鄭海娟

(佛山市三水云東海新城開發(fā)投資有限公司， 廣東 佛山　528100)

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泵站樞紐中自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

鄭海娟

(佛山市三水云東海新城開發(fā)投資有限公司， 廣東 佛山528100)

【摘要】為了提升泵站樞紐自動(dòng)化控制水平，本文提出在“無人值班、少人值守”的總思想指導(dǎo)下進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程管理的科學(xué)化與現(xiàn)代化，提高工程運(yùn)行的安全性、可靠性，充分發(fā)揮工程的效益。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化控制系統(tǒng)； 泵站樞紐； 科學(xué)管理

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是水利工程信息化的主要內(nèi)容之一,是從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)以及信息化技術(shù)的發(fā)展，如今科學(xué)化、信息化管理已逐漸成為各個(gè)工程必不可少的一部分[1-2]，泵站樞紐中自動(dòng)化控制也越來越成熟和普及[3-5]，但是目前研究較多的是自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成及原理，本文則從自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、主要功能以及技術(shù)、環(huán)境條件、預(yù)期目標(biāo)等方面分析探討了泵站樞紐中自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行方法。

1控制對(duì)象

在泵站樞紐中，考慮泵站的組成部分主要是站房、變壓房、供排水系統(tǒng)和閘門等， 本著重要性、必要性的原則選擇自動(dòng)化控制的對(duì)象，包括：主機(jī)組(斜式軸流泵和配套同步電動(dòng)機(jī))、站用電變壓器、各種斷電器、供排水系統(tǒng)、防洪和涵閘閘門啟閉機(jī)、清污機(jī)、皮帶輸送機(jī)以及公用設(shè)備。

2設(shè)計(jì)原則

泵站樞紐自動(dòng)化控制要以計(jì)算機(jī)為主體、常規(guī)人員輔助控制。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體原則是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、安全方便、技術(shù)先進(jìn)、維修簡單，具體如下：

a.控制系統(tǒng)以“無人值班、少人值守”的總體思想來設(shè)計(jì)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行日常運(yùn)行控制管理。

b.控制系統(tǒng)優(yōu)先選用分層分布式結(jié)構(gòu)，含有集中控制層和現(xiàn)地控制層，達(dá)到“遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)”的目的。

c.在停用控制系統(tǒng)時(shí)，人員可觀察現(xiàn)場，在具備開機(jī)條件下，可通過控制相關(guān)開關(guān)控制機(jī)組系統(tǒng)正常運(yùn)行。

d.控制系統(tǒng)必須安全可靠，具有自診斷程序及尋找故障程序。控制系統(tǒng)的重要設(shè)備要有備件。

e.控制系統(tǒng)配置保證設(shè)備先進(jìn)、技術(shù)成熟、軟件開放、可擴(kuò)充性強(qiáng)。主要硬件設(shè)備選型以進(jìn)口名牌產(chǎn)品為主，一般硬件設(shè)備選用國內(nèi)的名牌產(chǎn)品。

f.控制系統(tǒng)的性價(jià)比要高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

g.控制系統(tǒng)要求有良好的人機(jī)界面，而且方便日常維護(hù)，具有較好的可維護(hù)性，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致，統(tǒng)一規(guī)范，具有方便友好的人機(jī)界面。

h.充分考慮控制系統(tǒng)的抗外界干擾和雷電保護(hù)能力。

3系統(tǒng)方案及配置

為了實(shí)現(xiàn)“遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)”功能，控制系統(tǒng)優(yōu)先采用分層分布式的開放式結(jié)構(gòu)，包括集中控制層和現(xiàn)地控制層。

集中控制層位于該工程副廠房中央控制室(控制臺(tái)) ，運(yùn)用光纖網(wǎng)絡(luò)，保證較快的運(yùn)行速度，構(gòu)成快速開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要設(shè)備包括主操作站(計(jì)算機(jī)主機(jī)) 、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)、UPS電源、一套GPS 時(shí)鐘系統(tǒng)和語音報(bào)警系統(tǒng)。

現(xiàn)地控制層包括多組LCU控制柜，其中一組控制機(jī)組，一組控制全站的公用設(shè)備，包括 10kV 進(jìn)(出)線、母聯(lián)、站變和供排水系統(tǒng)以及涵閘等，一組控制水位顯示，溫度巡檢，告警系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制及微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)圖

4系統(tǒng)功能

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的主要目標(biāo)是接受調(diào)度指令，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程的自動(dòng)控制。提高工程的安全科學(xué)管理技術(shù)水平與工作人員的工作水平。系統(tǒng)控制模式有三種：

a.遠(yuǎn)程(集中)控制。工程可在中控室或水利閘站群控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程(集中)控制。

b.自動(dòng)控制。工程系統(tǒng)在預(yù)設(shè)定的模式下可以自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。

c.手動(dòng)控制。系統(tǒng)能夠在人員的操作下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開、停等功能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與手動(dòng)控制的自由轉(zhuǎn)換。如果計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)選用分層分布式結(jié)構(gòu)，按照控制權(quán)限劃分，可分為以下三級(jí)：現(xiàn)地控制 LCU、集中控制、遠(yuǎn)程控制，等級(jí)由高到低。在機(jī)組的 LCU 屏上各設(shè)置遠(yuǎn)程(集中)/現(xiàn)地控制層的控制權(quán)切換開關(guān)，通過切換不同控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的自由切換和控制。

4.1工程遠(yuǎn)程(集中)控制層功能

a.運(yùn)行監(jiān)控和事件報(bào)警。定時(shí)從各個(gè)監(jiān)控目標(biāo)中提取運(yùn)行參數(shù)和查看運(yùn)行狀態(tài)，并且實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫。在顯示屏上顯示各種趨勢(shì)曲線圖，可檢索調(diào)用，方便操作。某部分在發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，通知工作人員，并自動(dòng)記錄事件發(fā)生時(shí)間、處理時(shí)間及修復(fù)時(shí)間等。

b.控制和調(diào)節(jié)。工作人員可以通過發(fā)出調(diào)節(jié)命令自由控制各種系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控操作的可靠穩(wěn)定，在必要時(shí)可進(jìn)行干預(yù)控制。

c.統(tǒng)計(jì)報(bào)表。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以根據(jù)每日的運(yùn)行情況自動(dòng)匯總生成各種報(bào)表、運(yùn)行日志。

d.通信功能。與現(xiàn)地控制層 LCU 的通信，與遠(yuǎn)程控制中心通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

e.人機(jī)接口。自動(dòng)控制系統(tǒng)擁有良好的人機(jī)接口，方便工作人員的運(yùn)行控制。

f.自診斷及冗余管理。自診斷即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各單元可以對(duì)自身進(jìn)行自我檢驗(yàn)、自我保護(hù)；擁有備用服務(wù)器以確保主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)依然可正常運(yùn)行。

4.2現(xiàn)地控制層 LCU 功能

現(xiàn)地級(jí)控制層 LCU 的功能是直接控制和監(jiān)視主設(shè)備，同時(shí)也可以出來獨(dú)立運(yùn)行，包括機(jī)組 LCU控制層和公用 LCU 控制層，兩者結(jié)構(gòu)及設(shè)備相同，主要功能為：

a.數(shù)據(jù)采集及處理。狀態(tài)開關(guān)量和中斷開關(guān)量的采集和處理、電氣和溫度模擬的量采集和處理。

b.控制與操作。通過輸入命令，集中LCU可執(zhí)行相關(guān)命令操作。

c.診斷功能。機(jī)組 LCU具備自我診斷功能，可以即時(shí)上報(bào)，可采取自我保護(hù)措施并進(jìn)行簡單的修復(fù)。

d.通信功能。機(jī)組 LCU 與集中(遠(yuǎn)程)控制層的通信。通過網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，其通信內(nèi)容主要是將所采集的各類信息和所執(zhí)行的控制命令以及自我診斷結(jié)果即時(shí)上傳到主機(jī)，同時(shí)接受執(zhí)行主機(jī)的控制命令等。

5系統(tǒng)的主要軟件及技術(shù)、環(huán)境條件要求

5.1系統(tǒng)主要軟件要求

a.操作系統(tǒng)。自動(dòng)化操作系統(tǒng)的選用優(yōu)先采用中文版服務(wù)器操作系統(tǒng)，要求可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)多任務(wù)，功能強(qiáng)大，多用途的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可完全滿足工程需要。

b.控制軟件。系統(tǒng)控制軟件優(yōu)先采用成熟的工業(yè)組態(tài)軟件，要求與操作系統(tǒng)有良好的兼容性、準(zhǔn)確性和可靠性。

5.2技術(shù)及環(huán)境條件

系統(tǒng)的工作環(huán)境關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否安全有效運(yùn)行，因此要求整套設(shè)備的性能要可靠，在系統(tǒng)的安裝、運(yùn)行過程中必須滿足以下環(huán)境條件：環(huán)境溫度和相對(duì)濕度滿足系統(tǒng)要求；塵埃、振動(dòng)、沖擊和干擾在最低范圍內(nèi)；系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備具有良好的電氣性能，能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5.3模擬屏

指揮調(diào)度模擬屏的作用是有利于工作人員觀察總系統(tǒng)和各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行情況，有利于上級(jí)宏觀了解情況，指示決策。因此模擬屏要依照實(shí)用、美(直)觀、可靠、先進(jìn)、界面友好、多功能(具有多媒體播放功能和操作界面顯示等功能) 、方便維修，擴(kuò)展性能好等原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

6結(jié)論

通過以上分析，為使泵站樞紐中自動(dòng)化控制系統(tǒng)更加可靠安全，在進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般要充分考慮以下原則：

a.實(shí)時(shí)性。要求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，實(shí)時(shí)性好，可以實(shí)現(xiàn)高速可靠的通信和資源共享的性能。

b.可靠性。要求系統(tǒng)可以在可能發(fā)生的惡劣環(huán)境下能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)具有良好的抗電干擾穩(wěn)定功能，遠(yuǎn)程控制穩(wěn)定，能夠在濕度大、灰塵多的條件下長期穩(wěn)定地工作。

c.可利用率。要求各層計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)有足夠高的利用率，在滿足系統(tǒng)控制的前提下，CPU 平均負(fù)載率和通道利用率(數(shù)據(jù)率)要盡量的低，以充分利用系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)。

d.擴(kuò)充性。優(yōu)先采用開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟件，系統(tǒng)擴(kuò)展性好使系統(tǒng)可擴(kuò)充、可升級(jí)。

e.可維護(hù)性。要求系統(tǒng)的具有自我診斷功能，便于維護(hù)。在現(xiàn)場更換故障部件后可立即恢復(fù)工作，方便系統(tǒng)維護(hù)管理。

f.系統(tǒng)安全性。安全第一，要求系統(tǒng)的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)高度安全穩(wěn)定，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉柏青，馬吉?jiǎng)?水利工程管理自動(dòng)化[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.

[2]朱海清，李瑩.從三峽臨時(shí)船閘的順利通航看通航及泄洪設(shè)施自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展[J].水利水電學(xué)報(bào)，1998,19(16):1-2.

[3]盧萬銀.大房郢水庫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2005.

[4]何賢鋒.自動(dòng)化控制在梁垛河南閘中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2007(11)：53-54.

[5]王鵬，張鵬翔，王榮.自動(dòng)化控制系統(tǒng)在馬河水庫的實(shí)際運(yùn)用[J].山東水利，2007(7)：41-42.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.007

中圖分類號(hào)：TV675

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-4774(2016)07- 0024- 03

Research on automation control system design in pumping station pivot

ZHENG Haijuan

(FoshanSanshuiYundonghaiXinchengDevelopmentInvestmentCo.,Ltd.,Foshan528100,China)

Abstract：In the paper, it is proposed that automated control system is designed under general guidance idea of ‘unattended operation and less attended operation’ in order to improve automated control level of pumping station pivot. The automated control system of network computer is utilized for realizing scientific and modern project management, improving safety and reliability of project operation, and exerting the benefits of the project sufficiently.

Key words：automated control system; pumping station pivot; scientific management