淺談鐵嶺市城區小型排水泵站無人值守自動控制系統

2011-12-31 00:00:00薛強關雅儒

科技創新導報 2011年23期

摘要:對小型排水泵站自動控制系統運行的一般特點，提出了采用遠程控制核心的控制方案.該方案成本低，管理、維護和操作簡單易行，便于在城市小型排水泵站中推廣應用。

關鍵詞:小型泵站自動控制系統遠程控制

中圖分類號:TP273;TV675文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(b)-0015-01

1 基本狀況

鐵嶺市市區占地面積30km2，城區人口40余萬人，分布在城區泵站共有14座，其中小型泵站即裝機容量在100kW以下有10座，每個泵站都需配備4人正常值班，另外還需配備維修人員。基于上述情況為節省更多的人力資源，我們擬采用排水泵站無人值守自動控制系統。

排水泵站作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務。泵站控制系統的自動化監控和管理具有重要意義，能達到減員增效和提高管理水平的目的，易控應用于排水泵站自動化監控系統實現了對雨水泵房和污水泵房的自動化監測和控制。泵站建立獨立的功能完善的就地自動化控制系統，建立集中監測和控制室，實現泵站的自動化運行控制。泵站內各種設備的運行均由泵站就地控制系統直接控制，泵站就地控制系統是根據液位等泵站運行工作狀況來進行控制的。

裝機容量100kW以下的排水泵站，使用人工值守運行，運行人工費用占運行成本較大比例。為了降低小型泵站運行費用，提高小型泵站的自動化程度，根據小型泵站的運行工藝特點，采用可編程序控制器進行控制，通過設定運行程序對整座泵站進行運行和監控，實現無人值守。通過無線傳輸設備聯網，可以實現數十公里范圍內多泵站無人值守泵站群控運行，大大降低小型排水泵站運行人工費用，讓有限的運行費用更多的用于泵站設備改造、維修和維護，更有效提高泵站設備完好率和可用保證率。

2 控制系統組成

系統主要由:PLC主控模塊，電源模塊，觸摸顯示屏，開關量、模擬量輸入、輸出模塊，現場儀表以及其他輔助設備組成。

①PLC主控模塊:負責發出和接收各種運行程序指令，是整個控制系統的中樞部分，要求具有高可靠性和穩定性。

②電源模塊:穩定可靠的電源供應是整個系統安全、可靠運行的重要條件，要求電源模塊穩定、可靠，留有一定的功率余量。

③觸摸顯示屏:觸摸顯示屏是整個系統中人機對話的界面設備，要求耐用、美觀，能清晰顯示各種運行、設定等信息，顯示全泵站的電力監控情況。

④開關量、模擬量輸入、輸出模塊:該部分是PLC裝置正確接收信息和發出指令的關鍵設備，要求有高可靠性、穩定性，能實現某些電、磁的隔離功能。

⑤現場儀表:這些儀表設備通過24VDC開關量信號及4－20mA模擬信號與PLC遠程IO站連接，把工藝參數、運行狀態送到PLC，而PLC則實現對設備的控制。PLC系統通過接收現場儀表設備發出的信號判斷被控制設備的運行狀態，以及是否適于設備運行的運行環境條件，因此要求現場儀表設備具有高可靠性和穩定性、精確性。

3 控制系統方案

污水泵房和雨水泵房的控制相對獨立，分別設置各自的基于可編程序邏輯控制器(PLC)所構成的污水泵房控制子系統和雨水泵房控制子系統。變電所設置獨立的自動化控制系統，并和集控室的計算機系統連接。在集控室設置兩臺監控計算機(一用一備)用以管理、協調各子系統的工作，其顯示屏和鍵盤構成泵站就地控制系統的操作界面。污水泵房和雨水泵房的PLC分別負責與污水治理工程中央監控主站及市區排水信息系統的通信。

污水泵房的控制分三層實現，即中央控制、就地控制和基本控制。雨水泵房不設中央控制，僅有就地控制和基本控制。中央控制層:中央控制層提供系統的宏觀調度，維持系統的整體協調。本工程污水泵房的(遠程)中央控制室是位于M2泵站的中央監控主站。中央控制室能夠對該泵站進行遠程的數據采集和運行參數設定，但不直接控制該泵站的設備。就地控制層:就地控制的優先級高于中央控制，利用PLC的邏輯控制功能，提供設備的自動控制及關聯設備的聯動、連鎖控制。本工程的就地控制操作界面是集中控制室的監控計算機屏幕，PLC能根據監控計算機發出的指令及預先制定的規則和調節方法自動控制現場設備。基本控制層:基本控制具有最高的控制優先級，當設備操作箱的控制方式手柄處于“手動操作”時，監控計算機和PLC發出的控制命令被屏蔽，現場設備可以在配電屏或控制柜上實現手動操作與檢查。這些配電屏或控制柜需提供基本的控制連鎖或聯動。

4 控制系統特點

(1)PLC控制程序采用模塊化結構，系統可按程序模塊分段調試，分段運行。該程序結構具有清晰、簡捷、易懂，便于模擬調試，運行速度快等特點。

(2)系統根據水位和壓力控制原則，自動實現水泵的輪換工作，延長了水泵的使用壽命。

(3)系統可根據投入運行泵組的位置，自動選擇啟動就近的真空泵，若在程序設定的時間內達不到真空度，便自動啟動備用真空泵。

(4)系統根據電網負荷和供電部門所規定的平段、谷段、峰段供電電價時間段，以“避峰填谷”原則確定開、停水泵時間，從而合理地利用電網信息，提高礦井的電網運行質量。

(5)PLC自動檢測水位信號，計算單位時間內不同水位段水位的上升速率，從而判斷礦井的涌水量，自動投入和退出水泵運行臺數，合理地調度水泵運行。

(6)在觸摸屏上動態監控水泵及其附屬設備的運行狀況，實時顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數，超限報警，故障畫面自動彈出，故障點自動閃爍。具有故障記錄，歷史數據查詢等功能。

(7)系統具有通訊接口功能，PLC可同時與觸摸屏及地面監測監控主機通訊，傳送數據，交換信息，實現遙測遙控功能。

(8)系統保護功能有以下幾種。

超溫保護:水泵長期運行，當軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置及PLC實現超限報警。

流量保護:當水泵啟動后或正常運行時，如流量達不到正常值，通過流量保護裝置使本臺水泵停車，自動轉換為啟動另一臺水泵。

電動機故障:利用PLC及觸摸屏監視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控電動閘閥故障:由電動機綜保監視閘閥電機的過載、短路、漏電、斷相等故障，并參與水泵的聯鎖控制。