關于城市排水泵站實施自動化控制的建議

摘 要:本文針對國內一些城市排水泵站自動化程度不高導致效率低下的問題，對城市排水泵站的自動控制系統提出了一些建議，認為城市排水泵站應該采用計算機為核心的控制系統進行自動控制，并指出自動控制系統應使泵站進行組合優化運行以達到節能增效的目的，同時系統應具有遠程監控功能以便于調度管理。

關鍵詞:城市排水 泵站 自動控制 PLC

中圖分類號:TU992文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(A)-0099-01

城市排水泵站是城市排水與防洪的重要設施，但國內一些泵站從控制和管理角度來看還比較落后，泵站內設備靠人工操作(比如由人工測報水位和流量、人工開停機等)，有的也只是采用了常規的繼電器控制等簡單方法。有些城市，其分散的泵站之間缺少信息上的有機聯系，泵站控制和管理沒有形成區域化網絡，調度管理缺乏可靠的自動化手段，在汛期甚至不能發揮協同排水、及時除澇的作用。為了提高城市排水泵站的管理水平和運行的可靠性、經濟性、科學性，排水泵站有必要采用以PLC為核心的自動控制系統以實行自動化運行，進行統一調度監控管理，從而在城市防汛指揮和日常排水調度管理工作中能及時、準確、可靠地掌握有關信息，科學、及時、準確地調度涵閘、泵站設施，使之協調、正常工作。

1 城市排水泵站控制系統的基本要求

自動控制生產過程中值班人員不直接參與控制，只需對整個裝置巡視、維修、調試。城市排水泵站控制系統由檢測部分、控制部分、執行部分等幾部分組成。為了使系統正常工作，應滿足以下基本要求:(1)系統要有抗干擾措施，控制信號線采用屏蔽雙絞線且屏蔽層、設備外殼要可靠接地。(2)為了保證設備正常工作，建議采用雙電源供電。雖然規范上沒有要求泵站一定要雙電源供電，但作為城市排水泵站這樣重要的設施，一旦停電失去功能將嚴重影響城市生產生活。(3)水泵控制盤應具有就地和遠程控制功能，在控制回路中兩種功能完全獨立工作，通過方式選擇開關來選擇工作方式，一旦自動控制系統故障就能脫機手動運行。(4)建議采用軟啟動裝置啟動電機，降低對電閘、水泵及電機的沖擊。(5)城市排水泵站必須是實時控制，即數據采集、決策、控制不斷重復，使整個系統按給定規律工作、對被控參數與設備監督以及故障報警或保護。(6) 排水泵站應具有很好的接地和防雷措施。(7)系統無功補償采用就地分散自動補償方式。

2 采用可編程序控制器(PLC)是實現泵站自動控制的有效方法

PLC是一種以微處理器為核心進行數字運算操作的系統，是一種用于控制的特殊計算機，因此PLC的基本組成與一般微型計算機系統相似。其硬件主要由中央處理器(CPU)、存儲器、輸入輸出單元、通信接口、擴展接口、電源組成，其軟件由系統程序和用戶程序組成，系統程序由廠商寫入，用戶不能直接讀寫、修改，用戶程序由用戶用PLC編程語言根據控制要求編寫。和常規硬件電路控制系統相比，其采用“可編程”的PLC代替了繼電器電路，也就是用程序(軟件)代替了繼電器控制電路的機械“觸點”控制，PLC就相當于是各種“軟繼電器”。采用PLC對整個泵站實現自動化監控，根據水位、泵的狀態等工況自動投切。和常規單純繼電器控制相比，PLC有以下優點:可靠、抗干擾，控制動作速度快、精度高，不會拒動、誤動，靈活性、可擴展性好，體積小、重量輕、能耗低、元件少、維護工作量少，編程、參數整定和修改、安裝維護及使用都很方便，功能完善且具有自診斷故障的功能，通用性強。因此，在現場控制層面以PLC為控制核心來控制泵站各設備是一種理想的方法。

3 城市排水泵站自動控制系統應使水泵組合優化運行

目前，有的排水泵站仍使用多臺定速泵排水方式。問題是城市排水泵站進水量變化大，這種方式效率低，水泵機組啟停頻繁，主回路接觸器的壽命、泵的壽命以及電機發熱和壽命都會出現問題。況且即使設計上認真考慮了水池調蓄容積和機組容量搭配，在運轉時也會失調，不能有效控制進水位在警戒線以內，甚至導致上游低洼區排水難而積水或下游井跑水問題。為了改善上述狀況，建議采用PLC控制的變速與定速水泵組合運行的方式，即根據集水池進水流量優化控制水泵，使水池進、出流量基本相等，這樣既可以保持水位穩定，又可以降低能耗，提高自動化程度，減少對設備及電網的危害，并使水泵在高效區運行，對節電、減少管路淤泥以及防止低洼地區冒水具有良好效果。變速系統采用PLC控制，由儀表測量的水位、水量等參數及各種故障信號傳送給PLC，PLC輸出的啟停水泵信號經接口連接器、寄存器及繼電器驅動后自動控制水泵啟停?？刂剖侄问怯芍骰芈方佑|器的通斷使運行的水泵臺數增減，設計時要注意水泵之間的自動換車，使之運行時間均衡。水泵發生故障時，系統自動切除故障泵、啟動備用泵并報警。軟件設計方面建議以集水池水位計給出的測定值作為控制運行的直接參數，以進水位換算的來水量和進出水位相減的高差作為間接參數，并用流量計核對，即既要考慮集水池水位，又要考慮到其水位變化率。通過對水位差的檢測，自動循環投入各臺泵，使每臺泵都能處于工作狀態。控制原則是使水泵排水量跟隨進水量的變化，保持泵站進出水量平衡(保持某一范圍的水位)的條件下自動進行水泵啟停、電機轉速調節等操作，使水泵在高效點工作。

4 城市排水泵站自動控制系統應具有遠程監控功能

遠程監控是通過有線(電話網、光纜等)或無線通訊網絡作為遠程數據傳輸通道，由設在遠處的監視控制盤發出對全市多個泵站設備的狀態、動作監視和操作指令以實現分布式監控和集中管理。實施遠程自動監控是城市各泵站自動化集成的必然結果和要求。其要求實現對全市排水系統運行過程中各監控點(涵閘、泵站設備)的水位、流量、雨量、電流、電壓、開機臺數、設備運行狀態等數據進行實時自動采集、網絡傳輸、存儲、統計匯總，從而能進行遠程監視和遠程診斷，同時對各泵站的水泵、閥門等設備實現實時自動遠程控制，迅速為城市排水管理部門提供準確、可靠的決策依據，使排水管理、汛期排澇控制走向信息化、自動化、網絡化的科學軌道，從而提高城市排水調度管理水平。

5 結語

城市排水泵站采用計算機為核心的自動控制系統后，將真正實現無人化值守、統一調度監控管理，這將大大提高工作效率，減少運行成本，使日常排水調度管理工作過程能及時、準確、可靠地掌握水情信息，科學、及時、準確地調度泵站設施，使之協調、正常工作，確保城市排水系統高效正常運行、汛期安全度汛，從而保障人們生產生活的正常秩序。

參考文獻

[1]段成君，等.簡明給排水工手冊[M].北京:機械工業出版社，1999.

[2]劉自放，等.給水排水自動控制與儀表[M].北京:中國建筑工業出版社，2001.

[3]張志軍.優化城市排水系統運行的改進措施[J].亞洲給水排水，2008(5/6).