理網(wǎng)絡(luò)和各泵站內(nèi)LCU現(xiàn)地控制單元之間的通訊連接，通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以TCP/IP方式連接；

（3）泵站內(nèi)LCU現(xiàn)地控制單元與前端測量/執(zhí)行設(shè)備通過模擬量、開關(guān)量信號線纜連接；

（4）在泵站建設(shè)視頻服務(wù)器，通過在SDH光纖環(huán)網(wǎng)內(nèi)單獨(dú)設(shè)立2M帶寬，通過光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)入管理處調(diào)度中心。

2.2.1 LCU現(xiàn)地控制

各泵站站內(nèi)機(jī)組設(shè)備均具有遙控與手動(dòng)操作功能，現(xiàn)地手動(dòng)操作為最高優(yōu)先級，主要高壓配電裝置柜、重要的水泵出水液控閥門多在就地保護(hù)屏（箱）手動(dòng)操作，水工公用系統(tǒng)設(shè)備多在站級集中式的LCU（現(xiàn)地控制單元）屏上操作。所有允許手動(dòng)操作的間隔層設(shè)備、單元二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能完善可靠，配有運(yùn)行方式選擇切換開關(guān)（SA-自動(dòng)/手動(dòng)）及控制開關(guān)（KK）按鈕及信號燈。當(dāng)處于現(xiàn)地控制模式時(shí)，操作人員可以根據(jù)工藝情況直接對設(shè)備進(jìn)行啟停的操作。該控制方式作為一種后備方式存在，但有最高的優(yōu)先權(quán)。當(dāng)各設(shè)備電控盤上控制方式處于現(xiàn)地操作時(shí)，上級的控制干預(yù)將被屏蔽。

現(xiàn)地級測控單元主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理、顯示監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)、通信控制等功能。

2.2.2 泵站站控級控制

各泵站站控級控制是由泵站內(nèi)站級計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對本站設(shè)備控制的模式，能夠監(jiān)測全站信號量、測量值等實(shí)時(shí)工況及運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行和記錄調(diào)度員發(fā)出的本站設(shè)備調(diào)節(jié)及控制命令信息。站級控制系統(tǒng)由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、LCU控制盤、現(xiàn)場測控保護(hù)單元及儀表、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及軟件組成，既可接受調(diào)度中心主控級指令，又可在站級操作，當(dāng)調(diào)度中心系統(tǒng)設(shè)置成“站級控制”模式或調(diào)度中心系統(tǒng)失效時(shí)，閉鎖主控級控制指令，但不影響上送信息。

2.2.3 調(diào)度中心控制

調(diào)度中心控制是對系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)度的方式，能夠監(jiān)測各泵站、分水閘、干渠流量監(jiān)測點(diǎn)的信號量、測量值等實(shí)時(shí)工況及運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行和記錄中心調(diào)度員工作站發(fā)出的各泵站設(shè)備調(diào)節(jié)及控制命令信息，還可以根據(jù)渠道中的水量、流量以及各個(gè)泵站的運(yùn)行情況協(xié)調(diào)控制相關(guān)泵站泵組的運(yùn)行和起停，并對各泵站設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、診斷等。

調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括監(jiān)控主機(jī)、服務(wù)器、路由交換機(jī)、GPS、打印機(jī)、UPS、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件、安全防護(hù)軟件等，并配有DLP大屏幕，可形象的顯示供水系統(tǒng)全流程的工藝和參數(shù)。在工況允許的情況下，調(diào)度中心控制層上位機(jī)上可以直接對有關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。根據(jù)采集的信息，上位機(jī)可以建立各類信息數(shù)據(jù)庫并對各類工藝參數(shù)值做出趨勢曲線（含歷史數(shù)據(jù)），供調(diào)度員分析比較，改進(jìn)管理方法，提高經(jīng)濟(jì)效益。主控級主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、監(jiān)視、控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、記錄與打印、運(yùn)行管理、系統(tǒng)診斷、仿真操作、軟件開發(fā)、具有操作票功能、具有自恢復(fù)功能等功能。

3 自控系統(tǒng)通信方式

3.1 站級控制系統(tǒng)與調(diào)度中心通信

站級控制系統(tǒng)與調(diào)度中心的通訊通過TCP/IP方式完成。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，全站信號量、測量值等實(shí)時(shí)工況及運(yùn)行參數(shù)均由站級控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)度中心服務(wù)器，站級控制系統(tǒng)接受并記錄各種調(diào)度中心調(diào)度員工作站發(fā)出的本站設(shè)備調(diào)節(jié)及控制命令信息；當(dāng)站級控制系統(tǒng)工作站故障離線時(shí)，以上信息由調(diào)度中心服務(wù)器直接從本站通訊服務(wù)器取得。傳輸量應(yīng)能滿足本站無人值班的要求。通訊規(guī)約由調(diào)度中心提供，通信通道按SDH上兩個(gè)E1信道（一個(gè)E1為2.048M鏈路）設(shè)計(jì)，并能完成自動(dòng)熱備切換。

4 泵站調(diào)度方法優(yōu)化

為提高泵站運(yùn)行效率，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段找到最優(yōu)運(yùn)行組合，對機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行合理優(yōu)化調(diào)度，使梯級泵站系統(tǒng)能耗最小。在本次泵站改造中，將引入“動(dòng)態(tài)規(guī)劃法”優(yōu)化調(diào)度，發(fā)揮泵站工程的最大效益。

5 結(jié)語

泵站自動(dòng)化改造是實(shí)現(xiàn)泵站自動(dòng)化監(jiān)控和泵站信息化管理的重要舉措，對泵站的工作效率及經(jīng)濟(jì)效益具有重要的影響。本工程泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，泵站在穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面得到了有效的提高，同時(shí)解決了沿線區(qū)域水資源不足的問題，推動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)間的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]閉政金.泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2012年第15期

[2]陳金法.泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2011年第02期