自上世紀(jì)70年代自動(dòng)化技術(shù)開始在泵站工程應(yīng)用以來,其技術(shù)水平在不斷地提高,應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大,發(fā)展到今天,泵站自動(dòng)化技術(shù)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)已初具規(guī)模,并逐步向一體化、智能化方向發(fā)展。
一、泵站自動(dòng)化技術(shù)改造目的
宜興水務(wù)集團(tuán)由氿濱水廠和大賢嶺水廠兩個(gè)水廠以橫山水庫為水源向全市人民供水，分為東線和西線。為了實(shí)現(xiàn)可靠、連續(xù)、優(yōu)質(zhì)供水，宜興水務(wù)集團(tuán)下設(shè)了東山泵站、新莊泵站、都山泵站、楊巷泵站、洋溪泵站、高塍泵站等16個(gè)泵站，保證水壓和水質(zhì)。為對(duì)這16個(gè)泵站進(jìn)行更合理有效地維護(hù)，同時(shí)可以更好地提高泵站的效率，減少站內(nèi)工作人員的工作強(qiáng)度，在集團(tuán)相關(guān)部門經(jīng)過一系列充分的討論工作后，決定將泵站改造為無人值守泵站。通過對(duì)泵站的有序控制，將泵站運(yùn)行的泵機(jī)設(shè)備、清水庫水位、壓力、流量、濁度儀、余氯儀等實(shí)時(shí)信息采集到調(diào)度指揮中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，并在局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)上可通過WEB瀏覽數(shù)據(jù)，使調(diào)度人員對(duì)泵站操作情況做到有的放矢，在全集團(tuán)范圍實(shí)現(xiàn)供水大生產(chǎn)和大調(diào)度的目的。
二、泵站自動(dòng)化技術(shù)改造思路
1、無人值守泵站自控系統(tǒng)的組成
整個(gè)系統(tǒng)分兩部分，一部分為遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)：由PLC主控模塊，電源模塊，開關(guān)量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、現(xiàn)場儀表、其他輔助設(shè)備以及監(jiān)控工業(yè)組態(tài)軟件組成；一部分為遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)：由攝像頭，硬盤錄像機(jī)，液晶顯示器和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件等組成；兩部分組合為無人值守泵站自控系統(tǒng)，通過光纖在調(diào)度指揮中心實(shí)現(xiàn)監(jiān)控泵站的情況和遠(yuǎn)程控制泵站的操作。
自控系統(tǒng)的PLC選型AB公司的CompactLogix系列，編程軟件為Rslogix5000，工控組態(tài)軟件為Wonderware Intouch V10.0，系統(tǒng)以Rslinx2.55為OPC實(shí)現(xiàn)PLC和組態(tài)軟件Intouch V10.0之間的通訊，進(jìn)行DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換。
監(jiān)視系統(tǒng)的攝像頭選型和硬盤錄像機(jī)皆選型國產(chǎn)海康威視的產(chǎn)品，設(shè)置IP地址后，通過上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)視頻軟件設(shè)置進(jìn)行監(jiān)視。泵站系統(tǒng)示意圖如圖1：
2、無人值守泵站自控系統(tǒng)的功能
⑴數(shù)據(jù)的采集：通過PLC對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行采集，如電力參數(shù)AB相電壓、BC相電壓、功率因素、泵電流等；泵機(jī)參數(shù)如運(yùn)行狀態(tài)、過載狀態(tài)、泵的啟停等；水情況如水壓、水位、流量等；水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)如濁度儀、余氯儀等；
⑵變頻恒壓供水：通過PLC的編程，對(duì)變頻器進(jìn)行控制，達(dá)到根據(jù)不同時(shí)間段設(shè)定供水壓力變頻恒壓，無需人為干涉。
⑶人機(jī)界面：通過各主要畫面的切換可以在調(diào)度指揮中心很直觀地反映各泵站的工作情況；
⑷水位的控制：通過組態(tài)軟件界面，可實(shí)時(shí)監(jiān)測清水庫的水位，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，可遠(yuǎn)程關(guān)閉清水庫的進(jìn)水閥門，打開自流閥門；
⑸統(tǒng)計(jì)和計(jì)算：調(diào)度指揮中心可通過壓力監(jiān)測系統(tǒng)查詢每天泵機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間、調(diào)壓情況、進(jìn)出水流量的統(tǒng)計(jì)等；
⑹視頻監(jiān)控：在泵站的大門口、泵房、低配、清水池、道路等安裝攝像頭，接入硬盤錄像機(jī)，在調(diào)度指揮中心可通過網(wǎng)絡(luò)視頻軟件實(shí)時(shí)觀察泵站的情況；
3、泵站自動(dòng)化技術(shù)改造后的控制方式
泵站自動(dòng)化技術(shù)改造前，不同泵站有不同的操作方式，極不統(tǒng)一。但基本都是由現(xiàn)場的操作工進(jìn)行手動(dòng)操作：有的泵站未做恒壓變頻控制系統(tǒng)，需要操作工不時(shí)地根據(jù)壓力和流量情況手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，來達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的；有的泵站已做恒壓變頻控制系統(tǒng)，但也需要在不同的時(shí)間段通過觸摸屏設(shè)置目標(biāo)壓力；有的泵站根本沒有變頻系統(tǒng)，只是簡單地通過調(diào)節(jié)泵機(jī)前端的閥門開大關(guān)小來達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的；也有極少數(shù)的泵站，利用觸摸屏和變頻器用RS485協(xié)議通訊，設(shè)置在不同時(shí)間段進(jìn)行不同壓力的恒壓控制。
泵站自動(dòng)化技術(shù)改造后，對(duì)泵站進(jìn)行統(tǒng)一的模式的控制。在手動(dòng)狀態(tài)，通過電位器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來達(dá)到調(diào)節(jié)供水壓力。在遠(yuǎn)程狀態(tài)，有兩種模式，在遠(yuǎn)程手動(dòng)狀態(tài)，可以人為地在不同時(shí)間段內(nèi)設(shè)置目標(biāo)壓力，以滿足供水調(diào)度要求；在遠(yuǎn)程自動(dòng)狀態(tài)，則可以預(yù)先在工業(yè)組態(tài)軟件上根據(jù)不同的時(shí)間段進(jìn)行設(shè)置，泵站的泵機(jī)就可以根據(jù)不同時(shí)間段不同壓力無需人為干預(yù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。
三、泵站自動(dòng)化技術(shù)改造中碰到的問題和解決方法
在無人值守泵站自動(dòng)化技術(shù)改造中，主要碰到了幾個(gè)實(shí)際的問題：
⑴設(shè)備陳舊老化：
有的泵站的設(shè)備年代已久，泵機(jī)亟待維護(hù)和檢修，泵機(jī)后端的水力調(diào)節(jié)閥等都已不能正常使用，需要更換，靠兩端的手閥進(jìn)行操作；有的電氣柜內(nèi)的元器件也已經(jīng)需要改造更新；我們針對(duì)該情況對(duì)泵站的泵機(jī)進(jìn)行了維護(hù)、保養(yǎng)和檢修，對(duì)需要更換的元器件和閥門等進(jìn)行了更換，將清水庫前端的手閥和自流閥門改造為電動(dòng)閥門，這樣便于接入自控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)控。
⑵網(wǎng)絡(luò)、通訊協(xié)議不統(tǒng)一：
有的泵站雖有恒壓變頻控制系統(tǒng)，但供貨廠家不一：觸摸屏有國產(chǎn)的、有進(jìn)口的；有的用西門子的S7-200的PLC做成恒壓變頻控制系統(tǒng)、有的用國產(chǎn)的控制器和觸摸屏做成恒壓控制系統(tǒng)、有的則是用變頻器的功能直接做成恒壓變頻控制系統(tǒng)；有的是通過串口RS232通訊，有的是通過RS485通訊，有的則是通過Profibus通訊，這樣通訊協(xié)議不一，給改造帶來很大困難。我們針對(duì)該情況對(duì)電氣部分進(jìn)行了改造，改為統(tǒng)一的TCP/IP模式，不管是觸摸屏PLC之間還是PLC和上位機(jī)之間都通過TCP/IP來通訊。
原先泵站的進(jìn)水流量、出水流量等通過GPRS上傳，故障率高，傳輸速度也受限制，此次我們一并將流量、壓力、液位等信號(hào)接入PLC，通過光纖來通訊，在調(diào)度指揮中心統(tǒng)一做DDE來上傳，通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)來觀察數(shù)據(jù)。
⑶調(diào)度員的操作技能和故障判斷力有待提高：
無人值守泵站自控系統(tǒng)由調(diào)度指揮中心調(diào)度員進(jìn)行操作，一旦出現(xiàn)故障，調(diào)度員便無法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正確的故障判斷，導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間拖延。我們針對(duì)此情況對(duì)調(diào)度員和自控維護(hù)人員都進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)，包括如何判斷網(wǎng)絡(luò)故障、電氣故障、軟件故障等，防止在自控系統(tǒng)運(yùn)行過程中一旦底層設(shè)備有故障時(shí)能及時(shí)地處理，盡快恢復(fù)正常操作。
四、無人值守泵站運(yùn)行效果及體會(huì)
我們從2007年至2010年陸續(xù)地對(duì)泵站進(jìn)行了自控系統(tǒng)的改造，分別為新莊泵站、東山泵站、楊巷泵站、都山泵站、洋溪泵站、高塍泵站等。在集團(tuán)的調(diào)度指揮中心，可遠(yuǎn)程對(duì)泵站進(jìn)行監(jiān)視和控制，極大地減輕了泵站操作工的工作強(qiáng)度，真正做到了“少人值守,無人值班”的目標(biāo)，更重要的是，無人值守泵站大大提高了泵站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。無疑，我們對(duì)泵站的自動(dòng)化技術(shù)改造是成功的，我們也將陸續(xù)對(duì)其他的泵站如屺亭泵站、萬石泵站、鈕家泵站、新建泵站等實(shí)行自動(dòng)化技術(shù)的改造。
同時(shí)，我們也感覺到，在泵站自動(dòng)化水平達(dá)到一定層次的同時(shí),還有許多不足和需要改進(jìn)的地方,還有許多值得進(jìn)一步研究和提高的空間,例如泵站自動(dòng)化的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和故障自診斷技術(shù)的結(jié)合等等。我們也將進(jìn)一步提高泵站自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平,進(jìn)一步提高泵站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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