泵站自動化改造技術的探討

徐國謙

摘 要：主要對泵站自動化改造施工展開了探討，對原系統拓撲結構和存在的問題進行了詳細闡述，并提出了泵站自動化改造技術措施，以期為有關方面的需要提供參考和借鑒。

關鍵詞：泵站；自動化改造；水利設施；LCU

中圖分類號：TV675 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.131

泵站是我國水利設施的重要組成部分，但其自動化程度并不高。因此，為了確保泵站的施工質量，需要重視泵站的自動化改造，并采取有效措施做好相應工作。

1 原系統拓撲結構及其存在的問題

原自動化系統中每臺機組的LCU單獨配置了1套施耐德Quantum系列PLC，每臺機組閘門的LCU單獨配置了1套Premium系列PLC，高低壓開關柜、清污機、皮帶機、滲漏泵和檢修泵等公用設備各配置了1套公用PLC。此外，還配備了1套技術供水泵PLC、1套消防供水泵小型PLC，均通過以太網與監控主計算機通信。機組閘門LCU屬于電氣部分，與PLC共用一臺控制柜。機組LCU與機組閘門LCU通過PLC內部網絡通訊，由于機組閘門電氣控制柜長期放置在室外，飽受日曬雨淋，電氣元件損壞嚴重，故障頻發，造成機組開停機時閘門無法正常聯動；加之原機組閘門開度傳感器也存在各種問題，且因廠家停產而無法提供備件、改造方案造價高。因此，選用WDC-31閘門開度儀作為替代產品。

主機組的溫度采集巡檢儀使用的溫度采集裝置的通訊速度慢，常死機，進而造成通訊失敗。負責監控高低壓開關柜、清污機、皮帶機、滲漏泵、檢修泵的公用PLC中的通訊模塊長期運行，常死機，進而造成通訊失敗。原系統中的監控軟件采用WEBACCESS4.5。目前，泵站已無法實現設備自動化控制操作，為泵站的安全運行埋下了巨大的隱患。針對泵站的實際情況，考慮拆除閘門電氣柜的PLC控制部分，將閘門測控信號合并至室內的機組LCU柜內；機組溫度采集使用PLC的溫度RTD模擬量模塊替代溫度采集裝置；在重新配置硬件的基礎上優化控制單元觸摸屏軟件、PLC軟件和站控級上位機軟件。

2 技術改造方案的提出和實施

2.1 原自動化系統拓撲結構的改造

1～5號機組LCU、公用LCU采用140CPU65150型CPU，

1～5號機組閘門LCU和其他輔機LCU采用TSX573623A型CPU，監控主機采用配置較低的研華工控機，上位機監控軟件采用WEBACCESS4.5，具體如圖1所示。虛線框中為本次改造部分。

圖1 某泵站原自動化系統拓撲圖

2.2 升級改造后系統的軟、硬件配置

圖2 改造部分拓撲圖

由圖2可見，每臺機組LCU在增加了機組閘門部分的信號后，原系統中的開關量輸入輸出模塊、通訊模塊和模擬量模塊數量都需要擴展，各機組LCU中增加2塊16點開關量輸入140DDI84100模塊、1塊16點開關量輸出140DDO84300模塊、1塊TSXETG100網關模塊和3塊8路140ACI03000溫度模擬

量模塊。TSXETG100用于將泵組閘門輸入輸出信號接入到泵組LCU中，并通過TSXETG100與閘門開度儀WDC31通訊，溫度模擬量模塊用于將機組溫度發送至相應機組的LCU中。

公用LCU中增加2塊TSXETG100網關替代原通訊模塊、各類保護裝置和通訊儀表。

TSXETG100網關實現了MODBUS串口協議與MODBUSTCP、網協議的轉換，簡單、經濟地將系統中閘門開度儀、保護、儀表裝置的RS485信號集成到泵站的以太網架構中，分別經公用PLC、機組PLC與監控主機通信。

監控主機選用上架式施耐德HMIRHAPP00H型，主要配置為PentiumDuo 2.6 G、4 G內存、可抽取式250 G×2個雙硬盤冗余、雙以太網。

上位機監控軟件采用WEBACCESS7.0升級改造系統。改造后的系統控制方式分為三級，按優先級由高至低依次為：①現地手動控制。操作員在設備現場通過按鈕或開關直接啟動、停止設備。②現地控制單元控制。操作員通過設置在現地控制單元內的人機接口啟動、停止設備，監視設備啟動或停止的過程。③站控級控制。操作員在控制室內通過監控主機發布啟動/停止設備的命令至現地控制單元，由現地控制單元完成相關控制操作。操作員也可通過監控畫面監視設備的啟動或停止過程。

經硬件改造后的機組現地控制單元LCU負責對主機組、輔機、變配電、主機組閘門等設備進行就地測量、監視，并向監控主機發送各種測量數據。同時，接收監控主機發來的控制命令和參數，完成控制邏輯的實施；站控級計算機可實現全站的運行監視、事件報警、數據統計和記錄、與上級系統通信等功能，并向各現地控制單元發出控制、調節命令。

2.3 機組啟停機時閘門聯動的觸發條件

在該泵站機組啟停機時，工作門需聯動上升/下降，直至閘門上限/下限。在PLC程序中采用機組合閘輸入信號的上升沿或下降沿來保證這一動作可靠進行。

機組開機時，工作門需聯動上升。此時，需要判斷閘門上一級控制電源是否處于合閘狀態，如果未合閘，則首先發出閘門控制電源合閘命令，然后再發出閘門上升命令。

機組停機時，工作門需聯動下降。此時，需要判斷閘門控制電源是否處于合閘狀態，如果未合閘，則首先發出閘門控制電源合閘命令，然后判斷閘門是否有上升回信，如果有上升回信，則會先發出閘門停止命令，延時后再發出下降命令。該情況是指機組開機時遇到故障緊急停機且機組合閘后，閘門聯動開始上升但還未至全開位置時閘門聯動下降。

圖3 機組合閘/分閘抖動干擾軟件濾波程序

在調試過程中，偶爾會遇到機組高壓真空斷路器在合閘、分閘時發生抖動的現象，進而造成利用機組合閘信號上升沿/下降沿觸發的閘門聯運流程失控，閘門無法正確執行聯動操作。為了避免抖動現象發生，可利用定時器保持機組合/分閘信號穩定在500 ms，即置Hz—flag標志為1/0.利用軟件濾波去除合分

閘過程中的抖動干擾如圖3所示。當機組合閘信號一直持續為狀態1且不再抖動，Hz—flag標志為1時表示機組合閘；當機組合閘信號持續為狀態0且不再抖動，Hz-flag標志為0時表示機組分閘。

PLC程序中涉及變量的定義如表1所示。

表1 PLC程序中涉及變量的定義

變量名 變量描述

Hz?_flag 機組合閘標志

test 機組斷路器試驗位置輸入

Work 機組斷路器工作位置輸入

Zm_kzdy_hz 閘門控制電源合閘輸入

Hz 機組合閘輸入

Zm_gzm_ss 工作門上升輸入

Zm_sgm_xx 事故門下限輸入

%m1517 閘門控制電源合閘控制命令

%m1518 閘門上升控制命令

%m1519 閘門下降控制命令

%m1522 閘門停止控制命令

2.4 雙向X形流道機組PLC和上位機

4號和5號機組流道為雙向X形流道，具有雙向抽排水功能，可實現從內河到外河、外河到內河兩種方式的抽、排水功能。

2.4.1 PLC程序的實現

在PLC中設置變量Kz—fs作為開機工況標志，判斷0為內向外、1為外向內。該變量可在上位機或觸摸屏直接設定，默認值為0.該泵站主要運行工況為從內向外的抽水方式，即默認值為0的情況。PLC程序在執行程序掃描時，根據Kz—fs的值自動調用相應的子程序。

2.4.2 上位機流程的實現

在上位機使用機組啟停機電子操作票，并按機組啟停機控制流程完成對機組的啟停機控制。流程啟動后，首先判斷是否滿足啟停機條件，如果未滿足任何一個啟停機條件，則控制流程會報警并退出。特殊情況下，經運行人員檢查并確認該條件不影響機組的安全運行后，允許跳過對該條件的檢測。

開機條件主要包括：機組處于停機態（機組斷路器分閘、出口工作閘門全關等條件全部滿足）；控制權限滿足；控制電源正常、機組手車處于工作位；機組保護裝置、勵磁系統正常；機組上、下油缸油位正常；快速閘門工作正常；供水或冷卻系統開啟且運行正常；母線電壓正常；主機組斷路器已儲能。

停機條件主要包括：機組處于運行態（機組斷路器合閘、機組功率大于低限值、出口工作閘門全開、出口事故閘門全開等條件全部滿足）、具備控制權限和控制電源正常。

3 結束語

綜上所述，為了確保泵站的運行質量，需要做好自動化改造工作。因此，需要采取有效的施工技術，積極實現泵站自動化，從而為泵站的發展奠定了堅實的基礎，為我國水利設施的建設盡一份力。

參考文獻

[1]許廣龍.對泵站電氣自動化的探討[J].中國新技術新產品，2014（02）.

[2]楊洪存，劉萍.排灌泵站綜合自動化改造與安全生產管理探討[J].科技風，2009（02）.

〔編輯：張思楠〕

Discussion on the Technology of Automatic Reconstruction of Pump Station

Xu Guoqian

Abstract： This paper mainly discusses the construction of pump station automation reconstruction， the topology of the original system and the existing problems are discussed in detail， and put forward the pumping station automation reform technical measures， in order to provide reference and reference for the relevant aspects.

Key words： pumping station； automation reconstruction； water conservancy facilities； LCU

文章編號：2095-6835（2015）19-0133-02