電氣自動化在泵站運(yùn)行方面的應(yīng)用

楊春貴

（蘭州市中川上水綠化管理處，甘肅 蘭州 730030）

0 引言

隨著我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展，將自動化技術(shù)引入日常生活與作業(yè)中，已經(jīng)成為推動社會生產(chǎn)力發(fā)展的重要路徑。對于水利工程而言，泵站是重要的樞紐設(shè)施，其能夠提供一定的壓力與流量，在長時間的運(yùn)行中，為保證資源運(yùn)用的合理性，需要有人24h 監(jiān)管。但受到人力資源緊缺等客觀因素的影響，在泵站運(yùn)行期間一定會出現(xiàn)一些隱性風(fēng)險難以發(fā)現(xiàn)與及時解決。因此，本文則結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，探索將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用其中的路徑。

1 泵站電氣自動化系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

現(xiàn)代化的泵站，多會利用電氣自動化技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建一個一體化的泵站運(yùn)行管控系統(tǒng)，其充分利用了電力電子、信息處理等技術(shù)的高科技性能，在無人干預(yù)或者有極少數(shù)人參與的前提下，對相關(guān)運(yùn)行業(yè)務(wù)進(jìn)行操作、控制、監(jiān)視，系統(tǒng)能夠依照提前設(shè)置好的參數(shù)，進(jìn)行計劃與自動運(yùn)行[1]。同時，該系統(tǒng)利用了模塊化的方式，進(jìn)行層層布局，這樣系統(tǒng)即便是一塊出現(xiàn)了問題，也不會對其他運(yùn)行單元造成致命的影響，具體包括PLC 裝置、現(xiàn)場測控設(shè)備、監(jiān)控計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，泵站電氣自動化系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 泵站電氣自動化系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

1.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

為能夠?qū)崟r掌控泵站內(nèi)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況，視頻監(jiān)視系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要的作用。該部分結(jié)構(gòu)主要由以下四大部分組成：視頻控制主機(jī)、硬盤錄像機(jī)、監(jiān)視器、視頻儀設(shè)備。首先，視頻控制主機(jī)接收視頻信號，同時將其處理成標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)信號上傳至泵站的監(jiān)控視頻機(jī)之中。其次，還可以通過以太網(wǎng)對相關(guān)設(shè)備以及攝像機(jī)的信號進(jìn)行接收與轉(zhuǎn)換，從而對傳感攝像設(shè)備進(jìn)行有效控制。最后，監(jiān)視器以及投影儀設(shè)備系統(tǒng)，能夠?qū)ΡO(jiān)控系統(tǒng)畫面以及各類設(shè)備信息展示，滿足各類泵站監(jiān)管需求。視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2 泵站電氣自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

泵站電氣自動化系統(tǒng)需要滿足泵站日常運(yùn)行作業(yè)的實(shí)際需求，為此在設(shè)計時需要從兩大方面入手。①利用電氣自動化技術(shù)對泵站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度與控制。②應(yīng)通過多氧化的信息采集技術(shù)，來幫助工作人員實(shí)時監(jiān)管系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。因此，本段則從兩大方面詳細(xì)論述系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)方法，一方面是自動化控制系統(tǒng)，另一方面是系統(tǒng)監(jiān)控單元。

2.1 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

自動化控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、裝置控制、報警處理、數(shù)據(jù)處理幾大性能。其中數(shù)據(jù)采集可以利用前端的傳感器，結(jié)合TCP/IP 接口，保證所有數(shù)據(jù)信息的有效傳輸，主要處理內(nèi)容包括各類設(shè)備的開關(guān)信號、信號模量等，能夠完成基本的數(shù)據(jù)運(yùn)算與組合。裝置控制模塊可以利用PLC 多清污機(jī)、配電裝置、主機(jī)組等進(jìn)行自動管控。報警處理模塊，則能夠利用監(jiān)控設(shè)備所傳輸?shù)男畔ⅲc標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比，當(dāng)達(dá)到危險臨界值，或者超出、低于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)以后，則會通過彈窗、語音報警等方式，顯示故障內(nèi)容與時間。數(shù)據(jù)處理模塊，工作人員可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)組建數(shù)據(jù)庫，便于對系統(tǒng)業(yè)務(wù)過往數(shù)據(jù)與歷史的分析，自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)監(jiān)控單元模塊設(shè)計實(shí)現(xiàn)

在設(shè)計監(jiān)控單元時，依照泵站管理工作的實(shí)際需求，可以將其分為兩大模塊：自動監(jiān)控模塊和視頻監(jiān)控模塊[2]。首先，自動監(jiān)控模塊中設(shè)置了9 套PLC 裝置，可以對電機(jī)、機(jī)組程控、泵組現(xiàn)地設(shè)備、輔機(jī)設(shè)備、節(jié)制閘啟閉機(jī)設(shè)備、輸送機(jī)與清污機(jī)、人機(jī)界面等進(jìn)行控制。其具備數(shù)據(jù)采集與處理、統(tǒng)計與計算、參數(shù)在線修改、控制與調(diào)節(jié)、設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計記錄與生產(chǎn)管理的性能。其次，視頻監(jiān)控模塊前端安置了圖像傳感采集設(shè)備，其具備遠(yuǎn)程監(jiān)視與錄像、實(shí)時控制、在線瀏覽等性能。系統(tǒng)監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)

3 泵站電氣自動化系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 自動監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用

自動化監(jiān)管系統(tǒng)在泵站電氣自動化運(yùn)行之中發(fā)揮了重要的作用，其主要的作用為，泵站利用該系統(tǒng)，對所有運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行風(fēng)險，當(dāng)發(fā)生異常情況后，系統(tǒng)便能發(fā)出警報信息，工作人員可以相關(guān)獲得信息，并利用數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理決策，以減少泵站運(yùn)行風(fēng)險的出現(xiàn)。除此之外，該系統(tǒng)在泵站運(yùn)行的過程中，還具備了收集以及分析數(shù)據(jù)信息的功能，可以將泵站運(yùn)行工況，通過直觀化、可視化、動態(tài)化的圖表方式進(jìn)行綜合呈現(xiàn)，工作人員可以利用這些數(shù)據(jù)信息，對設(shè)備未來的運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)測，以便將風(fēng)險控制舉措，移至泵站設(shè)備運(yùn)行行為的前端，可以達(dá)到預(yù)控事故的作用。而為了能夠保證信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，目前有視頻監(jiān)管模式和電子監(jiān)管模式兩種監(jiān)控方式。視頻監(jiān)管模式的優(yōu)勢在于能夠?qū)⒈谜驹O(shè)備運(yùn)行狀況直觀化的呈現(xiàn)，但缺點(diǎn)在于需要人員24h 監(jiān)視。電子監(jiān)管模式的優(yōu)勢在于可以縮減人力資源，但缺點(diǎn)在于對工作人員的技術(shù)要求較高，需要保證分站人員將指令落實(shí)到位[3]。

3.2 自動控制系統(tǒng)應(yīng)用

自動控制系統(tǒng)在泵站日常運(yùn)行的過程中，主要可以應(yīng)用于以下工作方向：①對泵站的關(guān)鍵設(shè)備工況與運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。②展開遠(yuǎn)程運(yùn)行控制，以確保設(shè)備運(yùn)行正常。③根據(jù)泵站作業(yè)實(shí)際需求，對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度。

而在實(shí)際設(shè)計時，技術(shù)人員需要考慮到以下問題，以便提高控制系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)性，加強(qiáng)泵站運(yùn)行的安全可靠性。①需要考慮到該泵站的實(shí)際作業(yè)要求。②要有標(biāo)準(zhǔn)化的變電操作規(guī)范。只有綜合考慮了上述兩點(diǎn)，才能確保系統(tǒng)運(yùn)行的科學(xué)性。目前我國的泵站電氣自動化控制系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式，第一種是手動模式，第二種是自動模式，為能夠提高作業(yè)效率，會首選自動控制方式，但也不排除其會出現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險，為此需要設(shè)置相應(yīng)的就地手動控制性能，來確保工作人員能夠及時處理問題，并最大限度的保證設(shè)備安全。

3.3 自動保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用

為避免系統(tǒng)會出現(xiàn)錯誤指令或者發(fā)生誤動情況，系統(tǒng)還設(shè)有自動化保護(hù)功能，其主要用于保護(hù)計算機(jī)、母聯(lián)、進(jìn)線等，同時還可以保障各類泵站設(shè)備運(yùn)行的安全性，讓其能夠順利執(zhí)行相關(guān)指令。在實(shí)際運(yùn)行時，用于保護(hù)泵站設(shè)備監(jiān)控的裝置，并會安設(shè)于高壓開關(guān)柜之內(nèi)，一定要分散布局，以便提高系統(tǒng)運(yùn)行的合理性。同時，為能夠保證其順利執(zhí)行遠(yuǎn)程保護(hù)舉措，還需要將以太網(wǎng)通信機(jī)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等通信設(shè)備安置于測控裝置之中，保證系統(tǒng)運(yùn)行的流暢度，減少失誤行為[4]。

3.4 自動通信系統(tǒng)應(yīng)用

自動通信系統(tǒng)相當(dāng)于系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”其能夠?qū)⒃O(shè)備與控制系統(tǒng)之間有效銜接，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時共享，并確保系統(tǒng)平臺的互聯(lián)共通，其中包括網(wǎng)絡(luò)平臺、信息交換平臺、分站傳輸平臺等。經(jīng)實(shí)踐證明，將其應(yīng)用于泵站運(yùn)行系統(tǒng)之中，具備以下性能優(yōu)勢：①能夠?qū)Ρ谜揪钟颉⒃O(shè)備、儀器傳輸指令，讓其完成控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)、互動，工作人員不僅可以實(shí)時查詢設(shè)備的執(zhí)行工況，還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，搜索既往設(shè)備所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)信息，能夠?yàn)榫S保作業(yè)打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，并達(dá)到運(yùn)行風(fēng)險預(yù)控的目標(biāo)。②可以提升泵站管理的現(xiàn)代化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化。

基于新時期背景之下，我國又對泵站管理工作提出了更為嚴(yán)格的要求，而利用自動通信系統(tǒng)，則可以達(dá)成這一管理目標(biāo)。①業(yè)務(wù)信息可以通過數(shù)據(jù)、語音、圖像等多種形式傳輸與呈現(xiàn)展示。②解決了信息孤島的問題，實(shí)現(xiàn)了泵站內(nèi)各類設(shè)備的互通性、兼容性、可擴(kuò)展性。

3.5 自我診斷功能的完善

進(jìn)入21 世紀(jì)以后，我國的電氣自動化技術(shù)受到信息科學(xué)等多種技術(shù)領(lǐng)域研究成果的影響已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了跨越式的進(jìn)步，而這也為系統(tǒng)的自動化應(yīng)用模式帶來了更多的發(fā)展?jié)摿Α．?dāng)前，我國部分泵站依照實(shí)際作業(yè)需求，在電氣自動化系統(tǒng)中都設(shè)置了自我診斷與完善性能，該系統(tǒng)充分利用了人工智能技術(shù)[5]。目前泵站逐步朝著大體量、復(fù)雜化、差異化的方向發(fā)展，而通過人工智能技術(shù)對泵站電氣自動化技術(shù)的改造，則能夠?qū)⒈谜具\(yùn)行所遇到的新問題、新形勢、新現(xiàn)象，納入系統(tǒng)控制單元之中，技術(shù)人員可以結(jié)合頻譜分析技術(shù)、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多數(shù)據(jù)融合技術(shù)的優(yōu)勢，提高泵站電氣自動化系統(tǒng)與人工作業(yè)之間的協(xié)調(diào)性，保證其能夠依照泵站的實(shí)際工作拓展需求，不斷升級與優(yōu)化。

3.6 信息實(shí)時管理功能應(yīng)用

在泵站運(yùn)行過程中，應(yīng)用電氣自動化技術(shù)的最大優(yōu)勢便在于，它可以將所有業(yè)務(wù)信息以量化的形式呈現(xiàn)，并且能夠有效分類以及存儲，這為工作人員的管理與分析提供了更多正確的參考信息。而信息實(shí)時管理功能，則可以對自動化系統(tǒng)所收集到的各類信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并上傳于操作端之中，這樣便能夠減少既往自動化系統(tǒng)所存在的信息上傳不及時，管理落后的情況，其能夠?qū)⑿畔⒌膶?shí)時化處置作為工作的重點(diǎn)，幫助工作人員時刻掌握設(shè)備與系統(tǒng)的工況，在泵站的管理與維護(hù)工作中起到了關(guān)鍵性的作用。

3.7 管控一體性能應(yīng)用

管控一體化是指充分利用信息共享功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行作業(yè)的管理與控制一體化控制，該種應(yīng)用方式是目前泵站管控的主流。技術(shù)人員可以利用嵌入式技術(shù)將智能控制設(shè)備以及OCS 控制器設(shè)置于泵站的電氣自動化控制系統(tǒng)之中，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)管理、控制、測量作業(yè)的一體化部署，日常工作時可以利用自動化監(jiān)控系統(tǒng)來了解泵站設(shè)備的具體運(yùn)行狀況，依照前期所制定的泵站工作優(yōu)化目標(biāo)以及調(diào)度需求，完成相關(guān)業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語

綜上所述，泵站運(yùn)行對工作人員的監(jiān)管以及現(xiàn)場測控要求較為嚴(yán)格，為能夠解決既往人工監(jiān)管力度不足，泵站運(yùn)行隱性風(fēng)險難以發(fā)現(xiàn)等問題，本文則將電氣自動化技術(shù)應(yīng)用于了泵站運(yùn)行的日常監(jiān)管之中，不僅闡述了泵站電氣自動化系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方式，還分析了其在泵站日常運(yùn)行過程中，具體的應(yīng)用方向，以期能夠通過該系統(tǒng)，有效解決既往泵站運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的突出問題與潛在風(fēng)險。