攀枝花市水利水电勘测设计院 四川攀枝花 61700
摘要：攀枝花市西区梅子箐水库扩建工程干箐沟泵站是一座以农业灌溉用水为主的泵站，泵站控制按“无人值守，少人值班”进行设计，本文详细介绍了控制系统的基本设计、专用设计要求，对控制流程和自动化元器件也进行了深入介绍。
关键词：梅子箐水库 干箐沟泵站 计算机监控系统 现地控制系统（LCU ） 基本技术要求 专用技术要求 PLC
1、泵站工程概况
干箐沟泵站从中间水池（420m3，水池深约5m）泵水至干箐沟水库。本泵站设有两台单级双吸中开蜗壳离心水泵，固定式安装，吸水管充水方式采取中间水池水倒灌充水。单台水泵功率为800KW，水泵电机运行电压采用10KV，两台水泵一主一备，分时轮换运行，干箐沟泵站距离梅子箐水库枢纽约为5公里。
2、泵站现地控制系统基本技术要求
A.泵站现地控制系统LCU按“无人值班”少人值守进行总体设计，故泵站的运行应能实现远方（即梅子箐水库枢纽处计算机监控系统）集中控制及监视；远期可通过水务系统综合中心对其进行远程监控。满足安全、可靠、经济、先进、实用的原则。
B.网络通讯介质采用光纤和GPRS无线远传与计算机监控系统通讯。
C.采用PLC（可编程控制器）控制，PLC应满足下列要求：PLC应采用全模块化结构，独立的CPU模块、电源模块、I/O模块(I/O模块与CPU需同一系列)，保证系统安全可靠运行；PLC应有良好的实时性和确定性。配置独立的离散量、模拟量输入输出模块，使每种模块完成各自的采集或控制输出功能，避免混合模块，输入输出模块至少应留有20%的备用点供系统扩展用。要求所有模块支持热插拔，PLC能完全离线仿真。
D.PLC应具有满足计算机监控系统要求的通信接口（每套现地设备需通过以太网接口接入布置在计算机监控系统的交换机上，实现与计算机监控系统的通信并接收来自计算机监控系统的控制命令,通信规约为MODBUS TCP协议，同时预留一个ModbusRS485串口以便与其他接口或者通过GPRS无线数据远传数据），PLC所采集的所有现场实时数据和现地控制系统状态、报警等信息均通过通信方式上送，上位机下达的控制命令也通过通信方式下达。
E.每套PLC均应配置不低于128K的FlashRom作为程序后备。不能因电源中断而丢失数据和应用程序，等电源恢复后PLC可自动启动投入实时监控运行。每台PLC应具有与软启动器、变频器、触摸屏通信的接口和功能。另外还应提供一个编程接口，以满足与现场调试工具进行通信的需要。
F.系统功能模块，包括硬件、软件都应具有相对的独立性，某一功能模块的故障不会影响到其它功能模块的功能，任一现地PLC控制单元故障不会影响其它控制单元的控制功能。系统集成的主要软件应采用成熟、性能稳定的软件，保证一个好的操作系统平台和开发应用软件平台。
G各PLC系统采用>10”与PLC品牌配套的彩色液晶（触摸）TFT显示屏作为人机接口，反映各种设备的运行工况、数据统计、参数设置及报警和历史故障查询等功能。触摸屏应选用国内外知名品牌的优质产品，应具有与PLC通信的以太网或串口通讯的接口和功能。另外还应提供一个编程接口，以满足与现场调试工具进行通信的需要。
H.系统配置和设备选型需适应网络、计算机、PLC、通信技术发展迅速的特点,系统设备的配置与选型，符合计算机技术的发展趋势，系统设备具有灵活、简便的特点，以保证在今后相当长的一段时间内不需要更新换代，使系统达到国内先进水平。
I.控制系统具有良好的开放性和硬件、软件平台，系统互连接口应采用计算机国际开放系统的标准，保证系统选用不同的计算机、控制设备和现场智能传感设备的互联性，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充，适应泵站各设备运行需要和满足水库微机监控系统对于信号和数据的交互与传输的要求。系统实时性好，抗干扰能力强。
J. PLC配备支持水库微机监控系统所要求的通信规约的硬件接口。所选用的可编程控制器型号应具有较好的性能价格比，系统应具有在线自诊断功能。
K. I/O接口应具有光电隔离和抗干扰措施，输入输出接点均为无源接点，输出接点长期接通容量不小于5A，接点断开容量在220V直流有感回路中应不小于50W，在380V及以下交流回路中应不小于500VA，I/O测点配置应予留20%的余量。泵站等高压、大电流设备在模拟量信号输入端应配置隔离配电器。
L.工程对各控制单元提供交流380/220V电源。
M.各控制单元控制柜上应带有操作面板，操作面板上设置各种故障提示、状态指示灯、操作及方式选择开关、按钮、表计等。
N.电动阀（电磁阀）的一次启动回路，应根据被控对象的容量，选择空气开关、接触器、热过载继电器、电机综合保护器等设备。
O. 故障保护：当系统有故障发生时，相应的设备应立即停机，并将故障信号保持并能将信号传送到梅子箐水库微机监控系统，当故障排除后，可通过控制单元操作面板上的故障复归按钮复归故障信号，并重新启动相应设备。
P.当控制或操作电源消失后又恢复，控制设备应能自动重新恢复原运行状态，并保持正常运行。
Q.应考虑到PLC输入输出和构成系统的其他自动化设备需要提供DC24V电源，应采取措施，在自动化元件发生故障或短路时，可切断故障点，不影响PLC的正常工作。在电压不足显示、检测输出。
R.控制柜内系统控制设备的电源输入回路、模拟信号输入回路、对外串行通信回路均应加装防雷保护器，以防止本控制系统遭受雷击破坏。投标人应详细列出每套控制系统中防雷保护器的数量。（按实际回路数或使用点数配置，模拟量回路考虑20%备用且引至端子排）。
S自动化元件和仪表与管路或设备等连接的连接件(仪表阀及接头等)，投入式变送器应配置的钢丝绳、重锤和接线盒等。自动化元件的具体参数和接口，整定值应满足主机或相应设备的技术要求。自动化元件电缆长度应引至现地端子箱。
压力测量元件
(1) 压力元件适用的工作介质应与实际使用的流体介质相符；
(2) 根据IEC标准，压力元件应能适应规则或不规则的压力变量，并具有良好的阻尼；
(3) 压力监测元件的精度不低于1%，测量元件的精度不低于0.25%，压力信号器的重复动作误差不大于1.5%。
（4）压力变送器应带智能型LED显示，3051表头。
流量监测元件
(1) 在无流量时，不论是有压还是无压均能回零。流量监测元件应具有良好的阻尼，重复动作误差不大于5%。最小动作流量应不大于额定流量的1/4。
(2) 流量测量装置性能要稳定可靠，实施方便，精度要符合IEC标准要求，能与计算机接口。
液位监测元件
(1) 用于测量水位的信号器应为防水型。
(2) 重复动作误差应不大于2.5%。
(3) 信号应避免在整定点抖动。
(4) 元件设计和安装应防止泥沙堵塞。
(5) 元件或所连计算机对水位波动应具有好的阻尼或滤波措施。
(6) 放置于远方接入遥测变送器的电子元件装置应具有防雷电功能。
温度监测元件
(1) 测温元件的性能稳定，与温度变化的关系线性好，反映灵敏。
(2) 精度应不低于1.5级，其绝对误差应不大于2.5℃。
(3) 温度计的探头或感温件的热容量宜尽可能小，热响应时间不大于60s。
3、泵站现地控制系统专用技术条件
A.控制系统的监控对象主要为中间水池、2台单级双吸中开蜗壳离心水泵（每台泵本体绕组和轴承温度检测配8只PT100）、水泵进水电动蝶阀、水泵出水电动闸阀、水泵吸水管排气电磁阀。
B.泵站提供一路交流主电源10KV，分别供给两台离心泵电动机。泵站内设有一台低压配电变压器提供一路交流低压电源380/220V供站内控制，动力及照明用。泵站内已配置直流屏，提供一回DC220V直流电源。
C.中间水池应根据两路水位信号按可靠及冗余方式（主备方式）设计控制系统，一套水位信号计为四个水位接点信号输出，一套压阻式水位传感器，水泵出口支管各设有一只压力信号器；总管上设有一只压力信号器，每泵出口各设置一只示流信号器，各信号输出均参与水泵控制。水泵出口及总管各设普通压力表一只，供运行人员现场监视。
D.泵站控制系统配置2面启动控制保护屏，完成启动、自动控制、保护、监视及通信工作。在控制屏上可以完成每台水泵自动/手动/断开的工况设定。重要的状态信号及事故信号和中间水池水位信号及系统所有信号均应通过光纤及GPRS通讯上送给梅子箐水库枢纽计算机监控系统。控制柜上应具有水泵状态信号、中间水池水位高度、故障信号显示及故障信号复归。
E.水泵电动机应配置相应的高压软启动装置及相应的控制保护设备。水泵的启动及停止运行应与无功功率补偿装置联动。
F.在自动工况下，要求主/备用泵可自动轮换，系统应对各台泵的运行时间进行累计记数，系统按运行时间或启停次数自动确定主用、备用泵。按自动控制流程进行控制并预留远方操作的接口。在手动操作工况下，手动控制独立于PLC，保护动作应能自动停泵。每一台泵设有一组直接控制启停的操作按钮。
G.在断开工况下，可对断开的电动机进行维护，但PLC和未退出运行的电动机仍应正常运行，并保证所有的信号仍能上送水库计算机监控系统。
H.自动控制流程
⑴启动水泵前,应先开启电磁阀排除吸水管内空气, 排出空气后关闭电磁阀 (排气时间在调试时整定)，开启水泵出口处电动闸阀。
⑵两台水泵从中间水池取水，水泵的启动条件为中间水池充满水。
⑶中间水池内水位信号器设有四个水位点：中间水池满水水位；水位低报警水位；水位再低停泵报警水位；一点备用。水泵由中间水池的液位变化来控制并自动运行。
I.控制系统应提供但不限以下信号：
泵自动/手动/断开、泵运行、泵故障、水池水位低报警、中间水池水位4-20mA模拟量、控制电源消失、PLC故障等
J.泵站水系统控制装置自动化元件及电气设备及I/O测点数量见下表
控制装置自动化元件及电气设备表:
K.控制系统组成及配置
⑴盘柜(箱)组成
a) 泵站控制系统设两面高压软启动柜及一面控制屏（同时控制保护两台水泵），可前后开门检修，控制柜的外形尺寸均为高宽厚＝226010001000mm
b)控制屏的电缆控制信号线均按下进出线设置。
⑵高压软启动柜内有高压软启动器、进线真空交流接触器、自动温度控制装置; 控制屏屏内装有PLC控制器、开关电源装置、控制继电器、自动开关、自动温度控制装置等等、信号灯、按钮、切换开关等。为保障系统的稳定可靠及安全，结合海拔高程因素，所选高压软起需按泵实际功率放大一级考虑。
⑶对各输入输出信号应充分考虑并应配备相应的抗干扰、降低电压降及防雷的措施。输入模拟量信号配置隔离配电器。
下图为干箐沟泵站现地控制系统电气原理图（1、2号泵相同）
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参考文献：
[1]刘丽华 自动检测技术及应用 清华大学出版社出版
[2]刘文江 施仁自动化仪表与过程控制 电子工业出版社
[3]李友善 自动化控制原理 国防工业大学出社社
[4]廖常初. PLC编程及应用 机械工业出版社
[5]水利水电工程自动化设计规范SL612-2013
作者简介：刘泉刚（1975.1-），男，重庆人，工程师，大学本科，主要从事水利水电工程电气自动化专业设计。
论文作者:刘泉刚
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/20
标签：泵站论文; 水泵论文; 信号论文; 水位论文; 元件论文; 现地论文; 控制系统论文; 《基层建设》2017年6期论文;