佛山市高明区沧江泵站管理处 广东佛山 528000
摘要：在泵站工程中，为提高泵站管理控制的效率及安全性，满足城市发展的需求，自控系统得到广泛的应用。本文结合某泵站自控系统改造实例，对其自控系统改造设计的各个模块进行了详细的介绍，改造后的泵站自控系统的应用效果符合设计的要求，取得了良好的成效。
关键词：泵站；自控系统；PLC；设计
0 引言
随着我国社会经济的快速发展以及城市建设的不断进步，泵站工程的建设也越来越受重视，对其控制系统也提出了更高的要求。传统的泵站控制系统采用半自动的方式，多以人工为主，效率较低，而且安全性差，已无法满足城市建设与发展的需求。而自控系统能够保障泵站的安全、稳定运行，提高运行效率，减轻劳动强度，具有良好的应用价值。对此，本文展开了相关介绍。
1 工程概况
该工程具体为：更换PLC主机和模块，使信号得到恢复，通过基本控制柜上的触摸屏监视信号；通过PLC采集泵站中水位、流量、泵组工况、闸门状态等信号，并传输至中控室，再由中控室远程传输至调度中心；恢复并升级计算机软件和硬件，通过中控室工控机进行泵组工况的监视，对泵机进行遥控；监控电站的相关数据；数据存储与查询。核心为PLC接线和编程的正确性、PLC与工控机和触摸屏之间的通讯、液位流量等信号与工控机和调度中心的通讯、工控机和触摸屏SCADA软件的编写和操作、数据库软件的编写和数据存储。共包含对6台基本控制柜、2台就地控制柜和1台配电柜的改造。泵站的液位、流量等工艺参数和泵组、机械设备的工况需上报中控室，泵站的运行接受中控室工控机的控制和调度。
2 改造设计
整个自控系统的正常运行分为三层控制：调度中心控制、中控室工控机控制及基本柜现场控制，泵站控制层次如图1所示。
图1 泵站控制层次
改造的内容主要包括基本控制柜和中控室就地控制柜的改造。在整个过程中，先对三台基本控制柜做改造，稳定运行一段时间后，对中控室的二台就地控制柜做改造，采用双机冗余控制，达到工控机可以读取相关数据和控制基本控制柜的效果后，再对另三台基本控制柜做改造。
2.1 网络布线
在改造期间，由于原来的通讯是通过Genius网络，改造后新的通讯方式为以太网，所以先敷设光纤，线路与原Genius网络布线保持一致。此外，由于基本控制柜并不是一次性全部更换，所以原来的Genius网线将暂时保留并短接，以确保尚未更换的基本控制的数据仍能不间断上传，中控室工控机安装临时的监控软件，确保基本的运营需求。同时，通过无线通讯构建一个临时的远程通讯网络，从中控室工控机将数据打包远程传输给调度中心。
2.2 SCADA设计
六台就地控制柜均配置触摸屏，中控室配置一台工程师工控机、二台操作员工控机（双机冗余）、一台数据服务器和一台100M机架式工业级交换机。
SCADA采集现场设备数据，生成整个泵站的工艺流程和变配电系统实时动态，满足日常对泵站各系统的监控、操作和记录，可以遥控各泵启停、变频泵调速、监控温度参数并实时报警、监控泵站水位变化并记录水位。SCADA对各类数据、文件归档，对历史数据进行记录、处理，对数据和画面进行回放，分析和统计进出水流量和能耗，制作各类报表。
2.3 调试方法
首先进行单机调试，即对基本控制柜空载运行，此调试无需开泵，校对柜面按钮指示灯、触摸屏显示和工控机上的显示和操作；接着进行联动调试，按照控制要求和控制流程，对基本控制柜的连锁、互锁、开泵（变速泵开泵流程如图2所示）、停泵、液压闸阀开关等一系列进行测试；然后，带上负载进行测试，对各泵均启停和运行两周，校对柜面按钮指示灯、触摸屏显示和工控机上的显示和操作，保证控制方式与控制要求一致；最后，将前池和高位井液位、各泵开关和流量、雨量信号等数据采集后发送到ＲTU上，供调度中心查看。
图2 变速泵开泵流程
3 改造的应用结果
目前，泵站自控系统改造已完成，进入维护阶段，运行良好。
3.1 网络架构
现场就地控制单元层主干网络采用星型结构100Mbps工业以太网；与低压柜智能开关、电力网络仪表、UPS间采用ＲS485串口通讯，通讯协议为MODBUSＲTU；中控室设备之间通过电缆采用工业以太网连接；35kV变电所监控系统之间采用工业以太网通讯；中控室与调度中心采用无线ＲTU和现场总线DDN两种方式互备，实现信息互通。
3.2 SCADA应用
SCADA软件实现了对改造后的泵站的监控，反映了数据和控制的正确性。
工艺：如图3所示，显示了泵站的三维组态图和运行的相关信号，包括预留闸门的状态及流量、进水闸门状态、前池液位及报警、入流闸门状态、泵组可用信号、泵组状态及报警、泵组后压力、液压闸阀状态、单泵流量和总流量、雨量、出流闸门状态、高位井液位及报警、放空阀状态、出水箱涵和中隔墙闸门状态、泵组加热器开停和报警、冷却风机的开停和报警、循环冷却泵的开停和报警、泵组电机冷却水报警、主泵冷却水报警、主泵冲洗水报警、循环水箱报警、送排风扇状态等。
图3 泵站工艺
泵组总览：显示了各个单泵组的基本信号，包括单泵间的切换和运行、流量显示、辅助设备（前池液位、高位井液位、冷却塔、送排风扇、循环冷却泵）状态和操作、泵组的模拟量信号（流量、排量、电压、电流、功率、绕组温度、轴承温度、震动及开停泵时间）、泵组的状态信号和操作（开停泵控制需二次确认）。
还有电力、闸阀状态、设备信号、流程监视、硫化氢、报警总览和弹出报警、运行曲线、操作记录和报表生成。
3.3 数据库服务器
所有收集的实时数据按照类型、名称、属性分类，按时序依次存档，并及时写入硬盘。数据库支持检索随机存储和定期存储的数据，具备统计计算功能。数据库服务器可保存一年以上数据并可拷贝保存。
4 结语
综上所述，当前，随着自动化技术及信息技术的不断进步，泵站自动化水平不断提高。泵站的自动化控制系统能够提高设施设备的利用率，达到节能减耗、提高泵站运行效率的效果。该泵站改造后的自控系统具有可靠性高、操作维护简单、扩展灵活等优点，能够有效提高泵站运行的效率及安全性，对其他泵站自控系统的设计具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]王浩清，陶佳丽，王致杰，吕金都，黄麒元.基于PLC的泵站监控系统改造设计与实现[J].自动化应用.2016（09）
[2]施华，罗宇强，覃伟.加压泵站自动控制监测系统改造设计与实现[J].南宁职业技术学院学报.2014（03）
论文作者:彭卫东
论文发表刊物:《北方建筑》2016年11月第33期
论文发表时间:2017/1/11
标签：泵站论文; 自控论文; 状态论文; 工控机论文; 控制柜论文; 信号论文; 数据论文; 《北方建筑》2016年11月第33期论文;