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        藉河生態(tài)治理工程泵站監(jiān)控系統(tǒng)分析

        2018-04-02 06:45:53栗禎澤
        陜西水利 2018年1期
        關(guān)鍵詞:檔次泵站調(diào)節(jié)

        呂 凱,栗禎澤

        0 前言

        藉河生態(tài)治理工程二期工程位于甘肅省天水市,工程設(shè)計(jì)范圍為藉河生態(tài)綜合治理一期續(xù)建工程末端(水家溝口)至藉河入渭口,治理河段長度9.6 km。設(shè)計(jì)共布置3座泵站,其中1號(hào)泵站控制1#和2#橡膠壩,2號(hào)泵站控制3#和4#橡膠壩,3號(hào)泵站控制5#和6#橡膠壩。因此,為了便于管道布置及方便管理,3座泵站站址均選擇在蓄水區(qū)河道左岸堤防外側(cè)。泵站主要由電力設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等共同組成,其本身是一個(gè)綜合體。在建設(shè)泵站過程中,如果對其中的各種設(shè)備進(jìn)行選擇、配套、管理始終都是人們所關(guān)注的一項(xiàng)重要問題。合理的方式可以最大化其經(jīng)濟(jì)效益,確保泵站在建設(shè)后能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行,而在此過程中,泵站監(jiān)控系統(tǒng)的作用巨大。由此可見,加強(qiáng)對泵站監(jiān)控系統(tǒng)的分析具有現(xiàn)實(shí)意義。

        1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的分析

        1.1 泵站監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

        泵站監(jiān)控系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中的主要功能有以下幾點(diǎn):①采集數(shù)據(jù),并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。②具體生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制:啟動(dòng)泵組、關(guān)閉泵組,控制閘門的啟動(dòng)與關(guān)閉,自動(dòng)控制廠用電和變電站開關(guān),以及對輔助設(shè)備的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角葉片[1]。③統(tǒng)計(jì)、計(jì)算歷史數(shù)據(jù):對各個(gè)機(jī)組運(yùn)行過程中的有功、無功、功率因素內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄;計(jì)算任意時(shí)間段單臺(tái)機(jī)運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù),泵組的啟動(dòng)與關(guān)閉次數(shù),全廠總用電量;累積運(yùn)行時(shí)間等多項(xiàng)內(nèi)容。④經(jīng)濟(jì)運(yùn)行:依據(jù)不同的目標(biāo)函數(shù),例如依據(jù)全站運(yùn)行消耗電量最低,運(yùn)行效率最高、全站抽水量最大等多種方式,根據(jù)泵站出口、進(jìn)口水位發(fā)生的具體變化,然后在通過動(dòng)態(tài)計(jì)算,對泵組流量進(jìn)行合理調(diào)節(jié),依據(jù)計(jì)算結(jié)果計(jì)算開機(jī)臺(tái)數(shù),并優(yōu)化各個(gè)泵組[2]。在滿足各項(xiàng)約束條件下,對泵站的節(jié)能強(qiáng)度進(jìn)行挖掘,從而使泵站在運(yùn)行過程中能夠以最小的能耗,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行,從而提高泵站的經(jīng)濟(jì)效益。⑤泵站監(jiān)控系統(tǒng)要能夠與其它系統(tǒng)進(jìn)行通信,從而提高泵站系統(tǒng)運(yùn)行的合理性。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 集控性泵站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.2 泵站控制對象

        1.2.1 調(diào)節(jié)葉片

        大型泵站中的多數(shù)水泵的抽水葉片都是可調(diào)節(jié)的,如果葉片的角度過小,抽水量也會(huì)過小,相應(yīng)的葉片的負(fù)載也就會(huì)較輕;如果葉片的角度較大,相應(yīng)的抽水量也大,此時(shí)葉片的載重也大[3]。當(dāng)然,負(fù)載的重量、抽水量大小都與泵站的上游水位和下游的水位差有著一定影響,水位差越小,負(fù)載越小,反之越大。由此可見,在調(diào)節(jié)葉片時(shí),要充分考慮抽水量、水位差、機(jī)組運(yùn)行情況。

        調(diào)節(jié)葉片的方法主要有以下兩種:(1)由伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)部件,從而改變?nèi)~片角度;(2)利用液壓結(jié)構(gòu),帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),從而使葉片的角度發(fā)生改變。對兩種不同的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行對比,前者的主要優(yōu)點(diǎn)是控制更加便捷,調(diào)整起來速度較快,缺點(diǎn)是容易出現(xiàn)水泵沖擊,因此該方式經(jīng)常在較小的水泵中使用;后者的優(yōu)點(diǎn)是水泵不易發(fā)生沖擊,因此能夠在大型水泵中使用,其缺點(diǎn)是調(diào)整速度相對來說比較緩慢,并且具有一定的滯后性。調(diào)整對象不同,通常水泵葉片調(diào)整角度范圍為-6°-+6°。因此,在具體調(diào)節(jié)過程中主機(jī)(控制系統(tǒng)主機(jī))要依據(jù)葉片的角度下達(dá)相應(yīng)的調(diào)節(jié)指令,從而使機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)件葉片調(diào)整到所需要的位置,葉片角度的調(diào)整通常需要經(jīng)過多次調(diào)整才能達(dá)到期望的位置。

        調(diào)節(jié)葉片角度,使其處于合理的位置,是控制系統(tǒng)的一個(gè)重要任務(wù),同時(shí)也是提升泵站運(yùn)行效果的一項(xiàng)主要手段[4]。

        1.2.2 電機(jī)選擇

        對于流量的調(diào)節(jié)主要是通過加減泵量和調(diào)節(jié)泵運(yùn)行頻率來實(shí)現(xiàn)的,在本項(xiàng)目中,上游流量變化較大,單純的調(diào)節(jié)頻率的變化不足以滿足實(shí)際生產(chǎn)中對于流量的調(diào)節(jié)要求,因此本項(xiàng)目中選擇的是異步定頻電機(jī),所有機(jī)泵流量穩(wěn)定,這樣能夠有效的降低建設(shè)成本,同時(shí)提高運(yùn)行的穩(wěn)定性。

        泵的開啟與關(guān)閉可以通過程序自動(dòng)運(yùn)行,也可以由管理人員下達(dá)具體指令。每個(gè)泵站都有獨(dú)立的管控系統(tǒng),可以根據(jù)液位情況決定開泵量的多少以及開泵時(shí)間的長短,同時(shí)也接受遠(yuǎn)程指令調(diào)控。

        1.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指標(biāo)

        1.3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)通常采用的都為分層式管理、分布式控制。其主要特點(diǎn)就是:公共輔機(jī)保護(hù)、勵(lì)磁控制的各個(gè)部分、各個(gè)機(jī)組等各自都形成一個(gè)相互獨(dú)立的單元,我們將其稱為現(xiàn)地控制單元,各個(gè)單元與控制系統(tǒng)通過總線、網(wǎng)絡(luò)方式與主機(jī)相連,主機(jī)與各單元的控制命令的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳與下傳通訊。

        在自動(dòng)化泵站中,變送器采集方式已經(jīng)逐漸被淘汰,取而代之的是更加優(yōu)秀的交流參數(shù)采集,對交流直接采集技術(shù)進(jìn)行了廣泛應(yīng)用,利用計(jì)算機(jī)對互感器中的電參數(shù)進(jìn)行直接采集,并通過還原的方式,計(jì)算出電流、電壓、無功功率等各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)。利用該技術(shù)制作的表計(jì)具有精度高、體積小、速度快等諸多特點(diǎn),并且可以通過總線接口完成數(shù)據(jù)的組網(wǎng)傳送,以及參數(shù)遠(yuǎn)程設(shè)定,是一種先進(jìn)的儀表[5]。

        1.3.2 確保系統(tǒng)運(yùn)行安全性的措施

        泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)對反應(yīng)速度有著特殊要求,具體反應(yīng)在泵站運(yùn)行過程中涉及到的各項(xiàng)參數(shù)的采集以及控制命令的反應(yīng)速度,具體內(nèi)容如下:(1)人機(jī)接口相應(yīng)時(shí)間:刷新畫面數(shù)據(jù)的時(shí)間要小于2 s(該時(shí)間的計(jì)算應(yīng)當(dāng)從數(shù)據(jù)庫刷新后開始計(jì)時(shí));對新畫面進(jìn)行調(diào)節(jié)的相應(yīng)時(shí)間不能超過2 s;事件的發(fā)生或者警報(bào)的響起到畫面顯示和發(fā)出響應(yīng)的時(shí)間不能超過2 s。(2)數(shù)據(jù)巡測周期:溫度模擬量小于20 s;電氣模擬量小于3 s;開關(guān)量小于3 s;開關(guān)分辨率小于5 ms。

        為了確保控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性,需要對不同的工作人員的權(quán)利進(jìn)行限制,不同的操作者的訪問權(quán)限有所不同,避免因?yàn)檎`操作導(dǎo)致控制系統(tǒng)在具體運(yùn)行中出現(xiàn)工作??刂葡到y(tǒng)的可靠性指標(biāo)如表1所示。

        表1 控制系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

        2 現(xiàn)場工況下智能調(diào)控

        由于本項(xiàng)目涉及到3個(gè)泵站之間的相互協(xié)作,而液位流量等有一個(gè)延時(shí)反饋,單純的依靠液位指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控是完全滿足不了實(shí)際生產(chǎn)要求的。因此本項(xiàng)目采用三級調(diào)控的方式,對整體蓄水分洪的要求進(jìn)行滿足。

        由于本項(xiàng)目涉及到的地理位置較廣,所以與水量和天氣情況有十分密切的關(guān)系,日常運(yùn)行過程中,在某一時(shí)間,來水量通常是一個(gè)較為平穩(wěn)的波動(dòng)值。針對這一波動(dòng)值,設(shè)定高、中、低三個(gè)排水檔次,這三個(gè)檔次在不同時(shí)期,排水量不同。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際天氣情況,對這三個(gè)檔次標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)本流域流經(jīng)地區(qū)有雨時(shí),調(diào)節(jié)檔次上升一個(gè)標(biāo)準(zhǔn);天氣正常時(shí),調(diào)節(jié)檔次不變;當(dāng)天氣晴朗,地表徑流蒸發(fā)量較大時(shí),調(diào)節(jié)檔次下調(diào)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能夠一定程度上對大的流量變化進(jìn)行比較好的調(diào)整,但是還達(dá)不到精細(xì)化調(diào)整的目的。

        針對流量的精細(xì)化調(diào)整就需要在已有三個(gè)檔次的基礎(chǔ)上再進(jìn)行分析,這三個(gè)泵站在地理位置上并不是并聯(lián)的,而是位于河流的上下游。當(dāng)排水檔次根據(jù)當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r調(diào)整好后,整體水量會(huì)預(yù)先有一個(gè)波動(dòng),因?yàn)橛晁€未匯集到徑流中,而徑流水已經(jīng)被加速排出,在此情況下,由位置最接近天氣變化點(diǎn)泵站進(jìn)行監(jiān)控,監(jiān)控液位的變化幅度大小,如果幅度區(qū)域平穩(wěn),則保持現(xiàn)有調(diào)節(jié)方式。如果幅度變化持續(xù)增大,則需要在其他泵站進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié),最終確保整體穩(wěn)定。

        4 結(jié)論

        泵站監(jiān)控系統(tǒng)雖然得到了廣泛應(yīng)用,但是其具體發(fā)展過程中還存在一些問題有待解決:

        (1)因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和模式,因此在技術(shù)水平上呈出了參差不齊的局面,特別是在具體建設(shè)時(shí),沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)、監(jiān)理、驗(yàn)收進(jìn)行規(guī)范。

        (2)依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,多數(shù)泵站中的工作人員掌握的計(jì)算機(jī)知識(shí)比較有限,吸收、消化運(yùn)行維護(hù)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的能力也有限,這在一定程度上對泵站監(jiān)控系統(tǒng)的作用發(fā)揮產(chǎn)生了不良影響。

        (3)針對泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)資源的共享程度還需要工作人員進(jìn)行深度挖掘,并且需要加強(qiáng)對數(shù)據(jù)的共享方式和共享內(nèi)容的深入分析。

        [1]韓昭嶸,鄒金慧.基于GPRS無線傳感網(wǎng)絡(luò)和STM32的泵站監(jiān)控系統(tǒng)[J].電器與能效管理技術(shù),2016,03:48-57.

        [2]趙敏,劉潔,楊海柱.新型泵站監(jiān)控系統(tǒng)在木瓜煤礦的應(yīng)用[J].電子世界,2013,05:127-128.

        [3]袁建軍,駱洋,顧文杰.PLC在泵站監(jiān)控系統(tǒng)改造中的運(yùn)用[J].電工技術(shù),2013,07:36-49.

        [4]李強(qiáng).基于PLC泵站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2013,06:113-116.

        [5]陳龍飛.基于STM32的城市二次供水泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子世界,2014,07:40-41.

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