楊凱剛

新建敦格鐵路（青海段）地處高原，海拔高，晝夜溫差大，環(huán)境惡劣，無(wú)人值守的站點(diǎn)居多， 給水自動(dòng)化系統(tǒng)能夠滿足鐵路系統(tǒng)各部門(mén)生產(chǎn)、生活用水需求。本文介紹了敦格鐵路給水自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及性能特點(diǎn)，并以大柴旦給水自動(dòng)化系統(tǒng)為例，詳細(xì)分析了敷設(shè)控制電纜控制水泵啟停時(shí)，控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的處理方法。

一、引言

鐵路給水系統(tǒng)是我國(guó)鐵路系統(tǒng)中非常重要的組成部分，主要承擔(dān)著列車(chē)飲用水和清潔用水，以及鐵路沿線各個(gè)站區(qū)生產(chǎn)、生活的用水供給。鐵路給水系統(tǒng)主要由給水所、蓄水池、深井泵房等組成，該系統(tǒng)運(yùn)行是否正常，以及效率的高低將直接影響整個(gè)鐵路系統(tǒng)的生產(chǎn)、生活。

鐵路給水自動(dòng)化系統(tǒng)利用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，具有監(jiān)控給水設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)減員增效等優(yōu)點(diǎn)，在鐵路系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。敦格鐵路地處高原，海拔高，晝夜溫差大，環(huán)境惡劣，無(wú)人值守的站點(diǎn)居多， 給水自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用為鐵路系統(tǒng)各個(gè)部門(mén)的安全，不間斷用水提供了有力的保障。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說(shuō)明

新建鐵路敦煌至格爾木（青海段）給水自動(dòng)化系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的功能終端和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)傳輸通道組成。

1.標(biāo)準(zhǔn)化功能終端

給水自動(dòng)化系統(tǒng)共涉及4 類標(biāo)準(zhǔn)化功能終端，即水泵和閥控制功能終端（泵閥遠(yuǎn)控箱）、水計(jì)量功能終端（遠(yuǎn)傳流量計(jì)）、模擬量采集功能終端（液位/壓力采集終端）以及電計(jì)量功能終端（累計(jì)電量采集器），系統(tǒng)中以泵閥遠(yuǎn)控箱、遠(yuǎn)傳流量計(jì)、液位/壓力采集終端、累計(jì)電量采集器4 類終端分別實(shí)現(xiàn)以上4 項(xiàng)功能，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)所涉及的液位、壓力、流量、電量水泵閥門(mén)開(kāi)停狀態(tài)等模擬和數(shù)字量進(jìn)行采集、傳輸和控制。

這四類終端均為標(biāo)準(zhǔn)化配置，各站間同類功能終端硬件可以相互替換，參數(shù)可以獨(dú)立靈活設(shè)置，以標(biāo)準(zhǔn)化功能終端取代傳統(tǒng)的集中監(jiān)控模式，最大限度地降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性，并最大限度地有利于終端設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

2.標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)通道

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化的以太網(wǎng)作為給水自動(dòng)化系統(tǒng)信息和控制命令的傳輸通道。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)端口，即可將任一標(biāo)準(zhǔn)化功能終端掛在網(wǎng)絡(luò)上，將全線各站給水自動(dòng)化設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)通道，可以對(duì)各個(gè)站的水泵和閥門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)工，對(duì)各個(gè)站的用電量、用水量實(shí)施遠(yuǎn)程抄讀，對(duì)具備標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)接口的設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程訪問(wèn)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)用水量、用電量等數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄和保存，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和終端的臺(tái)賬管理和月報(bào)表的打印等。

給水自動(dòng)化系統(tǒng)由以上標(biāo)準(zhǔn)化功能和標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)通道組成，構(gòu)成模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)充的給水自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上克服了傳統(tǒng)給水集中監(jiān)控模式系統(tǒng)復(fù)雜、可維護(hù)性差、各站軟硬件設(shè)備不通用的弊端，最大限度地降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可靠性，并最大限度地有利于系統(tǒng)終端設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)保養(yǎng)。

敦格鐵路給水自動(dòng)化系統(tǒng)在魚(yú)卡車(chē)站設(shè)立給水調(diào)度室，對(duì)全線各站的給水設(shè)備終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理。在各站配置相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化終端，進(jìn)行給水自動(dòng)化控制。

三、系統(tǒng)性能及特點(diǎn)

敦格鐵路給水自動(dòng)化系統(tǒng)采用先進(jìn)的施耐德ACS510 變頻器以及S7-200 PLC 控制器+觸摸屏對(duì)官網(wǎng)壓力進(jìn)行控制，能夠簡(jiǎn)化操作難度。

在自動(dòng)狀態(tài)下，用戶在觸摸屏參數(shù)設(shè)置畫(huà)面設(shè)置需要恒定壓力值后，通過(guò)S7-200 PLC 控制器與變頻器之間的相互控制，使管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)定壓力值誤差范圍值之內(nèi)。在對(duì)生活管網(wǎng)進(jìn)行供水時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行管網(wǎng)設(shè)定壓力。

該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)功耗小，功率因素高，一般可達(dá)0.85 以上，運(yùn)行效率為95%以上，系統(tǒng)基本處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

（2）自動(dòng)化程度高，技術(shù)先進(jìn)，其控制核心為S7-200 PLC 控制器及施耐德ACS510 變頻器，智能識(shí)別管道壓力，響應(yīng)速度快，精度及穩(wěn)定性好，能夠保證系統(tǒng)在復(fù)雜情況下長(zhǎng)期安全無(wú)故障運(yùn)行，性能非常穩(wěn)定。

（3）設(shè)備高效節(jié)能，采用變頻調(diào)速器，按需要設(shè)定供水壓力，根據(jù)管網(wǎng)用水量來(lái)變頻調(diào)速水泵轉(zhuǎn)速，使水泵始終在高效節(jié)能運(yùn)行，該設(shè)備同普通無(wú)塔供水設(shè)備相比，節(jié)能達(dá)25%。

（4）對(duì)電網(wǎng)沖擊小，保護(hù)功能完善。系統(tǒng)平時(shí)均處于變頻運(yùn)行狀態(tài)，消除直接啟動(dòng)或降藕式啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾，并且設(shè)備控制系統(tǒng)具有短路、過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、欠壓、缺相、過(guò)熱等多種安全保護(hù)功能，大大提高了工作效率，延長(zhǎng)水泵的使用壽命。

（5）全自動(dòng)供水設(shè)備，無(wú)需人員值班看守。

（6）控制精度高，且準(zhǔn)確壓力顯示，使操作人員及時(shí)了解管網(wǎng)壓力狀況。該系統(tǒng)采用精確的模擬量及通訊功能，實(shí)況顯示各類數(shù)據(jù)，避免誤區(qū)。

（7）具有定時(shí)換泵功能，換泵時(shí)間由用戶自行設(shè)定，大大延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。

（8）具有自動(dòng)巡檢功能，若一臺(tái)泵故障會(huì)及時(shí)切換另外一臺(tái)泵保證供水。

四、系統(tǒng)故障排除

以大柴旦火車(chē)站為例，大柴旦給水自動(dòng)化系統(tǒng)有一座給水所，設(shè)置一套施耐德ACS510 變頻器以及S7-200 PLC 控制器，距離火車(chē)站3km；一座500M3蓄水池；距離給水所1km 外設(shè)置一座深井泵房。

蓄水池處控制器用漂浮式液位控制器，水池和深井泵房之間敷設(shè)3*4mm2控制電纜傳輸水池液位信號(hào)，深井泵房?jī)?nèi)設(shè)水泵控制柜，利用中間繼電器控制交流接觸器實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)啟停。

1.故障現(xiàn)象

大柴旦給水自動(dòng)化系統(tǒng)在正常運(yùn)行兩天后出現(xiàn)故障：給水所蓄水池在達(dá)到設(shè)定水位后，深井泵房中的水泵無(wú)法自動(dòng)停止工作，手動(dòng)停止后，待水位下降到設(shè)定位置后，水泵可以自動(dòng)啟動(dòng)。

2.故障判斷

現(xiàn)場(chǎng)模擬蓄水池高水位信號(hào)，通過(guò)控制電纜的傳輸給深井泵房的控制柜，在20 次實(shí)驗(yàn)中只有一次能夠使水泵自動(dòng)停止工作，同樣模擬蓄水池低水位信號(hào)時(shí)，在20 次實(shí)驗(yàn)中有20 次能夠?qū)崿F(xiàn)水泵的自動(dòng)啟動(dòng)，由此可以判斷給水自動(dòng)化系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

首先排查蓄水池中的漂浮式液位控制器出現(xiàn)故障，在更換新的漂浮式液位控制器后，進(jìn)行模擬試驗(yàn)仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)按照要求啟停。

再次排查控制電纜在敷設(shè)時(shí)出現(xiàn)破皮接地，在對(duì)電纜進(jìn)行測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)電纜沒(méi)有出現(xiàn)破皮情況。

最后排查深井泵房中控制柜的控制回路，發(fā)現(xiàn)中間繼電器應(yīng)分不分是造成系統(tǒng)無(wú)法啟停的主要原因。

在排查故障時(shí)給中間繼電器模擬信號(hào)試驗(yàn)動(dòng)作正常，排除中間繼電器故障，但是在用萬(wàn)用表測(cè)試液位信號(hào)分開(kāi)后中間繼電器接觸線圈發(fā)現(xiàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)接觸線圈兩端仍然有一個(gè)60V～90V 的不穩(wěn)定的電壓存在。此時(shí)可以斷定中間繼電器不分合的原因是液位控制器給出分開(kāi)信號(hào)后中間繼電器接觸線圈應(yīng)該失去電壓斷電，繼電器分開(kāi)，但是由于接觸線圈存在有殘存電壓導(dǎo)致繼電器無(wú)法分開(kāi)。

經(jīng)查詢和論證發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)距離電纜在帶交流電后，在線間會(huì)形成分布電容，1km 長(zhǎng)的控制電纜相當(dāng)于一個(gè)電容串聯(lián)在液位控制器和中間繼電器接觸線圈之間，當(dāng)液位控制器發(fā)出高水位信號(hào)電纜物理斷點(diǎn)斷開(kāi)后電纜兩端因電容原因仍有加載在中間繼電器接觸線圈上一個(gè)電壓存在，而這個(gè)電壓值在繼電器線圈工作電壓范圍內(nèi)，造成中間繼電器接觸線圈仍然帶電導(dǎo)致吸合不分開(kāi)，從而無(wú)法控制交流接觸器斷開(kāi)控制水泵自動(dòng)停止。

3.故障修復(fù)

將深井泵房控制柜中交流中間繼電器更換為直流中間繼電器，進(jìn)行多次試驗(yàn)后給水系統(tǒng)能夠按照低水位啟動(dòng)，高水位停止的要求，說(shuō)明控制電纜加直流電壓不能形成電容，不會(huì)影響中間繼電器分合。

五、結(jié)語(yǔ)

鐵路給水自動(dòng)化系統(tǒng)能夠不間斷地給鐵路系統(tǒng)用水提供保障，但是深井泵房與給水所距離太遠(yuǎn)時(shí)，控制柜在收到啟停信號(hào)后，由于控制柜中的交流繼電器線圈存在電壓，導(dǎo)致控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此在短距離時(shí)，可以采用敷設(shè)控制電纜的方式對(duì)水泵進(jìn)行控制；長(zhǎng)度大于100m 的控制電纜應(yīng)考慮消除電纜容性電壓的措施，大于1000m 以上長(zhǎng)距離時(shí)，建議采用敷設(shè)光纜在深井泵房里面利用PLC 以太網(wǎng)通訊的方式對(duì)水泵進(jìn)行控制，盡量提前完善好設(shè)計(jì)方案和施工方案，避免施工完成后系統(tǒng)不能正常工作造成后期返工處理造成不必要的損失。