試論自來水廠加壓泵站電氣自動(dòng)化控制技術(shù)改造

榮永忠（湖南省東安縣自來水公司，湖南　永州　425900）

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試論自來水廠加壓泵站電氣自動(dòng)化控制技術(shù)改造

榮永忠（湖南省東安縣自來水公司，湖南永州425900）

工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志即是電氣自動(dòng)化，代表著最為先進(jìn)的科學(xué)核心力量，通過電氣自動(dòng)化改造，進(jìn)一步確保了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。自來水廠是人們生活中不可或缺的重要部分，加強(qiáng)其電氣自動(dòng)化建設(shè)意義重大，本文就其加壓泵站電氣自動(dòng)化恒壓控制技術(shù)的改造進(jìn)行了探討，為人們提供安全壓力范圍內(nèi)更穩(wěn)定的生產(chǎn)生活用水。

自來水廠；加壓泵站；電氣自動(dòng)化；改造

引言

自來水的提取需要通過水泵來進(jìn)行，將江河湖泊、地下水、地表水等，經(jīng)過反應(yīng)、沉淀、過濾和消毒等工藝，經(jīng)過泵站輸送到千家萬(wàn)戶。原有的傳統(tǒng)自來水廠所使用的加壓泵站，由于配、控電設(shè)施等方面逐漸難以滿足用戶大用量、高穩(wěn)恒水壓等現(xiàn)代高標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，許多自來水廠選擇了對(duì)加壓泵站實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化改造的措施，有效確保供水安全、優(yōu)質(zhì)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1　泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

1.1傳統(tǒng)自來水廠加壓泵站電氣控制系統(tǒng)

（1）傳統(tǒng)加壓泵站使用的電機(jī)啟動(dòng)方式，需要根據(jù)電機(jī)功率的大小與變壓器容量的大小、線路的遠(yuǎn)近來確定的。對(duì)小功率的電機(jī)來說，一般采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)沒有多大的影響；對(duì)較大功率的電機(jī)來說，一般采用降壓或減壓?jiǎn)?dòng)，在降低電壓?jiǎn)?dòng)后達(dá)到穩(wěn)定電壓時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)水泵抽出的水量因相關(guān)閥門的開度大小而定。因?yàn)橛脩舻挠盟繒r(shí)刻在變化，水的壓力會(huì)隨著用戶的用水量大小而變化，所以值班人員要時(shí)刻根據(jù)壓力表的壓力大小來調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的臺(tái)數(shù)以及相關(guān)閥門的開度來保證恒壓，否則可能會(huì)出現(xiàn)壓力過大，導(dǎo)致外面市政管道的水管爆破，或壓力過少，導(dǎo)致用戶的水量不大，引起用戶的投訴。而現(xiàn)在的加壓泵站通常采用變頻或軟啟動(dòng)方式，它根據(jù)外面的用水量或壓力自動(dòng)改變電機(jī)的頻率，即改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來達(dá)到恒定的壓力，可以避免上述不利現(xiàn)象。該系統(tǒng)通常不需要專門啟停水泵機(jī)組的臺(tái)數(shù)或相關(guān)閥門的開度。

（2）傳統(tǒng)自來水廠加壓泵站所用的閥門大多采用手動(dòng)閥門，通過人工調(diào)節(jié)閥門的開度來調(diào)節(jié)水量，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化控制技術(shù)運(yùn)用到閥門控制上，手動(dòng)閥門逐漸被電動(dòng)或氣動(dòng)閥門所取代，根據(jù)用戶用水量的大小來自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度，實(shí)現(xiàn)閥門的自動(dòng)化控制。

（3）過去傳統(tǒng)的加壓泵站電氣控制需要由專人值班看守，不定時(shí)檢查電氣機(jī)械設(shè)備是否正常，對(duì)電機(jī)的啟停和閥門的關(guān)閉，現(xiàn)在通過電腦或互聯(lián)網(wǎng)的報(bào)警提示來監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，通過遠(yuǎn)程控制來控制電機(jī)的啟停和閥門的關(guān)閉，減少值班人員等方式來實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化。

1.2泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成

加壓泵站的建設(shè)項(xiàng)目中，對(duì)于其工藝的選擇往往需要根據(jù)實(shí)際的供水性質(zhì)、流量以及提升距離的相關(guān)要求、占地面積、工程投資規(guī)模等各方面的因素進(jìn)行綜合評(píng)估，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的建立，同樣需要依據(jù)實(shí)際情況和工藝決策來進(jìn)行，總體來說，其設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以實(shí)用、可靠、先進(jìn)為原則。而泵站的自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，主要包括泵站監(jiān)控中心、調(diào)度中心、通信平臺(tái)、泵站遠(yuǎn)程測(cè)控終端、計(jì)量測(cè)量及攝像設(shè)備等部分。

一般來說，泵站的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)成不同的形式，較為簡(jiǎn)單通用的有PC+I/O板卡方式，可以實(shí)現(xiàn)單一的控制；較為高級(jí)的結(jié)構(gòu)有DCS系統(tǒng)，適用于多回路調(diào)節(jié)控制；此外常見的還有PC+PLC系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（FCS）。這些自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然不同，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則是相同的，要求以確保系統(tǒng)滿足控制要求為前提，提高系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性，從而有效增加系統(tǒng)附加值。

2　傳統(tǒng)自來水廠加壓泵站電氣控制系統(tǒng)的改造

2.1泵站電氣自動(dòng)化基礎(chǔ)改造

2.1.1信息改造

泵站信息是泵站運(yùn)行過程中的關(guān)鍵信息節(jié)點(diǎn)，其發(fā)揮的主要作用是讀取泵站運(yùn)行過程中的壓力、流量等主要參數(shù)，從而為自動(dòng)化系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，提高泵站工作效率。對(duì)于大型泵站的改造而言，需要通過周密的部署安排，才能夠?qū)A(chǔ)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的采集利用。

2.1.2規(guī)范化改造

泵站的電氣自動(dòng)化必須充分地實(shí)現(xiàn)規(guī)范化設(shè)計(jì)，這樣才能夠確保泵站生產(chǎn)方式、設(shè)備運(yùn)行條件、技術(shù)狀態(tài)以及管理體制等的相關(guān)要求。通過吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范化的設(shè)計(jì)思路，規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)成為設(shè)計(jì)的參考依據(jù)，促使泵站合理化、自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)。

2.1.3典型改造

傳統(tǒng)原有的泵站中，大中型泵站的比例相對(duì)較小，泵站變化也較少，此特點(diǎn)首先就體現(xiàn)在機(jī)組數(shù)量與排列上。因此，對(duì)于典型泵站的改造設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)出幾十個(gè)不同的應(yīng)用模塊，并為泵站的自動(dòng)化基本模塊設(shè)計(jì)出整體模板。自動(dòng)化模塊的典型設(shè)計(jì)通常是將泵站自動(dòng)化的某一類設(shè)備作為獨(dú)立的整體體型來進(jìn)行考慮，即并非單純地考慮某一個(gè)量，而是為某一設(shè)備，配備完整健全的保護(hù)監(jiān)控裝置，從而完成特定功能。典型設(shè)計(jì)存在較大的靈活性，因此可以在運(yùn)行過程中，有效避免運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和安全事故。

2.2無人值班自動(dòng)化系統(tǒng)改造

（1）自動(dòng)化控制屏。自動(dòng)化控制屏是為了實(shí)現(xiàn)無人值班情況下對(duì)泵站機(jī)組的自動(dòng)控制而設(shè)計(jì)的，其中包括智能型萬(wàn)能式斷路器、自動(dòng)控制裝置等設(shè)備，集合了供、配電的主回路控制、二次測(cè)量、繼電保護(hù)和控制等諸多功能；在結(jié)構(gòu)上，一次部分、二次部分、強(qiáng)電和弱電是彼此分離的，避免了彼此間的干擾，確保泵站機(jī)組運(yùn)行的安全可靠。

（2）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是輔助自動(dòng)化控制屏功能實(shí)現(xiàn)的重要子系統(tǒng)，主要功能是對(duì)泵站中機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)控，在實(shí)際應(yīng)用中，有iRS485和以太網(wǎng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)兩種。iRS485通信口的優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)成熟、節(jié)約投資、提升自動(dòng)化水平，缺點(diǎn)是通訊速率較低；以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)在于通訊速率很高，最高可達(dá)100Mbps，而且在監(jiān)控系統(tǒng)中可以加裝攝像頭，提高系統(tǒng)的監(jiān)控效果。

（3）智能控制器。智能控制器是完全無人值班自動(dòng)化系統(tǒng)的核心所在，只有通過智能控制器，才能完成對(duì)機(jī)組的自動(dòng)調(diào)整。智能控制器具有集成度高、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，集中了機(jī)組的所有通訊、轉(zhuǎn)速和溫度測(cè)量、自動(dòng)控制和非電量測(cè)量等功能，在保證泵站機(jī)組功能完整的基礎(chǔ)上，降低了設(shè)備配置的消耗，提高了設(shè)備使用的效率，有效節(jié)約了投資成本。

（4）通訊子系統(tǒng)。通訊子系統(tǒng)也是無人值班自動(dòng)化系統(tǒng)必不可少的組成部分，控制器對(duì)機(jī)組運(yùn)行信息的收集和指令的下達(dá)都需要經(jīng)過通訊子系統(tǒng)，就400V低壓機(jī)組泵站實(shí)際情況而言，由于投資成本較低，通常不會(huì)架設(shè)專門的光纖，采用的通訊子系統(tǒng)主要是GPS、3G和Internet。其中，GPS網(wǎng)絡(luò)寬帶較小，只能傳遞各種機(jī)組測(cè)量數(shù)據(jù)和相應(yīng)控制信號(hào)，無法實(shí)現(xiàn)視頻圖像的傳輸，手機(jī)和計(jì)算機(jī)均能使用；3G網(wǎng)絡(luò)能夠提供2M寬帶，穿了基本的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)傳遞外，可以實(shí)現(xiàn)1路視頻圖像的傳輸，手機(jī)和計(jì)算機(jī)均能使用；Internet可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、控制信號(hào)和多路視頻圖像的傳輸，但需要申請(qǐng)固定的IP地址，加裝防火墻，會(huì)增加投資成本。

3　自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在改造自來水廠泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，需要注意遵循以下幾點(diǎn)規(guī)則：自控指導(dǎo)工藝，電氣服從自控；在實(shí)施系統(tǒng)時(shí)，則應(yīng)當(dāng)執(zhí)行單體配合全局，統(tǒng)一接口協(xié)議；而在其運(yùn)行管理過程中則需要確保管理服從控制，而控制又反過來服務(wù)于管理，最終實(shí)現(xiàn)測(cè)控管理一體化。例如，某加壓泵站的自控系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，就建立了一套完整的測(cè)控管一體化系統(tǒng)，并且在實(shí)際運(yùn)用中獲得了良好的效果，其具體的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1～2所示。

（1）該系統(tǒng)降低了建設(shè)成本，提高了進(jìn)口設(shè)備技術(shù)透明度。

（2）系統(tǒng)中所使用的軟硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都必須確保可靠，維持通訊通道的暢通，既要有主干網(wǎng)絡(luò)，又要有備用網(wǎng)絡(luò)，用以作為系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障。

圖1　某泵站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2　引水工程泵站系統(tǒng)圖

（3）要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的成套性和關(guān)聯(lián)性，盡可能減少控制系統(tǒng)所使用的設(shè)備種類，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。其中的線路、過電壓等保護(hù)器安裝完全，將防雷裝置與建筑物的外來導(dǎo)線、金屬裝置、電氣裝置等都準(zhǔn)確連接起來，從而降低雷電流經(jīng)過時(shí)，在各金屬器件之間形成的電位差。

（4）需要針對(duì)系統(tǒng)采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧瑢⒔ㄖ锏拈T窗、地板等金屬構(gòu)架相互焊接起來，此過程中需要注意與地網(wǎng)之間的連接良好。

（5）需要重視雷電過電壓保護(hù)，如果被雷電擊中電網(wǎng)，雷電過電壓會(huì)沿著線路傳播進(jìn)入機(jī)房，從而給站場(chǎng)通信系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)和其他相關(guān)設(shè)備造成損壞。電源系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用多級(jí)保護(hù)的方式，進(jìn)行逐級(jí)泄流，將殘壓限制在2倍額定電壓值雷電的瞬變電磁場(chǎng)，在信號(hào)線路與其回路上，感應(yīng)所產(chǎn)生的過電壓，以及損壞的接口電路過電壓。而在實(shí)際的安裝過程中，要求保護(hù)裝置盡可能靠近被保護(hù)設(shè)備，保護(hù)元件的兩端應(yīng)當(dāng)采用雙絞線；減小耦合回路總面積，降低磁場(chǎng)的耦合效應(yīng)，只有合理地采取了綜合防雷保護(hù)措施，才能有效防止雷擊對(duì)設(shè)備造成損壞。

4　結(jié)束語(yǔ)

在泵站的實(shí)際運(yùn)行過程中，對(duì)于機(jī)組中的一些基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定時(shí)維護(hù)。通過信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，確保泵站自動(dòng)化實(shí)際操作與設(shè)計(jì)改造相符合，發(fā)揚(yáng)泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)無人值守、自動(dòng)控制，使泵站管理水平、工作效率、精準(zhǔn)度達(dá)到更高要求。

［1］許廣龍.對(duì)泵站電氣自動(dòng)化的探討［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（02）：68.

［2］呂振國(guó).加壓泵站運(yùn)行的科學(xué)化管理策略研究［J］.科學(xué)與財(cái)富，2015 （18）：152.

［3］高 強(qiáng)，常 勇，李 航，等.加壓泵站自動(dòng)化系統(tǒng)程序的模塊化設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化儀表，2014（9）：24～26.

榮永忠（1971-），男，工程師，本科，主要從事自來水的電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的管理設(shè)計(jì)工作。

TU991.3

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2095-2066（2016）12-0092-02

2016-3-8