張冰

(上海電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究所有限公司，上海 200023)

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某泵站自控系統(tǒng)更新改造的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張冰

(上海電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究所有限公司，上海 200023)

自控系統(tǒng)在泵站運(yùn)行中起到越來(lái)越重要的作用。針對(duì)某泵站，依據(jù)控制原則和要求，從PLC、SCADA和網(wǎng)絡(luò)方面，設(shè)計(jì)了自控系統(tǒng)更新改造的方法，包括6臺(tái)基本控制柜、2臺(tái)就地控制柜、觸摸屏、工控機(jī)和通信，并應(yīng)用到泵站實(shí)際運(yùn)行中，實(shí)現(xiàn)了2臺(tái)變頻泵和4臺(tái)定速泵的控制、一體式觸摸屏的信號(hào)監(jiān)視、中控室工控機(jī)的監(jiān)控與操作、數(shù)據(jù)服務(wù)器的存儲(chǔ)和查詢，以及與調(diào)度中心的遠(yuǎn)程通訊。

泵站；自動(dòng)控制；PLC；SCADA；監(jiān)控

0 系統(tǒng)概述與改造目的

某泵站自控系統(tǒng)更新改造屬于上海市白龍港城市污水處理擴(kuò)建二期的一個(gè)部分。共改造六臺(tái)基本控制柜(四臺(tái)由二臺(tái)高壓變頻通過(guò)“一拖二”的方式調(diào)速控制[1])、二臺(tái)就地控制柜和一臺(tái)配電柜。泵站的液位、流量等工藝參數(shù)和泵組、機(jī)械設(shè)備的工況需上報(bào)中控室，泵站的運(yùn)行接受中控室工控機(jī)的控制和調(diào)度[2]。

具體為：更換PLC主機(jī)和模塊，使信號(hào)得到恢復(fù)，通過(guò)基本控制柜上的觸摸屏監(jiān)視信號(hào)；通過(guò)PLC采集泵站中水位、流量、泵組工況、閘門狀態(tài)等信號(hào)，并傳輸至中控室，再由中控室遠(yuǎn)程傳輸至調(diào)度中心；恢復(fù)并升級(jí)計(jì)算機(jī)軟件和硬件，通過(guò)中控室工控機(jī)進(jìn)行泵組工況的監(jiān)視，對(duì)泵機(jī)進(jìn)行遙控；監(jiān)控電站的相關(guān)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢。核心為PLC接線和編程的正確性[3]、PLC與工控機(jī)和觸摸屏之間的通訊、液位流量等信號(hào)與工控機(jī)和調(diào)度中心的通訊、工控機(jī)和觸摸屏SCADA軟件的編寫和操作、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的編寫和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[4]。

1 更新改造的方法設(shè)計(jì)

整個(gè)自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行分為三層控制[5]：污水二期調(diào)度中心控制、中控室工控機(jī)控制及基本柜現(xiàn)場(chǎng)控制，泵站控制層次如圖1所示。

圖1 泵站控制層次

更新改造主要包括基本控制柜和中控室就地控制柜的更新改造。在整個(gè)過(guò)程中，先對(duì)三臺(tái)基本控制柜做改造，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)中控室的二臺(tái)就地控制柜做改造，采用雙機(jī)冗余控制，達(dá)到工控機(jī)可以讀取相關(guān)數(shù)據(jù)和控制基本控制柜的效果后，再對(duì)另三臺(tái)基本控制柜做改造。

1.1 網(wǎng)絡(luò)布線

在更新改造期間，由于原來(lái)的通訊是通過(guò)Genius網(wǎng)絡(luò)，改造后新的通訊方式為以太網(wǎng)，所以先敷設(shè)光纖，線路與原Genius網(wǎng)絡(luò)布線保持一致。此外，由于基本控制柜并不是一次性全部更換，所以原來(lái)的Genius網(wǎng)線將暫時(shí)保留并短接，以確保尚未更換的基本控制的數(shù)據(jù)仍能不間斷上傳，中控室工控機(jī)安裝臨時(shí)的監(jiān)控軟件，確?；镜倪\(yùn)營(yíng)需求。同時(shí)，通過(guò)無(wú)線通訊構(gòu)建一個(gè)臨時(shí)的遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)，從中控室工控機(jī)將數(shù)據(jù)打包遠(yuǎn)程傳輸給調(diào)度中心。

1.2 SCADA設(shè)計(jì)

六臺(tái)就地控制柜均配置觸摸屏，中控室配置一臺(tái)工程師工控機(jī)、二臺(tái)操作員工控機(jī)(雙機(jī)冗余)、一臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器和一臺(tái)100 M機(jī)架式工業(yè)級(jí)交換機(jī)。

SCADA采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，生成整個(gè)泵站的工藝流程和變配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，滿足日常對(duì)泵站各系統(tǒng)的監(jiān)控、操作和記錄，可以遙控各泵啟停、變頻泵調(diào)速、監(jiān)控溫度參數(shù)并實(shí)時(shí)報(bào)警、監(jiān)控泵站水位變化并記錄水位。SCADA對(duì)各類數(shù)據(jù)、文件歸檔，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、處理，對(duì)數(shù)據(jù)和畫面進(jìn)行回放，分析和統(tǒng)計(jì)進(jìn)出水流量和能耗，制作各類報(bào)表[6]。

1.3 調(diào)試方法

首先進(jìn)行單機(jī)調(diào)試，即對(duì)基本控制柜空載運(yùn)行，此調(diào)試無(wú)需開泵，校對(duì)柜面按鈕指示燈、觸摸屏顯示和工控機(jī)上的顯示和操作；接著進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試，按照控制要求和控制流程，對(duì)基本控制柜的連鎖、互鎖、開泵(變速泵開泵流程如圖2所示)、停泵、液壓閘閥開關(guān)等一系列進(jìn)行測(cè)試；然后，帶上負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，對(duì)各泵均啟停和運(yùn)行兩周，校對(duì)柜面按鈕指示燈、觸摸屏顯示和工控機(jī)上的顯示和操作，保證控制方式與控制要求一致；最后，將前池和高位井液位、各泵開關(guān)和流量、雨量信號(hào)等數(shù)據(jù)采集后發(fā)送到RTU上，供調(diào)度中心查看。

圖2 變速泵開泵流程

2 更新改造的應(yīng)用結(jié)果

目前，泵站自控系統(tǒng)更新改造已完成，進(jìn)入維護(hù)階段，運(yùn)行良好。

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)就地控制單元層主干網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)100 Mbps工業(yè)以太網(wǎng)；與低壓柜智能開關(guān)、電力網(wǎng)絡(luò)儀表、UPS間采用RS485串口通訊，通訊協(xié)議為MODBUS RTU；中控室設(shè)備之間通過(guò)電纜采用工業(yè)以太網(wǎng)連接；35 kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊；中控室與調(diào)度中心采用無(wú)線RTU和現(xiàn)場(chǎng)總線DDN兩種方式互備，實(shí)現(xiàn)信息互通。

2.2 SCADA應(yīng)用

SCADA軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)更新改造后的泵站的監(jiān)控，反映了數(shù)據(jù)和控制的正確性[7]。

工藝：如圖3所示，顯示了泵站的三維組態(tài)圖和運(yùn)行的相關(guān)信號(hào)，包括預(yù)留閘門的狀態(tài)及流量、進(jìn)水閘門狀態(tài)、前池液位及報(bào)警、入流閘門狀態(tài)、泵組可用信號(hào)、泵組狀態(tài)及報(bào)警、泵組后壓力、液壓閘閥狀態(tài)、單泵流量和總流量、雨量、出流閘門狀態(tài)、高位井液位及報(bào)警、放空閥狀態(tài)、出水箱涵和中隔墻閘門狀態(tài)、泵組加熱器開停和報(bào)警、冷卻風(fēng)機(jī)的開停和報(bào)警、循環(huán)冷卻泵的開停和報(bào)警、泵組電機(jī)冷卻水報(bào)警、主泵冷卻水報(bào)警、主泵沖洗水報(bào)警、循環(huán)水箱報(bào)警、送排風(fēng)扇狀態(tài)等。

圖3 泵站工藝

泵組總覽：顯示了各個(gè)單泵組的基本信號(hào)，包括單泵間的切換和運(yùn)行、流量顯示、輔助設(shè)備(前池液位、高位井液位、冷卻塔、送排風(fēng)扇、循環(huán)冷卻泵)狀態(tài)和操作、泵組的模擬量信號(hào)(流量、排量、電壓、電流、功率、繞組溫度、軸承溫度、震動(dòng)及開停泵時(shí)間)、泵組的狀態(tài)信號(hào)和操作(開停泵控制需二次確認(rèn))。

還有電力、閘閥狀態(tài)、設(shè)備信號(hào)、流程監(jiān)視、硫化氫、報(bào)警總覽和彈出報(bào)警、運(yùn)行曲線、操作記錄和報(bào)表生成。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

所有收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按照類型、名稱、屬性分類，按時(shí)序依次存檔，并及時(shí)寫入硬盤。數(shù)據(jù)庫(kù)支持檢索隨機(jī)存儲(chǔ)和定期存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，具備統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能[8]。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可保存一年以上數(shù)據(jù)并可拷貝保存。

3 結(jié)束語(yǔ)

泵站自動(dòng)化控制技術(shù)的提高有利于提升精細(xì)化管理水平，提高調(diào)度優(yōu)化水平能力，增強(qiáng)泵站聯(lián)合運(yùn)行能力[9]?，F(xiàn)在污水泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，PLC和SCADA起到了重要作用，使泵站的日常運(yùn)營(yíng)成本得以降低，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，使系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠[10]。本文對(duì)某泵站自控系統(tǒng)的更新改造進(jìn)行了方法設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行結(jié)果較好。

[1] DG/TJ08-2124-2013 排水泵站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].上海：上海市建筑建材業(yè)市場(chǎng)管理總站，2013.

[2] 郭子然.污水泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與實(shí)現(xiàn)方法[J].中國(guó)科技縱橫，2015,24(12)：63-63.

[3] 梁夢(mèng)穎.淺議泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新，2015,2(10)：125-125.

[4] 楊慶九.泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015,22(8)：78-79.

[5] 屈運(yùn)宇，楊攀.泵站節(jié)能技術(shù)改造與研究[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2015,41(2)：44-47.

[6] 姜海，陳言兵，趙偉.自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在大型泵站更新改造工程中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2013,19(12)：121-124.

[7] 劉繼雄.泵站電氣自動(dòng)化改造方案淺述[J].大科技，2012,28(10)：101-102.

[8] 王學(xué)明.泵站自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)[J].科技信息，2011,28(23)：55-55.

[9] 沈玉鳳.無(wú)人值守泵站自動(dòng)化技術(shù)改造案例[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2011,52(5)：55-56.

[10] 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].國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2011,30(2)：67-69.

Renovation Design of the Automatic Control System for a Pumping Station and Its Application

Zhang Bing

(Shanghai Electrical Automation D&R Institute Co., Ltd., Shanghai 200023, China)

Automatic control system plays an increasingly important role in the operation of the pumping station. For a pumping station, in terms of the control principles and requirements a renovation approach for automatic control system is designed based on PLC, SCADA and network. It includes six primary control cabinets, 2 local control cabinets, touch screen, industrial computer and communications. They are applied to the actual operation of a pumping station to achieve the control of 2 lead pumps and 4 fixed speed pumps, signal monitoring via touch screen monitoring and operation via IPC in the control room, servers for data storage and query and remote communication with the control center.

pump station；autocontrol；PLC；SCADA；monitoring

本項(xiàng)研究工作得到了上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助，資助課題(12DZ225900)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.04.032

TP271

A

1000-3886(2016)04-0103-03

張冰(1990 - )，女，江蘇徐州人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制。

定稿日期: 2016-03-20