榮永忠（湖南省東安縣自來水公司，湖南　永州　425900）

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試論自來水廠加壓泵站電氣自動化控制技術(shù)改造

榮永忠（湖南省東安縣自來水公司，湖南永州425900）

工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志即是電氣自動化，代表著最為先進的科學核心力量，通過電氣自動化改造，進一步確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。自來水廠是人們生活中不可或缺的重要部分，加強其電氣自動化建設(shè)意義重大，本文就其加壓泵站電氣自動化恒壓控制技術(shù)的改造進行了探討，為人們提供安全壓力范圍內(nèi)更穩(wěn)定的生產(chǎn)生活用水。

自來水廠；加壓泵站；電氣自動化；改造

引言

自來水的提取需要通過水泵來進行，將江河湖泊、地下水、地表水等，經(jīng)過反應(yīng)、沉淀、過濾和消毒等工藝，經(jīng)過泵站輸送到千家萬戶。原有的傳統(tǒng)自來水廠所使用的加壓泵站，由于配、控電設(shè)施等方面逐漸難以滿足用戶大用量、高穩(wěn)恒水壓等現(xiàn)代高標準要求，因此，許多自來水廠選擇了對加壓泵站實現(xiàn)電氣自動化改造的措施，有效確保供水安全、優(yōu)質(zhì)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1　泵站電氣自動化控制系統(tǒng)

1.1傳統(tǒng)自來水廠加壓泵站電氣控制系統(tǒng)

（1）傳統(tǒng)加壓泵站使用的電機啟動方式，需要根據(jù)電機功率的大小與變壓器容量的大小、線路的遠近來確定的。對小功率的電機來說，一般采用直接啟動，啟動時對整個系統(tǒng)沒有多大的影響；對較大功率的電機來說，一般采用降壓或減壓啟動，在降低電壓啟動后達到穩(wěn)定電壓時，電機帶動水泵抽出的水量因相關(guān)閥門的開度大小而定。因為用戶的用水量時刻在變化，水的壓力會隨著用戶的用水量大小而變化，所以值班人員要時刻根據(jù)壓力表的壓力大小來調(diào)節(jié)水泵機組的臺數(shù)以及相關(guān)閥門的開度來保證恒壓，否則可能會出現(xiàn)壓力過大，導致外面市政管道的水管爆破，或壓力過少，導致用戶的水量不大，引起用戶的投訴。而現(xiàn)在的加壓泵站通常采用變頻或軟啟動方式，它根據(jù)外面的用水量或壓力自動改變電機的頻率，即改變電機的轉(zhuǎn)速來達到恒定的壓力，可以避免上述不利現(xiàn)象。該系統(tǒng)通常不需要專門啟停水泵機組的臺數(shù)或相關(guān)閥門的開度。

（2）傳統(tǒng)自來水廠加壓泵站所用的閥門大多采用手動閥門，通過人工調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)節(jié)水量，而隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電氣自動化控制技術(shù)運用到閥門控制上，手動閥門逐漸被電動或氣動閥門所取代，根據(jù)用戶用水量的大小來自動調(diào)節(jié)閥門的開度，實現(xiàn)閥門的自動化控制。

（3）過去傳統(tǒng)的加壓泵站電氣控制需要由專人值班看守，不定時檢查電氣機械設(shè)備是否正常，對電機的啟停和閥門的關(guān)閉，現(xiàn)在通過電腦或互聯(lián)網(wǎng)的報警提示來監(jiān)控系統(tǒng)運行狀況，通過遠程控制來控制電機的啟停和閥門的關(guān)閉，減少值班人員等方式來實現(xiàn)其自動化。

1.2泵站電氣自動化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

加壓泵站的建設(shè)項目中，對于其工藝的選擇往往需要根據(jù)實際的供水性質(zhì)、流量以及提升距離的相關(guān)要求、占地面積、工程投資規(guī)模等各方面的因素進行綜合評估，其自動化控制系統(tǒng)的建立，同樣需要依據(jù)實際情況和工藝決策來進行，總體來說，其設(shè)計應(yīng)當以實用、可靠、先進為原則。而泵站的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要包括泵站監(jiān)控中心、調(diào)度中心、通信平臺、泵站遠程測控終端、計量測量及攝像設(shè)備等部分。

一般來說，泵站的電氣自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實際情況，設(shè)計成不同的形式，較為簡單通用的有PC+I/O板卡方式，可以實現(xiàn)單一的控制；較為高級的結(jié)構(gòu)有DCS系統(tǒng)，適用于多回路調(diào)節(jié)控制；此外常見的還有PC+PLC系統(tǒng)、現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）。這些自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然不同，但系統(tǒng)設(shè)計原則是相同的，要求以確保系統(tǒng)滿足控制要求為前提，提高系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性，從而有效增加系統(tǒng)附加值。

2　傳統(tǒng)自來水廠加壓泵站電氣控制系統(tǒng)的改造

2.1泵站電氣自動化基礎(chǔ)改造

2.1.1信息改造

泵站信息是泵站運行過程中的關(guān)鍵信息節(jié)點，其發(fā)揮的主要作用是讀取泵站運行過程中的壓力、流量等主要參數(shù)，從而為自動化系統(tǒng)提供準確的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，提高泵站工作效率。對于大型泵站的改造而言，需要通過周密的部署安排，才能夠?qū)A(chǔ)信息進行準確的采集利用。

2.1.2規(guī)范化改造

泵站的電氣自動化必須充分地實現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計，這樣才能夠確保泵站生產(chǎn)方式、設(shè)備運行條件、技術(shù)狀態(tài)以及管理體制等的相關(guān)要求。通過吸收國內(nèi)外先進的技術(shù)與管理經(jīng)驗，規(guī)范化的設(shè)計思路，規(guī)范化標準成為設(shè)計的參考依據(jù)，促使泵站合理化、自動化的實現(xiàn)。

2.1.3典型改造

傳統(tǒng)原有的泵站中，大中型泵站的比例相對較小，泵站變化也較少，此特點首先就體現(xiàn)在機組數(shù)量與排列上。因此，對于典型泵站的改造設(shè)計，可以設(shè)計出幾十個不同的應(yīng)用模塊，并為泵站的自動化基本模塊設(shè)計出整體模板。自動化模塊的典型設(shè)計通常是將泵站自動化的某一類設(shè)備作為獨立的整體體型來進行考慮，即并非單純地考慮某一個量，而是為某一設(shè)備，配備完整健全的保護監(jiān)控裝置，從而完成特定功能。典型設(shè)計存在較大的靈活性，因此可以在運行過程中，有效避免運行風險和安全事故。

2.2無人值班自動化系統(tǒng)改造

（1）自動化控制屏。自動化控制屏是為了實現(xiàn)無人值班情況下對泵站機組的自動控制而設(shè)計的，其中包括智能型萬能式斷路器、自動控制裝置等設(shè)備，集合了供、配電的主回路控制、二次測量、繼電保護和控制等諸多功能；在結(jié)構(gòu)上，一次部分、二次部分、強電和弱電是彼此分離的，避免了彼此間的干擾，確保泵站機組運行的安全可靠。

（2）計算機監(jiān)控系統(tǒng)。計算機監(jiān)控系統(tǒng)是輔助自動化控制屏功能實現(xiàn)的重要子系統(tǒng)，主要功能是對泵站中機組運行情況進行全面監(jiān)控，在實際應(yīng)用中，有iRS485和以太網(wǎng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)兩種。iRS485通信口的優(yōu)點在于技術(shù)成熟、節(jié)約投資、提升自動化水平，缺點是通訊速率較低；以太網(wǎng)的優(yōu)點在于通訊速率很高，最高可達100Mbps，而且在監(jiān)控系統(tǒng)中可以加裝攝像頭，提高系統(tǒng)的監(jiān)控效果。

（3）智能控制器。智能控制器是完全無人值班自動化系統(tǒng)的核心所在，只有通過智能控制器，才能完成對機組的自動調(diào)整。智能控制器具有集成度高、功能強大的特點，集中了機組的所有通訊、轉(zhuǎn)速和溫度測量、自動控制和非電量測量等功能，在保證泵站機組功能完整的基礎(chǔ)上，降低了設(shè)備配置的消耗，提高了設(shè)備使用的效率，有效節(jié)約了投資成本。

（4）通訊子系統(tǒng)。通訊子系統(tǒng)也是無人值班自動化系統(tǒng)必不可少的組成部分，控制器對機組運行信息的收集和指令的下達都需要經(jīng)過通訊子系統(tǒng)，就400V低壓機組泵站實際情況而言，由于投資成本較低，通常不會架設(shè)專門的光纖，采用的通訊子系統(tǒng)主要是GPS、3G和Internet。其中，GPS網(wǎng)絡(luò)寬帶較小，只能傳遞各種機組測量數(shù)據(jù)和相應(yīng)控制信號，無法實現(xiàn)視頻圖像的傳輸，手機和計算機均能使用；3G網(wǎng)絡(luò)能夠提供2M寬帶，穿了基本的數(shù)據(jù)和控制信號傳遞外，可以實現(xiàn)1路視頻圖像的傳輸，手機和計算機均能使用；Internet可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、控制信號和多路視頻圖像的傳輸，但需要申請固定的IP地址，加裝防火墻，會增加投資成本。

3　自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

在改造自來水廠泵站電氣自動化控制系統(tǒng)時，需要注意遵循以下幾點規(guī)則：自控指導工藝，電氣服從自控；在實施系統(tǒng)時，則應(yīng)當執(zhí)行單體配合全局，統(tǒng)一接口協(xié)議；而在其運行管理過程中則需要確保管理服從控制，而控制又反過來服務(wù)于管理，最終實現(xiàn)測控管理一體化。例如，某加壓泵站的自控系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，就建立了一套完整的測控管一體化系統(tǒng)，并且在實際運用中獲得了良好的效果，其具體的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1～2所示。

（1）該系統(tǒng)降低了建設(shè)成本，提高了進口設(shè)備技術(shù)透明度。

（2）系統(tǒng)中所使用的軟硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都必須確?？煽?，維持通訊通道的暢通，既要有主干網(wǎng)絡(luò)，又要有備用網(wǎng)絡(luò)，用以作為系統(tǒng)正常運行的保障。

圖1　某泵站電氣自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2　引水工程泵站系統(tǒng)圖

（3）要重點強調(diào)系統(tǒng)的成套性和關(guān)聯(lián)性，盡可能減少控制系統(tǒng)所使用的設(shè)備種類，降低生產(chǎn)運行成本。其中的線路、過電壓等保護器安裝完全，將防雷裝置與建筑物的外來導線、金屬裝置、電氣裝置等都準確連接起來，從而降低雷電流經(jīng)過時，在各金屬器件之間形成的電位差。

（4）需要針對系統(tǒng)采取適當?shù)钠帘未胧?，將建筑物的門窗、地板等金屬構(gòu)架相互焊接起來，此過程中需要注意與地網(wǎng)之間的連接良好。

（5）需要重視雷電過電壓保護，如果被雷電擊中電網(wǎng)，雷電過電壓會沿著線路傳播進入機房，從而給站場通信系統(tǒng)中的計算機和其他相關(guān)設(shè)備造成損壞。電源系統(tǒng)應(yīng)當采用多級保護的方式，進行逐級泄流，將殘壓限制在2倍額定電壓值雷電的瞬變電磁場，在信號線路與其回路上，感應(yīng)所產(chǎn)生的過電壓，以及損壞的接口電路過電壓。而在實際的安裝過程中，要求保護裝置盡可能靠近被保護設(shè)備，保護元件的兩端應(yīng)當采用雙絞線；減小耦合回路總面積，降低磁場的耦合效應(yīng)，只有合理地采取了綜合防雷保護措施，才能有效防止雷擊對設(shè)備造成損壞。

4　結(jié)束語

在泵站的實際運行過程中，對于機組中的一些基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)當進行定時維護。通過信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字自動化技術(shù)的運用，確保泵站自動化實際操作與設(shè)計改造相符合，發(fā)揚泵站自動化系統(tǒng)的技術(shù)特點，最終實現(xiàn)無人值守、自動控制，使泵站管理水平、工作效率、精準度達到更高要求。

［1］許廣龍.對泵站電氣自動化的探討［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（02）：68.

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［3］高 強，常 勇，李 航，等.加壓泵站自動化系統(tǒng)程序的模塊化設(shè)計［J］.自動化儀表，2014（9）：24～26.

榮永忠（1971-），男，工程師，本科，主要從事自來水的電力系統(tǒng)及其自動化的管理設(shè)計工作。

TU991.3

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2095-2066（2016）12-0092-02

2016-3-8