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)計共布置3座泵站，其中1號泵站控制1#和2#橡膠壩，2號泵站控制3#和4#橡膠壩，3號泵站控制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、機械設(shè)備等共同組成，其本身是一個綜合體。在建設(shè)泵站過程中，如果對其中的各種設(shè)備進行選擇、配套、管理始終都是人們所關(guān)注的一項重要問題。合理的方式可以最大化其經(jīng)濟效益，確保泵站在建設(shè)后能夠長期穩(wěn)定運行，而在此過程中，泵站監(jiān)控系統(tǒng)的作用巨大。由此可見，加強對泵站監(jiān)控系統(tǒng)的分析具有現(xiàn)實意義。

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：①采集數(shù)據(jù)，并對采集的數(shù)據(jù)進行處理。②具體生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)自動控制：啟動泵組、關(guān)閉泵組，控制閘門的啟動與關(guān)閉，自動控制廠用電和變電站開關(guān)，以及對輔助設(shè)備的自動控制和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角葉片[1]。③統(tǒng)計、計算歷史數(shù)據(jù)：對各個機組運行過程中的有功、無功、功率因素內(nèi)容進行動態(tài)記錄；計算任意時間段單臺機運行過程中的各項參數(shù)，泵組的啟動與關(guān)閉次數(shù)，全廠總用電量；累積運行時間等多項內(nèi)容。④經(jīng)濟運行:依據(jù)不同的目標函數(shù)，例如依據(jù)全站運行消耗電量最低，運行效率最高、全站抽水量最大等多種方式，根據(jù)泵站出口、進口水位發(fā)生的具體變化，然后在通過動態(tài)計算，對泵組流量進行合理調(diào)節(jié)，依據(jù)計算結(jié)果計算開機臺數(shù)，并優(yōu)化各個泵組[2]。在滿足各項約束條件下，對泵站的節(jié)能強度進行挖掘，從而使泵站在運行過程中能夠以最小的能耗，實現(xiàn)最優(yōu)運行，從而提高泵站的經(jīng)濟效益。⑤泵站監(jiān)控系統(tǒng)要能夠與其它系統(tǒng)進行通信，從而提高泵站系統(tǒng)運行的合理性。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，抽水量也會過小，相應(yīng)的葉片的負載也就會較輕；如果葉片的角度較大，相應(yīng)的抽水量也大，此時葉片的載重也大[3]。當然，負載的重量、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，負載越小，反之越大。由此可見，在調(diào)節(jié)葉片時，要充分考慮抽水量、水位差、機組運行情況。

調(diào)節(jié)葉片的方法主要有以下兩種：（1）由伺服電機帶動機械傳動部件，從而改變?nèi)~片角度；（2）利用液壓結(jié)構(gòu)，帶動葉片轉(zhuǎn)動，從而使葉片的角度發(fā)生改變。對兩種不同的調(diào)節(jié)方式進行對比，前者的主要優(yōu)點是控制更加便捷，調(diào)整起來速度較快，缺點是容易出現(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（控制系統(tǒng)主機）要依據(jù)葉片的角度下達相應(yīng)的調(diào)節(jié)指令，從而使機械傳動機構(gòu)或液壓執(zhí)行機構(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)的一個重要任務(wù)，同時也是提升泵站運行效果的一項主要手段[4]。

1.2.2 電機選擇

對于流量的調(diào)節(jié)主要是通過加減泵量和調(diào)節(jié)泵運行頻率來實現(xiàn)的，在本項目中，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際生產(chǎn)中對于流量的調(diào)節(jié)要求，因此本項目中選擇的是異步定頻電機，所有機泵流量穩(wěn)定，這樣能夠有效的降低建設(shè)成本，同時提高運行的穩(wěn)定性。

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

1.3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和指標

1.3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

泵站自動化控制系統(tǒng)通常采用的都為分層式管理、分布式控制。其主要特點就是：公共輔機保護、勵磁控制的各個部分、各個機組等各自都形成一個相互獨立的單元，我們將其稱為現(xiàn)地控制單元，各個單元與控制系統(tǒng)通過總線、網(wǎng)絡(luò)方式與主機相連，主機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)進行了廣泛應(yīng)用，利用計算機對互感器中的電參數(shù)進行直接采集，并通過還原的方式，計算出電流、電壓、無功功率等各項參數(shù)數(shù)據(jù)。利用該技術(shù)制作的表計具有精度高、體積小、速度快等諸多特點，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)遠程設(shè)定，是一種先進的儀表[5]。

1.3.2 確保系統(tǒng)運行安全性的措施

泵站自動化控制系統(tǒng)對反應(yīng)速度有著特殊要求，具體反應(yīng)在泵站運行過程中涉及到的各項參數(shù)的采集以及控制命令的反應(yīng)速度，具體內(nèi)容如下：（1）人機接口相應(yīng)時間：刷新畫面數(shù)據(jù)的時間要小于2 s（該時間的計算應(yīng)當從數(shù)據(jù)庫刷新后開始計時）；對新畫面進行調(diào)節(jié)的相應(yīng)時間不能超過2 s；事件的發(fā)生或者警報的響起到畫面顯示和發(fā)出響應(yīng)的時間不能超過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?？刂葡到y(tǒng)在運行過程中的安全性，需要對不同的工作人員的權(quán)利進行限制，不同的操作者的訪問權(quán)限有所不同，避免因為誤操作導(dǎo)致控制系統(tǒng)在具體運行中出現(xiàn)工作。控制系統(tǒng)的可靠性指標如表1所示。

表1 控制系統(tǒng)可靠性指標

2 現(xiàn)場工況下智能調(diào)控

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

由于本項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，日常運行過程中，在某一時間，來水量通常是一個較為平穩(wěn)的波動值。針對這一波動值，設(shè)定高、中、低三個排水檔次，這三個檔次在不同時期，排水量不同。根據(jù)當?shù)貙嶋H天氣情況，對這三個檔次標準進行調(diào)節(jié)。當本流域流經(jīng)地區(qū)有雨時，調(diào)節(jié)檔次上升一個標準；天氣正常時，調(diào)節(jié)檔次不變；當天氣晴朗，地表徑流蒸發(fā)量較大時，調(diào)節(jié)檔次下調(diào)一個標準。這個標準能夠一定程度上對大的流量變化進行比較好的調(diào)整，但是還達不到精細化調(diào)整的目的。

針對流量的精細化調(diào)整就需要在已有三個檔次的基礎(chǔ)上再進行分析，這三個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。當排水檔次根據(jù)當?shù)靥鞖馇闆r調(diào)整好后，整體水量會預(yù)先有一個波動，因為雨水還未匯集到徑流中，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泵站進行監(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行補償調(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）因為在設(shè)計中沒有統(tǒng)一的標準和模式，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，沒有統(tǒng)一的標準對設(shè)計、監(jiān)理、驗收進行規(guī)范。

（2）依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果顯示，多數(shù)泵站中的工作人員掌握的計算機知識比較有限，吸收、消化運行維護泵站監(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）針對泵站運行數(shù)據(jù)資源的共享程度還需要工作人員進行深度挖掘，并且需要加強對數(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)改造中的運用[J].電工技術(shù),2013,07:36-49.

[4]李強.基于PLC泵站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化技術(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程監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子世界，2014，07:40-41.