徐佳麗+王菲+趙雨婷+許鐵強

【摘要】泵站是市政建設(shè)和治理工程中的一項基礎(chǔ)和關(guān)鍵設(shè)施，其重要性不言而喻。泵站控制的自動化水平受限于硬件和軟件，自控研發(fā)中心利用工作之余，積極調(diào)研，克服重重困難，完成了楊汛橋?qū)嶒炐W(xué)泵站自控改造。村居泵站的改造有其獨特性，也有共同性，此案例的改造有一定的借鑒價值。

【關(guān)鍵詞】泵站；信息層；控制層；設(shè)備層；軟件；自動化

引言

柯橋區(qū)為配合城鄉(xiāng)集約化供水，打破了郊區(qū)原先“一村一廠”的水格局，郊區(qū)供水與中心城區(qū)的差距也逐漸減小。農(nóng)村居民不但“喝得到水”，而且還要“喝上好水”。控制中心已在村居泵站現(xiàn)場安裝PLC、上位機、壓力表和水質(zhì)監(jiān)測儀表，按批次進行自動化改造。目前，工程順利完工，經(jīng)過控制中心與泵站管理所的共同努力，現(xiàn)場操作員可通過上位機開停水泵、水庫調(diào)流閥的自動控制以及現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)監(jiān)控，方便了泵站的生產(chǎn)運營。

同時，控制中心通過GPRS方式遠程讀取泵站現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，獲取泵站的全面生產(chǎn)信息，便于合理發(fā)揮泵站能力，保障村居供水。配合二期工程，實現(xiàn)泵站水質(zhì)數(shù)據(jù)的集中采集，進一步完善對于村居泵站的生產(chǎn)監(jiān)控。

1 .結(jié)構(gòu)及特點

1.1 結(jié)構(gòu)

泵站類型較多，歐美泵站按其結(jié)構(gòu)類型通常將其系統(tǒng)分為三層：

1.1.1由監(jiān)控計算機組成的信息層.

易控（INSPEC）組態(tài)軟件功能強大，可利用其設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面和監(jiān)控數(shù)據(jù)報表等相關(guān)工作，并可收集和操控全泵站的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在工程師站和操作員站各設(shè)置一臺上位機，并配套打印機和不間斷電源（UPS）。系統(tǒng)的上位機可顯示全泵站的電力監(jiān)控情況，并可通過以太網(wǎng)，實現(xiàn)與PLC分站的連接。

1.1.2由PLC和遠程IO子站組成的控制層。

控制層的主要作用是采集現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)和實時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備等。PLC主站通過以太網(wǎng)與上位機連接，通過Device Net與IO子站連接。

1.1.3由閥門、水泵、流量計和水位計等現(xiàn)場設(shè)備組成的設(shè)備層。

閥門、水泵、流量計和水位計等現(xiàn)場設(shè)備是設(shè)備層的重要組件，通過24V直流電開關(guān)量和4-20mA模擬信號，將其與PLC遠程IO站連接，從而將運行參數(shù)和工藝參數(shù)傳送到PLC，并通過PLC對設(shè)備加以控制。

通過系統(tǒng)的上位監(jiān)控，可實現(xiàn)泵站的自動化運行和對故障的治理。丈量水位工作由GE公司90-30系列PLC組成的下位PLC完成；監(jiān)控電力和啟停水泵等工作則是由Beckhoff公司BK5220系列的I/O模塊組成的遠程I/O子站完成。下位PLC與上位機和下位PLC與遠程I/O子站在通訊方式上也有所差異：與上位機是以太網(wǎng)接進Hub的方式，而下遠程I/O子站則是以Device net網(wǎng)絡(luò)的方式。泵站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖用圖1說明：

由于季節(jié)性變化，所有泵站在不同季節(jié)將采取不同的運行模式，該泵站全年運行模式如下：

Mode 1：旱季無雨或初雨且尚未超過截流水量時，僅有截流污水泵交替運行或滿負荷運行；

Mode 2：當(dāng)雨量逐漸增多，在即將超過限定值時，且截流污水泵已滿負荷，此時應(yīng)啟動雨水調(diào)節(jié)池，以滿足工作要求；

Mode 3：若雨量持續(xù)增大，且雨水調(diào)節(jié)池?zé)o額外余量時，為達到防汛排澇目的，在截流污水泵依舊滿負荷運行的情況下，啟動雨水泵；

Mode 4：一旦降雨結(jié)束，立即停止運行雨水泵，并放空雨水調(diào)節(jié)池，原則上只保留截流污水泵交替運行；

Mode 5：在旱季無雨或少雨時，在進行雨水泵試車操作前，原則上要停止運行截流污水泵；

Mode 6：泵站需大修。

1.2 特點

1.2.1運行監(jiān)控，系統(tǒng)可靠。

經(jīng)改造的村居具有多種特殊功能，因此系統(tǒng)運行可靠性較高。這些功能包括雨污水外排工程的運行監(jiān)控、工程范圍內(nèi)的主要設(shè)備監(jiān)控、故障報警及事故狀態(tài)下應(yīng)急處理方案和手段。

1.2.2能耗降低，運行經(jīng)濟。

系統(tǒng)對村居泵站等設(shè)施內(nèi)的儀表及機電設(shè)備進行監(jiān)控，充分發(fā)揮了泵組的提升能力，管網(wǎng)系統(tǒng)雨污水運載能力也得到了提高，達到同樣效果時，所使用的機電設(shè)備變少，能耗也大幅降低，運行總成本顯著降低。

1.2.3采集全面，處理得當(dāng).

系統(tǒng)可自動定時地采集村居泵站主要設(shè)備的運行參數(shù)，并將其保存于數(shù)據(jù)庫。這些參數(shù)可在畫面上顯示、制表打印和計算控制等。同時，改造后的系統(tǒng)，減輕了中控室值班員的工作，大部分工程可在人機界面完成，不僅可以查看泵站的自動化運行情況，還可實時調(diào)用各工作點的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)。當(dāng)然，系統(tǒng)運行的安全性能大大提高，可根據(jù)總體運行狀況，進行適時合理的分析、處理。

2 .運行

在控制策略上，污水泵房和雨水泵房均基于可編程序邏輯控制器，即PLC。兩者各自擁有控制子系統(tǒng)，因此其控制相對獨立。變電所的控制系統(tǒng)與集控室的計算機系統(tǒng)相連接，但其自動化控制相對獨立。出于安全考慮，在集控室內(nèi)設(shè)置兩臺監(jiān)控計算機，其中一臺為備用。監(jiān)控計算機擔(dān)負治理和協(xié)調(diào)子系統(tǒng)的工作，其操作界面由顯示屏和鍵盤構(gòu)成。污水泵房和雨水泵房是村居泵站的兩個重要組成部分，但其在功能上存在較大差異。其中，污水泵的功能與治理工程中心監(jiān)控主站保持通訊，而雨水泵房則擔(dān)負著與市區(qū)排水信息系統(tǒng)通訊的重要職責(zé)。

經(jīng)改造的村居泵站中的各主要部件安全性較高，因為其均通過以太網(wǎng)（Ethernet）連接。這些部件包括監(jiān)控計算機、污水泵房控制PLC、雨水泵房控制PLC以及變電所內(nèi)的自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息庫。當(dāng)然設(shè)備間的通訊要以實際情況作為判斷依據(jù)，因此PLC與水泵和閘門等機械設(shè)備間的控制箱以Device net總線的方式連接。在這樣的連接條件下，使得儀表的模擬量和脈沖量可以同時通過遠端I/O模塊進入Device net。endprint

污水治理工程中心主站和泵站之間的通訊分為常用信道和備用信道，兩者的通訊方式也存在著差異：常用信道通過數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）進行通訊，而備用信道則通過無線進行通訊。兩者均經(jīng)過服務(wù)代理泵站，進而轉(zhuǎn)接到位于M2泵站的污水處理工程中心的監(jiān)控主站。若要實現(xiàn)輪詢方式下逢變則報的功能，則采用IEC60870.5-101通訊標準，且為非平衡傳輸模式。

3 .軟件應(yīng)用

通過自主軟件開發(fā)，實現(xiàn)了泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的上位監(jiān)控，并建立了雨水泵房和污水泵房。這兩個泵房在工作和功能上相對獨立，但職責(zé)強大。兩個泵房在同一控制系統(tǒng)之下，可實現(xiàn)自動控制泵站的自動化運行。經(jīng)改造后的村居泵站系統(tǒng)可實時數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)報表打印、歷史數(shù)據(jù)查詢、信息報警和流量曲線顯示等工作。

3.1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)

主控平臺、電站檢測、報警查詢、報表瀏覽和系統(tǒng)維護是泵站監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分和功能要素。當(dāng)系統(tǒng)運行時，依次進入主控平臺界面，通過這個界面可以查詢和顯示整個泵站所有設(shè)備的信息。若要查看該設(shè)備的具體信息，只需點擊某個設(shè)備即可。比如，若要顯示系統(tǒng)的電氣連接網(wǎng)絡(luò)圖，只要點擊電站檢測界面，方便、易操作；通過報警查詢界面可以顯示報警情況；通過瀏覽界面可以顯示歷史實時數(shù)據(jù)的瀏覽曲線圖。泵站的所有污水泵、雨水泵、格柵等各類信息參數(shù)和對各個泵、閘門和格柵等操作均可通過主控平臺來完成。

3.1.1泵啟停主要參數(shù)。

機泵監(jiān)測窗口能對泵進行遠程狀態(tài)控制，它主要顯示該泵當(dāng)前的運行狀態(tài)，包括累積運行時間、次數(shù)、電流值、頻率、轉(zhuǎn)速和累積流量等信息。

3.1.2閘門啟停主要參數(shù)。

閘門監(jiān)測窗口是一個重要窗口，其主要顯示該閘門狀態(tài)，包括累積運行時間和次數(shù)等信息，并能對該閘門進行遠程開關(guān)操作。

3.1.3格柵主要參數(shù)。

格柵監(jiān)測窗口，分為兩種不同顯示風(fēng)格，主要顯示內(nèi)容為當(dāng)前格柵狀態(tài)的參數(shù)信息。

3.1.4雨水排放操作。

雨水排放操作窗口，可以選擇具體排放模式，實現(xiàn)適時合理的雨水排放。

3.1.5污水排放操作。

污水排放操作窗口包含對各種污水排放的操作模式。

3.2 電站監(jiān)測

數(shù)據(jù)采集是電站監(jiān)測的首要工作任務(wù)，經(jīng)改造后的村居泵站系統(tǒng)可以實現(xiàn)對過程數(shù)據(jù)的自動巡回采集和存儲，并且數(shù)據(jù)的采樣周期小于100ms。其中，按其重要參數(shù)性質(zhì)，可將機組分為兩大類：

3.2.1開關(guān)類參數(shù)。

機組控制開機、停機和閘門開關(guān)的PLC是開關(guān)類參數(shù)的主要來源。

3.2.2流量類參數(shù).

液位儀、流量計和雨量計是流量類參數(shù)的主要來源，此類參數(shù)主要用于丈量污水和雨水流量、機組各項繞組和軸承溫度。上位機可以對于不同設(shè)備分別進行數(shù)據(jù)采集。對于不同PLC設(shè)備，在使用時只要進行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置并添加設(shè)備，便可實現(xiàn)信息的傳送，改造過程簡單易操作。同時，系統(tǒng)還可可動態(tài)顯示或?qū)⑵浔４娴綌?shù)據(jù)庫中，并根據(jù)用戶的要求進行不同數(shù)據(jù)的并行處理。

在完成以上事項后，便進行報表操作。報表是村居泵站改造治理過程中的一項重要內(nèi)容，這是系統(tǒng)對上位機定時或召喚出報表的要求。一份完整的報表包括泵站所有機組的運行日志、污水流量統(tǒng)計報表（年、月和日統(tǒng)計報表）、雨水流量統(tǒng)計報表（年、月和日統(tǒng)計報表）和故障報警報表等相關(guān)內(nèi)容。

經(jīng)改造的村居泵站系統(tǒng)監(jiān)測和控制功能十分強大，可實現(xiàn)監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)和治理等多方面工作過程。因此，為減輕員工的工作強度，現(xiàn)場運行要求穩(wěn)定可靠、成本經(jīng)濟。通過易控（INSPEC）的人機界面可以實現(xiàn)強大的自動控制和數(shù)據(jù)治理功能。該系統(tǒng)運行可靠，在改造過程中總結(jié)了一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，為以后的村居泵站改造提供了一套切實可行的信息化解決方案。

4 .結(jié)論

為加快集鎮(zhèn)、村居泵站自動化建設(shè)步伐，自控研發(fā)中心職工在8小時工作時間之余，主動放棄星期天、中午等休息時間，積極配合分公司進行集鎮(zhèn)、村居泵站建設(shè)，通過三天時間，順利完成楊汛橋?qū)嶒炐W(xué)泵站自控改造。據(jù)悉，今年泵站改造任務(wù)艱巨繁重，再加上近階段，雨水增多，改造泵站現(xiàn)場施工難度加大，但研發(fā)中心團隊眾志成城，對自控改造工作進行合理安排。在保證安全的情況下，雨天撐起雨具照常施工，楊汛橋?qū)嶒炐W(xué)泵站城西分公司現(xiàn)已改造完成，正常運行。

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