泵站運行管理的計算機自動控制系統

摘 要:泵站作為水利建設和市政管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務，設備能否穩定可靠的運行，關系到城市發展及周邊環境等重大問題。為使系統能長期穩定可靠運行，每座泵站設置一套基于可編程序邏輯控制器(PLC)的泵站控制系統和過程監控HMI，做到運行管理過程中免維護或少維護。本文就陽江市城市防洪工程(首期)馬南電排站計算機監控系統作淺述。

關鍵詞:泵站 運行管理 計算機自動控制系統

中圖分類號:TP315文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)01(a)-0040-02

1 控制方式

泵站設備控制分三層實現:基本控制、就地控制和中央控制。

1.1 基本控制

基本控制在設備控制箱(柜)中實現，具有最高的控制優先級。當設備控制箱(柜)面板上的控制方式手柄處于“手動操作”時，泵站控制系統(PLC)的控制被屏蔽?，F場設備均可以在設備控制箱(柜)的面板上實現手動操作與檢查。這些設備控制箱(柜)提供基本的控制連鎖或連動?；究刂频膬热菰谠O備控制柜內實現。

1.2 就地控制

利用PLC的邏輯控制功能，提供設備的自動、遠動控制及關聯設備的聯動、連鎖控制。就地控制系統設有操作界面(HMI)，通過操作界面可以完成對設備的控制或對控制參數的調整。就地控制的優先級高于中央控制，具有就地手動和就地自動兩種模式。就地手動模式下，可以在操作界面上直接手動控制設備的運行，就地自動模式下，泵站控制系統根據設定的運行參數、泵站各點液位、設備的狀態以及有關運行條件自動操作泵站設備，不需人工干預。

1.3 中央控制

中控制室由1#、2#主機和硬盤錄象機組成，用網絡交換機通過100M的以太網對1#PLC(1#、2#、3#機組，2#PLC(4#、5#機組)，3#PLC(泵站公用)，4#PLC(1#、2#液壓啟閉機)進行控制。中央控制提供系統的宏觀調度，協調各下屬泵站的運行，處理局部的停機事故和緊急狀態，維持系統的整體協調。圖1為1#PLC，如圖1。

2 計算機控制系統性能

該系統運行在一個實時操作系統下，具有下列的基本軟件功能塊:過程界面(通過數據通道由就地控制單元得到的信息);基本數據處理;系統就緒/修改和組態;畫面顯示(過程畫面);過程畫面;過程操作;報表和信息;存檔;歷史趨勢;事件提示和確認系統。

2.1 進入優先級

操作員進入系統要使用密碼;系統提供分級的用戶進入密碼系統，所以低級操作員只能進入基本操作功能，同時較高級別的操作人員，按照不同的密碼，可進入不同的系統組態功能。提供至少4級的密碼，一旦操作員提供了正確的密碼，他可以修改他的密碼，而他的權限不會發生變化。

2.2 基礎數據處理

2.2.1 開關信號處理

開關量狀態的變化存儲在一個緩沖區內，包括它的位號和發生的事件。該信息允許以后的處理和報表使用。系統自動區分兩種信號優先級，即狀態信號和錯誤/故障/報警信號，允許信號送入報警報表。為排除任何開關量信號，系統提供表格處理。在進行系統維護期間，將信號由它產生的報表中排除。所有激活的信號在60秒周期內查詢一次。為生成開關狀態的報表，系統提供運行時間(以小時為單位)的記錄并存儲，該信息將用于維修報表。

2.2.2 模擬量處理

與開關量信號一樣，模擬信號也被監視并進入信號緩沖區。系統可以進行下述模擬信號處理:①限位值監視;②替換數值的方法，例如:測量范圍超限(4～20mA信號<4或>20mA)、信號變送或儀表故障，系統會自動產生一個報警并產生一個預置的數值用于系統的運行;③故障期間的特殊處理，例如:激活一個故障顯示和產生一個故障報警。

系統為報表生成提供下述模擬信號處理:①匯總;②平均;③限值;④數據累加⑤利用基本算術功能來處理模擬數據，例如:匯總兩個進水流量計的測量值。

2.2.3 計數

與開關量和模擬量信號一樣，就地控制單元記錄計數數值并將其傳送在中心處理監視和監控系統，并提供下述處理功能:①累加信息;②利用基本算術方法處理數據;③不同數值的生成。

2.3 過程顯示和操作

2.3.1 過程顯示

過程畫面應按照工廠的構筑物的走向進行組態，以方便操作員的操作。系統提供多幅工廠區域畫面。系統提供至少50幅詳細過程畫面。過程畫面應分成4個基本區域:①區域顯示行;②信息行;③過程顯示;④命令行。區域顯示能夠方便地在平面圖上移動，并能顯示報警/故障信息。信息行提供兩行信息，顯示過去未確認的故障信息。剩余的報警儲存在一個循環的緩沖區中。確認的報警存儲在確認的報警報表中。命令行用于發出命令。過程畫面含有一個靜態的背景，和在畫面上顯示的動態值。每個過程畫面上可至少顯示40個動態值。

2.3.2 過程操作

運行單元，例如:一臺泵，可通過在過程畫面中箭頭方式選中，并可輸入命令。一旦一單元被選中，該單元就會改變顏色(例如:可編程白色)，并開始閃爍。同時應顯示可以的操作模式的命令行或窗口?？衫霉δ苕I來選擇相應的操作方式。選擇功能鍵之后，在命令行或窗口的相應的功能就會改變顏色。最終認可的指令將通過鍵入鍵(Enter)來確認。

2.3.3 故障/錯誤信息和確認

運行過程中一旦產生了故障，各自的區域顯示就會閃爍，并顯示一組報警。操作員可通過指南信息，被引導至故障產生處的畫面，操作員可確認故障。確認的故障/錯誤不可取消，而采用靜態顯示。只有故障/錯誤被取消/復位之后，畫面將返回正常運行狀態。最近的兩個確認的故障條件應以清晰的文本在顯示器的信息行中顯示描述和發生時間。操作員可以整頁地顯示確認的或未確認的報警信息，并可以按照故障類型或設備來選擇條目。任何時間，系統可接受不少于2000條錯誤信息。如果超過該限制，確認的報警信息應自動存檔并為新報警信息留出空間。存檔為每天進行一次。

2.3.4 歷史趨勢

系統可以顯示和打印歷史趨勢曲線。操作員可選擇4個模擬數值在同一個坐標中顯示。系統可自動設置數值比例。歷史趨勢在時間坐標中實現如下的標準組態:①實時數值:每6s更新一次，時間軸可以選擇為1h、2h、12h、24h，最后的1/10顯示應更新，一旦曲線滿了，則整個曲線移動1/10。②1/2h平均:每日歷史趨勢。③2h平均:每周歷史趨勢。④日平均:月歷史趨勢。⑤月平均:年歷史趨勢。每一個曲線可以以天和月單位來顯示。操作員可以自由地選擇歷史趨勢的起點，并能夠展開縱軸，即建立縮放功能。曲線可顯示成拄狀圖或線圖。具有在線打印功能，操作員可選擇任意的歷史趨勢進行打印操作。

2.4 報告和信息

系統具有一套適用生產管理的報表系統，可選擇屏幕或打印機輸出。報表主要分成兩種主要的類型:外部文檔報表和操作信息(瞬時值等)。外部文檔報表包含有下述內容:日報表和日簡報;月報表和月簡報;年報表和年簡報;故障/錯誤表;維修報表;信息。操作信息報表包含:模擬值;開關量狀態;開關位置等。操作員可以選擇不同報表中的數據。可提供不同的操作員信息報表，用于管理人員和操作員記錄使用。

3 系統的控制描述

3.1 電氣信號的檢測

(1)水泵機組的運行狀態。(2)電動機柜斷路器的合閘/斷開。(3)電動機柜接觸器的閉合/釋放。(4)泵站進水、出水閘門的開啟/關閉。(5)格柵除污機/壓榨機/輸送機的運行/停止/報警。

3.2 工藝信號的檢測

液位流量測量:通過智能檢測儀表檢測并和PLC系統通過總線連接把測量信號送給PLC系統。測量值參與相關的控制。

3.3 工藝設備控制

3.3.1 閘門的控制

對閘門的全開、全閉位置，啟閉動作過程，控制模式及過載報警等進行采樣，并在自動模式下控制閘門的開啟和關閉。閘門的控制有手動和自動二種模式，由閘門控制箱面板上的模式轉換開關來選擇，手動控制的優先級高于自動控制。閘門的現行位置和狀態在控制系統的操作界面上以圖形、顏色和文字方式顯示，在閘門的啟閉操作過程中，操作界面上應有圖形符號和文字表示閘門的狀態的動作方向。在規定的動作時間內若閘門沒有到達預定位置或收到設備的故障報警信號，則認為閘門故障。

3.3.2 格柵除污機的控制

對格柵除污機的運行、停止、報警，格柵前后液位，控制模式等進行采樣，并控制格柵除污機的啟動和停止。格柵除污機的控制有手動和就地自動二種模式。格柵除污機控制箱面板上設置手動／就地自動轉換開關，由人工切換控制模式，手動控制的優先級高于自動控制。

3.3.3 壓榨機/輸送機的控制

壓榨機/輸送機的控制分為手動和聯動二種控制模式。設備控制箱面板上設置有手動／聯動轉換開關，由人工設置控制模式，手動控制的優先級高于聯動控制。對壓榨機/輸送機的運行、停止、報警，控制模式等進行采樣，并控制壓榨機/輸送機的啟動和停止。

3.3.4 粉碎型格柵的控制

粉碎型格柵機的狀態信號(運行、停止、故障報警)應送至PLC。粉碎型格柵機的控制有手動和自動二種模式，粉碎型格柵機控制箱面板上設置轉換開關，由人工切換控制模式，手動控制的優先級高于自動控制。模式轉換開關的狀態應反饋給PLC。在裝有粉碎型格柵機的泵站中，只有在粉碎型格柵機處于運行狀態時，才能啟動水泵。

3.3.5 水泵的控制

水泵的控制有二種模式:維修模式和運行模式。這二種模式的切換是由屬于基本控制層的安裝在潛水泵控制柜上的轉換開關來進行的，前者的控制優先級高于后者，模式轉換開關的狀態由PLC采樣。水泵的運行狀態在控制系統的操作界面上以圖形、顏色和文字方式顯示。

水泵運行與有關閘門的狀態必須連鎖，當需要啟動水泵時，首先必須檢查和開啟相應管路的閘門，若閘門開啟失敗，禁止啟動水泵。當格柵前后液位中任何一個數值低于泵站最低液位時，禁止啟動水泵，正在運行的水泵立即停機。在水泵運行過程中，若單泵流量小于正常值的50％，預示泵組運行不正常，應立即停止該水泵的運行。水泵在一定時間間隔內的啟停次數應嚴格按照水泵特性要求執行。每臺水泵的運行時間應該累計并且記錄，應保證各臺水泵的運行時間均勻。同時根據泵組保養要求，提出保養維修建議。

3.4 報警信號

泵站的報警信號由PLC柜發出。報警信號分聲、光二種報警。聲報警:由安裝于PLC柜中的蜂鳴器發聲并由人工消音;光報警:在安裝于PLC柜屏面上的光字牌閃光顯示或在操作界面上以醒目的顏色閃爍顯示。報警信號是由PLC的開關量輸出通過繼電器動作來驅動的。

4 結語

該系統具有完善的泵站監測和控制功能，滿足安全監視、控制調節及生產管理等多方面的要求，現場運行穩定可靠、經濟節能，大大減輕了泵站運行人員的勞動強度，為用戶的泵站監控自動化提供了理想的信息化解決方案。