泵站自动化控制篇（1）

中图分类号：TV675 文章编号：1009-2374（2015）15-0038-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.019

社会的发展需要解放生产力，生产力的解放建立在科学技术水平的不断提升和科技人才的大量涌现。时下，泵站机电自动化控制技术的应用越来越广，自动化控制技术凭借自身优势使泵站的管理体系和功能结构发生了较大的变化，避免了人力时代的诸多弊端，在给人类社会带来便利的同时将泵站的工程技术推向高峰。在科技时代席卷全球的大趋势下，着力提升泵站机电自动化控制技术的有效应用成为解决当前问题的关键所在。

1 泵站机电自动化控制技术的发展现状及功能需求

1.1 泵站机电自动化控制技术的发展现状

众所周知，泵站就是设置水电机组、电力设施、管道及闸门的房屋，能够产生相当大的液压动力及气压动力的有效装置。追本溯源，泵站机电自动化控制技术大体经历了三个历史阶段，分别发生在20世纪80年代、20世纪90年代和20世纪末期。纵观泵站机电自动化控制技术的发展历史，大约都是人们利用电子技术改善泵站运行状态，在结合军事需求、技术需求、自动化控制需求等多种因素的基础上不断完善自身技术水平，在取得蓬勃发展的基础上呈现出目前的发展现状：由“机械电气化”向“自动化控制”转变。机械生产是各大国家的重中之重，提高泵站机电自动化控制技术的有效运用成为当前亟待解决的问题。以当前飞速发展的科学技术为依托，泵站机电自动化控制技术的发展现状已经处于较为发达的水平，在改善泵站运行机制和技术操作等领域已经发挥了不可替代的作用。即便如此，泵站机电自动化控制技术的发展仍存在需要改善的地方，众多企业的生产效率及人员技术水平存在提升空间，没有达到机械强国的高度，泵站机电自动化控制技术的发展存在众多弊端，而要改变这一现状，就必须以现代科学技术及专业人才为基点，着力使泵站机电自动化控制技术水平有所提升。

1.2 泵站机电自动化控制技术的功能需求

泵站机电自动化控制技术摆脱了以往人力控制缺点，通过自动化控制技术将邮箱、电机和泵这三种基本设备连接起来，利用阀门、电闸等多种装置实现泵站的自动化控制。与此同时，泵站机电自动化控制技术也存在功能需求，其主要由基本功能、高级功能和修饰这三种功能需求构成。其中基本功能是指完成较为基本的操作功能需要，基本功能需求需要完成采集机电数据、控制机组功能及数据预警报表等。高级功能则主要包括应急机制、远程监护和控制、自动化控制技术调节功能等需求。修饰，顾名思义，就是通过视觉、触觉等人体感知自动化控制的灵活性来实现人机信息的交换。泵站机电自动化控制技术的这三种功能是相辅相成、相互影响的，并不能独立存在。此外，泵站机电自动化控制技术的这三种功能也会以信息技术为基础，在内部发生转换与递进，自动化控制技术首先要以可靠性和实用性为最基本的需求，除此之外，创新功能是泵站机电自动化控制技术提高的灵魂与核心，只有具备创新的精神和开拓的视野才能更好地迎合泵站机电自动化控制技术有效应用的需求。

2 泵站机电自动化控制技术有效应用的优点及改善途径

2.1 泵站机电自动化控制技术有效应用的优点

纵观当今世界，高新技术和自动化技术已逐渐取代人力劳动，生产、工作效率与科学技术互相作用、相互促进。泵站机电自动化控制技术的逐渐完善对于企业或单位的工作质量和进度有着不可替代的促进作用。所谓泵站机电自动化控制技术，就是准确读取信息来源，实现自动化的机械操作，具有较高的灵敏度和准确度。泵站机电自动化控制技术的有效应用摆脱了设备或机械受人类主观因素的影响，使得泵站的信息处理操作沿着既定的技术程序精准运行，避免了众多负面因素的影响，达到了人力所不能及的运行高度，极大地减轻了人类的操作负担。泵站机电自动化控制技术的有效应用，使得现场运行更具安全性和可靠性，其所带有的自动预警装置和检测装置有效地减轻了设备的运行风险，更好地延长机电自动化控制设备的使用寿命和运行周期。此外，泵站机电自动化控制设备有利于维修和保养，能很好地改善设备的运行状态，泵站机电自动化控制技术所带有的功能比较全面，适应面极为广泛，泵站的机电自动化控制设备可以节省众多人力、物力、财力，有利于删减冗杂的部门和人力，促进了能源及材料的节省，可以说，泵站机电自动化控制技术将会取得长足的发展，其有效应用已延展到各个领域。

2.2 泵站机电自动化控制技术有效应用的提升途径

泵站机电自动化控制技术具有较强的复合性，机电的自动化囊括了信息整理学、计算机程序等多门学科内容，随着人类社会的不断实践与发展，泵站机电自动化控制技术也需要与时俱进，取其精华。21世纪的人类社会更加偏向于智能化和自动化，对于生活和工作的追求也发生了改变。首先，机电自动化必须要结合智能化这一重要发展方向，渐渐地向智能领域的自动化控制迈进。从目前的发展局势来看，智能化具有性能高、运行快、应用广等特点，注定成为自动化控制系统的开发主流。其次，泵站机电自动化控制技术要注意依靠网络这一现代化科技平台，远程控制就必须通过网络建立，将自动化控制的终端设立于泵站，就能很好地进行远程控制，甚至是家庭型控制。最后，泵站机电自动化控制技术要讲求自动化和绿色化，机电系统自动化控制的核心就是自动操作，要重点巩固机电系统与人力的关系，逐步走向人机联合，通过自动化控制实现产品的绿色化和生态化。时下，生态环境的保护已成为人类社会所极力追求的，要想取得长足发展就必须使用绿色环保的机电设备和运行程序，时刻与回归自然的时代大潮相结合，结合实践经验与人民大众的真实所需，切实提高泵站机电自动化控制技术，促进自动化控制技术的实际效用。

3 结语

截至目前，机电自动化技术已经具有较长的发展历史，人类社会在不断探索与实践中逐渐改善着这一融贯中西的技术。机电自动化控制在泵站排涝泵过程中占据主要地位，该项技术与实际问题相结合，以高新技术为依托，发生推进和进一步变革也是必然的，泵站机电自动化控制技术的有效发展是劳动人民不断创新的结果，对于解放和发展生产力有着极为重要的作用，成为社会发展与进步的重要基础。

参考文献

[1] 姚彦星.深圳机场排涝泵站电气设计[J].中国农村水利水电，2012，（10）.

[2] 柯泽明.如何在电气设计中提高排涝泵站的安全防火性能[J].宜春学院学报，2007，（S1）.

泵站自动化控制篇（2）

1 项目简介

泵站作为污水处理工程的主要设施，担负着城市排水防涝的重要任务。泵站控制系统的自动化监控和管理具有重要意义，能达到减员增效和提高管理水平的目的，易控应用于某泵站自动化监控系统实现了对雨水泵房和污水泵房的自动化监测和控制。

泵站建立独立的功能完善的就地自动化控制系统，建立集中监测和控制室，实现泵站的自动化运行控制。泵站内各种设备的运行均由泵站就地控制系统直接控制，泵站就地控制系统是根据液位等泵站运行工况来进行控制的。泵站接收中央监控系统的调控指令。

台州市路桥污水处理有限公司泵站综合管理自动化控制系统工程包括7座泵站自动化监测与控制系统与视频监控系统，各泵站与中控上位机之间的通信网络采用通用的VPN网络。

2 自动化控制系统

2.1 控制网络

按集中管理、分散控制的模式，整个控制系统设计由二级网络三个层次组成。二级网络分别为：监控管理级、现场控制级。三层网络层次分别为：管理信息层，VPN网络层和现场总线控制层。

2.1.1 二级通讯网络：

第一级为监控管理级：中央控制站至管理系统系统星形拓扑结构的星型以太网；

第二级为现场控制级：现场控制站至中央控制站总线拓扑结构的虚拟VPN。

2.1.2 三个层次：

第一层为管理信息层，采用星型管理以太网，保证自动控制系统生产过程信息与其他系统的交互，实现信息资源的共享。

第二层为虚拟VPN网络层，即中控室与各现场集散控制系统站间采用VPN进行数据传输，保证信息交互的高吞吐。

第三层为现场总线控制层，即现场控制站与现场控制设备的通讯，采用国际上认可的现场总线组网（MODBUS），保证现场信息采集的实时可靠和控制指令下发的实时性、确定性。

各污水泵站与监控中心（监控中心在4号泵站，4号泵站链接无需VPN网络）采用VPN方式进行通讯，该种通讯方式具有速度快、通讯稳定的特点。通过VPN 可以以模拟点对点专用链接的方式通过公共网络在泵站与监控中心之间发送数据。

VPN 即虚拟专用网，是通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。通常， VPN 是对企业内部网的扩展，通过它可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全连接，并保证数据的安全传输。

2.2 控制模式

设备设中控室、现场控制单元、就地控制三级控制模式。

中央控制由中央控制室完成，具有最低的控制优先级；现场控制单元控制由各个PLC控制站完成；就地控制则在设备或仪表的现场控制箱、按钮箱、变送器等上操作完成，具有最高的控制优先级。

三级控制方式：

（1）手动控制：就地控制柜箱上的按钮操作，实现对机电设备的启/停操作。

（2）远程控制：操作人员通过中控室监控计算机的鼠标或键盘控制现场机电设备的启/停操作。

（3）自动控制：现场设备的运行，完全由PLC控制器根据程序和现场工况及数据，自动完成对设备的启停操作和调节控制，而不需人工干预。

三级控制功能：

（1）现场控制单元级、泵站中控室级均设有“手动/自动”两种控制方式，就地控制级设有“就地/遥控”两种方式。

（2）现场控制单元与中控室控制优先权，以“申请优先”的方式，通过程序确定，为无扰动切换。

（3）对带通讯接口的第三方产品，信号采集按通讯方式，设备控制通过I/O接点方式。

（4）当中控室监控设备发生故障，不影响泵站的运行，操作人员可通过各现场PLC站按预先设置的运行模式来监控泵站的运行。

（5）当现场PLC站发生故障时，可通过就地控制级上的“就地/遥控”选择开关切换实现就地手动操作。

（6）当厂级数据通讯网络出现故障时，各现场PLC站可独立完成本站的监控任务。

2.3 主要设备测控设计

（1）格栅自动控制

回转格栅清污机自动控制采用时间控制和水位控制。1时间控制：根据所设定的时间，控制格栅进开停。2、液位控制：根据所设定的液位值，控制格栅开停。格栅启动时，先启动螺旋输送机和螺旋栅压榨机，格栅停止后延迟一段时间再停螺旋输送机和螺旋栅压榨机。任何一台格栅启动时，均启螺旋输送机和螺旋栅压榨机。通过监控管理系统可以设定水位值，格栅运行、停止的周期

（2）潜污泵自动控制

潜污泵自动控制是通过水位测量仪检测水位值，当水位升高时，控制潜污泵依次逐台启动，水泵的启动顺序按累计的潜污泵运行时间从小到大排列。当水位降低时，控制水泵依次逐台停止，顺序与之相反。同时自动累积潜污泵运行时间，实现水泵的自动轮值，保证潜污泵总是处在最佳运行状态。

应当可对潜污泵进行编组，未进入编组的潜污泵不参加运行。通过监控管理系统可以设定水位值。控制程序应根据本泵站及相关泵站设定的水位值控制潜污泵启停和变频运行。潜污泵应当有干运行保护功能。当水位降低到干运转保护水位时，潜污泵全停。预警功能。当检测到潜污泵电流过大或过小时，应当报警，以预防潜污泵故障。效率评定功能。当检测到潜污泵电流与流量不一致时，应当报警，提示潜污泵是否空转。

3 视频监控系统

污水泵站作为城市的公用事业单位，它管理的好坏直接影响着人民的正常生活和污水厂的社会效益，为使污水泵站生产安全可靠的顺利进行和污水泵站自身的安全，因此建立一个现代化的闭路监控电视系统是十分必要的，它能监视污水泵站的生产区，观察生产工艺中的效果及意外事故的发生，以便即时采取措施进行补救，防患于未然，监视围墙，进行防偷防盗，保证污水泵站自身的安全可靠。

路桥污水泵站自动化系统采用完全基于网络硬盘录像机的视频监控解决方案，前端的摄像机经过网络硬盘录像机，然后将图像通过以太网络传送到控制中心视频服务器。

摄像机采用红外高速智能球机、枪型红外摄像机和红外半球彩色摄像机。摄像机的图像信号直接连接到视频服务器的视频输入端，然后经编码器数字化编码压缩后经由VPN网络传送到4#号泵站监控中心的IP网络存储器上。球机的控制可以通过视频管理软件实现。

在中控室，图像的显示主要通过电视墙和投影机来实现监控，将所有泵站内的视频图像通过视频管理软件进行解码处理。

整个视频监控系统实现了录像、录像检索及回放、动态检测和自动跟踪、日志功能、安全、网络发送、盘满自动覆盖、图像汉字叠加、扩展等功能。

4 防雷接地保护系统：

由于地理位置及气候的特点，浙江省属于多雷区域，台州市处于雷电多发区，为保证自控系统运行正常，保障相关人员的人生安全，建立完善的、符合国家标准的、可靠的防雷工程是非常必要的。

（1）接地保护：接地装置按照国家标准，根据系统接地要求布置独立的接地系统（接地电阻≤1欧姆），以及各电气设备的等电位连接。

在含有接地系统的装置和设备中同样要考虑电源系统及自控系统的影响，每组地电极系统自身对地电阻不能超过1欧姆。

雷电接地系统严格按GB50057-94（2000版）规定中对屏蔽、接地和等电位连接要求以合适的方法与电气接地系统相连接。所有保护隔离板和有关装置的安装严格按照设备制造厂的要求进行。

（2）电源防雷：第一级在变压器二次侧，主要泄放外线等产生的过电压，其雷通量大，启动电压高（920-1800V）。 第二级在各控制站PLC专用隔离变压器前，主要泄放第一级残压、配电线路上感应出的过电压和其它用电设备的操作过电压、其电流通量居中，启动电压居中（470-1800V）。隔离变压器的安装非常重要，它能有效抑制各种电磁干扰，对雷电波同样有效。 末级在PLC专用电源模板前，主要泄放前面的残压，完全可达到箝位输出，其残压低，响应时间快。在中控室、各现场PLC控制站电源进线端、现场仪表及视频摄像机供电电源出线端安装电源第防雷器（或组合），以保护中控室设备、PLC控制站设备、现场仪表及视频摄像机等的供电安全。

泵站自动化控制篇（3）

Abstract: This paper expounded the pumping station renovation technology and management of pumping station operation exist common problems, through the analysis of the problem, this paper puts forward some feasible solutions.

Key words: pumping station; operation; management; technical transformation; automation system; plan

中图分类号：TV5

我国的中小型泵站主要承担着区域性防洪除涝、抗旱减灾、调水和供水的重任。作为重要的水利工程设施，泵站在水资源的合理调度和管理中起着不可替代的作用,但是大部分的泵站存在低效率、高能耗的形式运行，效率低于一半的问题，这其中存在许多种因素，其中有规划设计、施工建设的问题，有设备制造、安装检修的问题，也有泵站运行管理的问题，下面对这些问题进行分析，并提出解决这些问题的方案，同时会指出今后泵站的发展方向。

泵站存在的问题

规划设计不合理，设计标准偏

许多中小型泵站限于当时经济、技术条件和设计水平等诸多因素的限制，设计标准偏低，泵站规模较小，单机流量偏小，台数多，增加了运行管理的难度；能源单耗高，造成一定的经济浪费。水泵和电气设备的选型没有前瞻的意识，达不到先进、可靠、节能、环保的要求，机电设备配套不合理，导致泵站长期不能配套更新；对水泵汽蚀问题考虑不够，水泵安装高程高，汽蚀现象十分严重。

2、机电设备陈旧，老化失修、腐蚀严重。

泵站因建设年代较早，加之运行多年，设备陈旧老化严重，性能差，耗能高，效率衰退，启闭设备由于长期暴露在外,壳体普遍锈蚀,且闸门止水橡皮均有损坏,门体漏水锈蚀严重，运转不灵，限于维修经费短缺，长年失修，存在许多安全隐患，已严重威胁泵站的正常运行。

3、技术力量薄弱、管理手段落后

大多数泵站管理人员文化水平、技术水平参差不齐，且很多泵站，位置偏僻，环境艰苦，交通不便，很难留住中高级水利工程技术人员，同时也缺乏高素质的技工和技师。因此很难适应现代化管理的需要，也很难完成泵站改造和新技术、新设备、新工艺的推广及应用。而且水利工程长期存在“重建轻管”现象，由于管理人员多是通过招工进站，只有少数技术干部，总体素质不是很高，加之管理经费有限，造成管理水平不是很高，技术手段落后，无法跟上现代化的步伐，如何提高管理水平成为第一大问题。

4、管理自动化及电气控制自动化水平低下

大多数中小泵站运行管理自动化及电气自动化水平相当低，机电设备控制全凭人工手动操作完成。而且大多数泵站在运行管理上，主要是采用经验法和定期大修办法，这样大大影响泵站经济，增加管理开支，造成经济上不必要浪费。

5、站区生态环境破坏严重

长期以来泵站更新改造资金投入严重不足，维修资金缺乏，运行费用无保障，泵站生产生活设施落后，周围荒山坡地，水质污染，站区生态环境破坏严重。很多泵站没有与外界相连的站区标准道路,交通不便；基层站效益差，职工生活困难，住房简陋，无法满足工程正常运转的需求。

解决问题的对策

1、科学规范泵站管理，提高管理水平

严格按照《泵站安全鉴定规程》定期对泵站进行安全鉴定，掌握工程现状，查清存在问题，作出客观评价，为今后的更新改造提供科学依据。建立详细的技术档案，对泵站运行中设备出现的故障，如何发现如何处理，处理后运行情况做详细记录，为泵站改造和科学管理提供依据。

2、加强日常维护保养,保证运行正常

本着“经常养护，随时维修，养重于修”的原则，做到经常打扫站区，保持机房清洁干净，保持设备无灰尘，启闭正常。定期检查电气设备情况，确保机组完好率100%、开机率100%。经常检查建筑物有无裂缝、启闭设备运行状况，对运转部件定期加油、止水密封，使制动装置运行可靠。丝杆汛前汛后定期清理、、保养。电气设备动作正常，无漏电、短路现象，接地可靠。要做到有计划检查并做好记录，发现问题及时解决，确保工程安全，延长工程使用寿命。

加强技术学习，全面提高管理队伍的整体素质

为加强对全市泵站行业管理和业务指导，必须大力加强技术学习，组织泵站工程全体人员进行电工技术学习、机械基础业务知识和安全知识学习，提高管理队伍中、高级技工的比例，严格运行人员上岗证制度，通过培训考核，力争在较短时间内全部持证上岗。通过学习，使广大干部职工业务技能得到有效提高，具有独立处理应急突发事故的能力。

4、完善规章制度、加大执行力度

建立健全泵站系列管理制度，实行制度管人，杜绝以人管人的管理模式，切实做到有法可依，有法必依。制定切实可行、易于操作的规章制度。强化各项管理措施，狠抓制度落实。要按照“事事有人做、人人有事干”的原则，细化岗位责任，明确事故追究制度，层层落实岗位目标责任，彻底扭转“无法可依，有法不依”的管理局面。

泵站综合自动化系统的建设

泵站实现自动化，不仅可以避免误操作，防止运行事故，减少运行人员；并可以提高设备和工程利用率、延长设备寿命、实现优化运行。泵站自动化应是泵站运行管理发展趋向。

泵站的基本模式两种：为全自动化方式、半自动化方式。

（1）全自动化方式：泵站是靠设置在前池或出水池上的水位继电器(压力变送器)控制机组的启动、停机或进行各种调节。当水位(或压力、压差)上升或下降到限定位置时，发出动作信号传给控制台的线路继电器或计算机。当线路继电器动作时，按规定程序动作(启动或停机)的执行机构也发生动作执行机构通常由时间继电器和控制启动( 或停机) 程序的继电器或为计算机系统。。这种自动方式对泵站设备的技术要求高，要有较完备的运行可靠性和自动处理运行故障的能力。全自动化泵站除了控制机组的启动和停机之外，对于进出水管道的工作压力、电动机温升、轴承与填料函的温度、泵站的引入母线与自动控制母线上的电压等，都以作用在事故继电器上的特殊继电器( 传感器、变送器) 进行监视。一旦工作状况超越规定值，事故继电器动作，使工作机停机，在有备用机组场合，可使备用机组自动投入。发生事故的机组，只有在消除了故障的原因之后才能再次启动。

（2）半自动化方式：对于经济条件较差，资金投入不足的泵站，可以采取比较筒单的半自动化计算机监控方案。这种方式可根据经济条件适当地减少传感设备采用开环控制。即无执行元件，通过计算机软件计算出的监控数据可以通过手工方法进行控制或调节。对于泵站技术改造，可以采用计算机辅助监控系统。泵站控制操作仍由常规装置来完成，计算机监控系统的功能主要是数据采集、数据处理、优化计算、事故记录、打印制表等。其优点是在运行中即使监控系统本身发生故障，泵站机组仍能维持正常运行。但系统能力较低，对自动化水平的提高或升级有一定的限制等是其主要缺点。不过该方案对系统性能要求不高．因而投资较少．比较容易实现。

四、关于自动化工作流程

泵站的自动化流程可分为3种形式：(1)从高压电源的投入开始，到机组正常投入运行为止；(2)从开某合机开始到机组正常投入运行为止；(3)从开某台机开始，部分工作还必须借助于人工，直至机组下常投入运行。不同的形式有不同的流程。一个泵站是由变电设备、机械设备等组成，并且有多台机组。设备之间的投入和切出是相互联系，同时又是相对独立。如果要通过一条指令完成全站操作过程，给编程和操作的灵活性带来很大的困难。

五、结语

泵站的自动化建设，是泵站以后的主要发展方向，这就涉及到了泵站的技术更新改造，特别对多级或多座泵站组成的大中型泵站中的单座泵站，是更新还是改造，是除险加固还是拆除重建，它涉及到泵站更新改造的标准和投资问题，与地方的经济发展水平、泵站地位的重要性、在流域或灌排区规划中的合理性等有关。 在泵站更新改造的同时，泵站的主管部门及工程管理单位应按国务院和地方政府有关水利工程管理体制改革的文件精神，积极推行泵站管理体制，以保证泵站更新改造后能良性运行。

参考文献：

泵站自动化控制篇（4）

【关键词】泵站；自动化；控制系统

中图分类号： TV675 文献标识码： A 文章编号：

1、泵站自动化的组成

自动化控制系统由计算机监控系统，微机保护系统，视频图像以及网络通讯系统组成，主要实现对水泵机组、水闸、供配电系统、进出水池、直流系统、仪表系统、液压系统及其泵站运行重要部位与关键对象、参数进行有效的监测、监视、监控并做到重要数据、图像、指令的传送和接收。自动化控制主要包括现场设备的控制，现场环境的监视，辅助设备的检测和站区范围内的通讯网络几大部分。水闸和水泵的启闭，机电保护以及各类设备状态检测是现场控制的关键。动作、状态和环境联动是现场监控的最高要求。

2、泵站系统功能

泵站自动化控制系统主要体现在一下功能:数据采集与处理、运行监视和报警、控制与调节、数据通讯等。

2.1数据采集与处理

采集的数据与处理要求包括如下类型:

A.模拟量的采集与处理:对内外河水位、水泵、闸门开启高度、变配电的高、低压电器系统等参数越限报警进行周期采集，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库。

B.开关的采集与处理：对事故信号，开关量信号等，计算机自动控制系统应能迅速响应这

些信号并作出一系列的反应及自动操作。开关量信号输入应无源接点输入。对各类故障信号，辅助设备运行状态信号，手动自动方式选择的信号等非中断开关量的信号，计算机控制系统对这些信号的采集方式定期扫查。对信号的处理包括光电隔离，接点防抖动处理，硬件及软件滤波基准时间补偿，数据有效性及合理性的判断，启动相关量功能（如启动事故顺序记录、或事故报警音响，画面自动推出以及自动停机等），最后经格式化处理后存入实时数据库。

C.脉冲量的累积与处理：脉冲量的采集处理包括接点当抖动处理，数据有效性合理判断、标

度变换、检错纠错处理，经格式化处理后存入实时数据库，也可以直接通过串行通讯采集。

D.开关量输出：指各种操作指令，计算机在输出这些信息前应进行效验，经判断无误后方可送至执行机构。为保证信号电器独立性及准确性，输出信号应防抖动并光电阻隔。

E.信号量值及状态设定：由于设备原因而造成的信号出错以及在必要进行人工设定值分析

处理信号量时，计算机自动控制系统应允许运行值班人员和系统操作人员对其进行人工设定，并在处理时把它们与正常采集的信号同等对待，计算机自动控制系统可以区分它们并给出相应标志。

2.2运行监视和事故报警

A.运行实时监视。计算机自动控制系统可以使运行人员通过屏幕对各主设备的运行状态进行实时监视。所有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况，并对各运行参数进行实时显示。

B.参数越限报警记录。计算机自动控制系统对某些参数以及计算数据进行监控，对这些参数量值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处理。这些处理包括越限报警、越复限时的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还应进行越限后至复限的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，作故障原因提示，对于一些重要参数要有趋势报警。

C.事故顺序记录。当发生事故造成跳闸动作情况时，自动控制系统应立即中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间；记录和打印相关设备的动作情况、自动推出相关画面、做事故原因分析及提示处理方法，系统应能将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来。

D.故障状态显示记录。计算机自动控制系统定时扫查各种故障状态信号，一旦发生状态将在屏幕上即时显示出来，同时记录故障及其发生时间，并用语音报警。系统对故障状态信号的查询周期不超过两秒。

E.事故追忆及相关量记录。在发生事故时，由各现场控制单元采集和设备的状态量并送控制室，完成事件顺序排序、排列、显示、打印和存档。每个事件的记录和打印点名称、状态描述和时标、记录的分辨率不大于2ms，应能记录事故发生前10秒和后20秒时间内重要实时参数的变化情况。运行人员可以召唤、显示或打印这些数据。

2.3控制与调节

2.3.1控制对象：水泵、水闸、格栅、高低压电器设备等。

2.3.2控制方式。当控制方式切换到计算机控制为主的方式时，集控中心值班人员通过主控站工控机人机接口对设备进行监控，主要有：1）自动完成开、停机和泵闸启闭。2）电气设备开关合/分操作。3）各种辅助设备的操作。4）各种整定值和限值的设定。5）各种信号处理。6）其他与管理单位商定的功能。

2.3.3泵组顺序控制。当泵组开、停机指令确认下发后，计算机监控系统能自动推出相应机组的开、停机操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。机组的开、停机操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统自动识别在不同方式下的开、停机操作要求并作出响应。

2.3.4泵组辅助设备及公用设备手动控制及启、停或开、闭手动操作。

2.3.5闸门顺序控制。当闸门启、闭指令确认并下发后，计算机监控系统自动推出响应闸门启、闭操作过程监视画面。画面上反映操作全过程中所拥有重要步骤的实时状态、执行时间及执行情况，当操作受阻时及时提示受阻部位及受阻原因。闸门启、闭操作允许开环单步运行和闭环自动运行。计算机监控系统能自动识别在不同方式下的启、闭操作要求并作出不同的响应。

2.3.6控制与调节对象及控制与调节方式。控制与调节对象主要为闸门、水泵以及其他电器设备。当控制方式切换到计算机控制为主方式时，控制室值班人员通过工控机人机接口对设备进行监控，应能完成下列内容：按给定开度自动完成开闸、关闸操作；闸门运行过程中遇到意外情况时在监控主机以及现场进行急停操作；电器设备开关合/分操作；各种辅助设备的操作；各种整定值和限值的设定。

2.4其他必要功能

2.4.1.统计与制表。对采集的数据与检测事件进行在线计算，打印输出各种运行日志和报表。

2.4.2人机接口。在线显示实时图形，使值班人员对运行过程进行安全监视并通过控制室计算机键盘在线调整画面、显示数据和状态、修改参数、控制操作等。

2.4.3画面显示。画面显示是计算机自动控制的主要功能，画面调用将允许自动及召唤方式实现。自动方式指当有事故发生时或进行某种操作时有关画面的自动推出，召唤方式指某些功能键或以菜单方式调用所需要画面。画面种类包括动态显示图、单线图、立面图、曲线、各种语句、表格等。要求画面显示清楚稳定，画面结构合理，刷新速度快且操作简单。单线系统种类包括电气主接图、启闭机控制接线图等。在这类画面上能实时显示出运行设备的实时状态及某些重要参数的实时值，同时可通过窗口显示其它有关信息。

立面图在画面上能实时显示出水位、动态显示闸门开度等参数，形象直观；并能点击弹出各启闭机的控制画面。表格类包括参数及参数给定值、特性表、定值变更统计表、各类报警信息统计表，操作统计表、各类运行报表、运行日志、水文特征值等。运行指导类包括升、降、停指导，低压系统操作指导，种类提示信息等。以上各类画面可以按值班人员要求组合在一起显示，也可以单独显示。设备状态维修的指导除了正常的监视各类设备的运行状态外还应

具备设备的维修指导，达到指定的参数时给出提示，使设备的维护更科学。

2.4.4语音提示功能。当各画面进行操作时应能语音提示，以及发生事故和故障时，应能用准确、清晰的语言向有关人员发出报警。

2.4.5系统自检和自动重启动。包括主机自检和过程故障检测，通过检测包括对I/O过程通道在线自动检测，检测内容有通道数据有效性、合理性判断，故障点自动查找及故障自动报警。

2.5数据通讯。数据通讯主要包括：（1）中控与子系统之间的通讯。（2）中控与上级部门的通信。（3）将泵、闸的有关数据，信息送往上级部门，接收上级部门下发的各种命令，计算机与设备的数据通信。（4）计算机与各设备之间的数据通信，其原则是速度快、数据处理能力强、安全可靠性高。使泵站达到快速敏捷、高效低耗运行。

泵站自动化控制篇（5）

随着社会发展对水利工程的要求不断提高，在现代化的泵站管理中，单纯依靠人工操作来实现对泵站的运行与调度，已经无法满足水利工程的发展需求，有必要不断开展更加现代化的信息化与自动化建设，在确保泵站安全有序运行的同时实现经济节能的目的。在信息技术飞速发展的今天，网络技术被大范围的运用到控制领域，发展得相当成熟，已经逐渐形成一信息技术为核心的泵站自动化系统，有效确保泵站的有序运行。在过去的工程建设过程中，考虑更多的是投资与安全问题，对于工程投入运营后的泵站运行没有过多考虑，致使泵站长期处于低效率的运行状态，有必要针对当前泵站运行机制进行分析，优化其自动化调控度，使得泵站能够更加安全、效率的运行。

1 泵站综合自动化优化过程中存在的问题以及发展趋势

信息技术的发展带来的一场涉及到诸多领域的大变革，控制系统被广泛运用到泵站中，极大地改变了过往人工监测的方式，在一定程度上实现了自动化监测与预警，有效提高了泵站的综合控制与管理水平，但是在自动化过程中还存在很多问题，需要引起相关部门的注意：

（1）我国泵站的自动化虽然获得了一定的发展，但是整体上发展水平并不高，在建设过程中多是围绕某一项项目的具体要求开展的，缺乏统一的标准来衡量，出现不同的泵站采用的是不同的功能与技术指标。

（2）虽然泵站自动化控制的发展为人们带来了很多便利，但是事实上很多工作人员对泵站的自动化水平还存在很大的认识缺陷，错误地以为泵站的自动化就是用鼠标来控制泵站的停开机，对泵站自动化中具体的经济运行以及相关资源的调度等方面并不了解。

（3）在过去对泵站进行调度时，大多依赖于上级行政指令或者简单的依靠水池水位进行决策，极少对泵站的最佳运行方案进行分析，无论是自动化还是决策水平都存在相当大的缺陷，无法为水利工程带来最大化的社会效益与经济效益。

（4）由于条件限制，很多水利工程中并没有建设足够的机组供泵站进行调度，只能够按照设定的模式进行运行，很大程度上限制了泵站的调度与运行。而有些水利工程汇总虽然有足够的机组并且存在调节方式，但是却没有相应的系统进行有效支持，难以实现最优运行。

2 泵站自动化优化控制系统组成

一般来说泵站自动化控制系统为了实现对泵站的监测、对应数据的处理以及监督控制三方面的要求，主要由监控软件、控制逻辑以及检测装置等三部分组成。

2.1 现地数据采集

泵站中需要采集的信息主要有：泵站机组中的电压电流等相关电气信息、机组中的温度压力等非电气信息、机组是否运行等状态信息以及对机组的控制与调节的相关信息。

2.2 上层监控

通过上层监控能够随时了解到系统的运行状况，当遇到系统故障时能够及时提供相关的警示信息并且显示故障存在的范围；在监控过程中将泵站的相关数据转化为可视化数据，能够更好地帮助工作人员进行数据分析与查询存贮工作的开展；监控还包括工作人员的具体操作记录，能够对不同人员进行权限监管，确保系统的安全有序运行。

2.3 数据存储与管理

主要是对泵站运行中产生的数据进行统一的存储与管理，建立相关的平台，通过对数据的管理与分析了解泵站的运行状态，并且与其他水利系统进行接入，实现数据共享。

3 泵站综合自动化优化控制策略

3.1 现地控制层设计

可编程的控制逻辑在泵站自动化系统中占据了现地控制板块的关键位置，也就是我们常说的PLC。在实际运行中，系统通过传感器对液体压力、流量水位等进行检测并对数据进行综合分析后，借助现地控制板块将数据做出初步的处理，然后通过局域网传送到上级监管部门的服务器中。在这个过程中现地控制板块还需要及时接受上层监控器发送过来的控制命令，泵站的分层远程自动化控制就是在这个基础上实现的。在对泵站综合自动化进行优化过程中，为了同时对水源泵站和加压泵站进行有效控制，可以尝试设置两个可编程逻辑控制，及时收集传感器采集到的相关数据以及设备运行状态，同时当数值超出警戒线时及时进行警报，更好地帮助工作人员进行监管。为了更好对泵站运行进行监控，需要为PLC控制逻辑配备好不间断地电源，传感器也需要准备好备用电源。目前我国水利工程的泵站系统中大多选择西门子的S7-200系列PLC阵列，这种PLC在远程控制领域应用范围广，能够借助多个PLC相互连接后搭建出复杂的网络系统。CPU224XP CN具有丰富的指令集，并且内置有调节控制器，可以用来充当现地控制模块的核心。在选择硬件的编程环境是，可以选择兼顾在线和离线调试的STEP7/Micro Win。

3.2 监督控制层设计

在监督控制层对泵站的综合自动化进行优化时需要接触传统的系统架构，将控制板块进行服务器与客户端的区分。服务器是中枢神经，它为客户端的访问与查询提供数据支持，而客户端则根据服务器给出的数据进行下一步的决策与命令下达。服务器不仅需要建立数据库来进行泵站的数据存储，还需要建立好c外部水机系统进行对接的接口，实现历史数据的共享。在这个过程中，服务器无论是与内部系统间的客户端还是与外部水利系统的通信过程，都是需要借助局域网来实现的，而局域网的建设有涉及到监控服务器、操作员与工程师端口、控制层的PLC控制逻辑等部分，正是由这些有着不同功能的终端共同构建了一个完整的泵站综合自动化控制系统。

3.3 控制调节优化

在人工调度的过程中，泵站系统经常会出现水池水位超出或者低于限定值，难以保持在合理的数值范围中，在进行泵站综合自动化优化过程中需要加强对水位的控制，使其保持在合理的范围之内。可以借助离散的方式控制电机机组中组要开启的数量，并且将其与电机机组的运行频率的连续性相结合，将现代化的智能控制系统与传统的人工控制模式进行优势互补，引入模糊控制+PID控制变频器的机制，有效利用模糊控制机制对电机机组的开启数量进行控制，而PID控制变频器实现对运行频率的控制。

在摸索加强泵站综合自动化优化控制前，需要充分了解泵站的自动化控制的整体结构，在分析的基础上了解实现自动化控制优化的需求，在这个基础上建立一个以局域网为基础、分层次管理、能够有效进行优化控制的分布式系统，这不仅能够实现水利工程在泵站综合自动化优化上的需求，还能够实现泵站远程管理的分层开展，使管理更安全、更效率。

参考文献

泵站自动化控制篇（6）

中图分类号：TV675文献标识码： A

在建设泵站时，采用自动化系统，不但能提升设备的运行效率、使用时间，还能有效降低劳动强度，提升管理水平。随着计算机技术、网络技术以及自动化技术的迅速发展为建立一套高效、实用性较强的监测、管控系统提供了技术支持。而微机监控系统作为自动化控制系统中的组成部分，它让自动化控制系统变得更加完善、可靠，并且还能够避免以往常常出现的设备事故，大大提升了设备的完好率。

1.微机监控系统的组成

泵站自动化控制系统中微机监控系统主要包括主辅机自动控制、励磁装置以及主机自动调节、微机保护等各个部分，用的是分散和集中相结合的监控方式。其中励磁控制用的中国核工业电机运行开发公司生产出的数字化微机磁装置，人机界面系统主要用的是液晶汉字显示，参数设定用的是菜单操作，全部强电输入信号在输入CPU系统之前都通过隔离进一步转化形成弱电信号。当输入及输出的信号通过光隅隔离之后，CPU的模拟信号会通过隔离放大再输出[1]。

其次，美国通用电气公司生产出来的微机型管理继电器综合了保护、控制、通信以及故障检测、功率测量为一体。当设定参数时既能够通过表面设置的键盘直接输入，同时也可以上位机下载。在泵站自动化控制系统中微机型管理继电器就是采用该公司生产的，其中主机用的是SR469微机型管理继电器，主要作用是保护、控制、检测大中容量电机；站变用的是SR750微机型馈线管理继电器，主要保护线路与小型变压器。在监控系统中，上位机用的是EC2000，并且还配置有SQL Server数据库软件，具有一定的网络Web浏览功能[2]。在和外局域网联网后可以进行实时发送监测数据，让广域网上面的全部用户浏览，其中涉及到的重要监测数据要写入中心数据库。

最后，主辅机自动控制与主机自动调节两个部分通过监控单元实现，系统选用的是两套容量大、可靠性高，并且带有电插拔功能的设备，每个控制单元的PLC都是以工业级、太网专用模块将太网和主控计算机进行直接连接，以此确保数据高速可靠地传输。主控计算机用PLC采集监测到的数据，像：压力量、电量及水位等，谈后由PLC发送指令，控制主辅机、变配电设备。

2.微机监控系统的特点

微机监控系统综合了保护、检测、管控、通信等各项功能，能够充分保护电源独立，并且还不会受到通信系统、运动方面的影响，可完全独立地进行工作。其中的励磁硬件设备运用模块化设计，体积较小且非常便于维护、维修。关于参数的设置既可以按照现场数据键入，也可在上位机中下载。除了闸门PLC之外，其它各个部分与上位机之间使用的是一样的通信协议，这就保证了通信的可靠性，尤其是保护了直接和PLC通信，让整个系统变得更有层次感，更加符合分布式的构造要求[3]。各个系统之间可以联网运行，也可以单独运行，彼此之间的影响很小，可以灵活当地选用，这就提高了整个系统的安全系数。同时，该系统可以按照上下游水位、叶片角度变化等，自动分析计算出不同机组的抽水流量，累计抽水量，录入历史数据库。

3. 微机监控系统在泵站自动化控制系统中的功能

其一，监测功能，其主要体现在上位机对现场各种设备运行参数与运行状态的监测上。站变、主电机电流、主电机上下导瓦、主变等的温度都被送进保护单元，通过PLC与上位机通信。并且水压力、油压力及气压力通过现场压力变送器进行变换之后，再由PLC与上位机交换信息。励磁装置的运行状态监测出来的数据，由RS-485通信线由PLC与上位机通信，其中励磁综合控制器上面的液晶显示屏能够直接显示出对应机组的运行情况。而叶片角度、上下游水位、闸门开高、贮能罐油位分别是叶片角度编码器、超声波水位计与闸门测控仪、红外线液位探头进行现场采集的，采集到的信号通过PLC转换变成数字量之后传送到上位机。泵站所设备得到的回讯信号由反向检测出的电压判断，而厂房设备开停情况、二次回路运行状态、保护设备报警信号都是由PLC传送到上位机的，并经其监测[4]。

其二，微机励磁功能，上位机通过设定闭环来调节恒功率因素的运行、恒无功功率的运行，一旦上位机发生故障，励磁综合控制器就会在现场通过键盘来调节主要的运行参数。上位机能够实时记录晶闸管励磁装置中的运行参数，如果电机发生励磁保护性跳闸，装置运行不正常或者失控情况时，不单单在上位机中出现信号，在现场的液晶显示屏总也会出现相关信号。

其三，控制、管理功能。微机监控系统主要通过上位机直接对7373电动刀闸、737断路器以及1#、2#站变断路器侧储能、分合实施控制，而现场的监控单元主要下达主机断路其分合控制的命令。叶片角度大小按照运行情况，及时调节。空压机与供排水泵的开或者停主要由上位机按照设定参数，通过监控单位自动调节。其次，因微机监控系统在上位机上面设置了故障报警、系统运行各个参数设置等很多个菜单画面，所以，运行管理人员能够通过点击鼠标获得上位机中菜单来了解主机温度参数、技术参数以及辅机系统中的水位、水压力、油位等[5]。而通过故障报警画面可以了解各种设备故障情况，主辅机运行状态。用鼠标、键盘还可以及时调整磁系统中的运行方式、运行参数、调整叶片角度等等。为了进一步加强管理，微机监控系统还设置了多层防护程序，尤其是在关闭断路器之前，需要完成合闸之前的各种准备工作，否则，上位机就会自动闭锁，不能顺利进入下一步操作。

其四，保护功能。微机监控系统保护装置可以适时判断设备故障，记录故障发生的时间、类型，进一步反映出故障的各种数据、波形等。系统上位机通过PLC轮流查询每套保护装置，当出现保护动作时，把保护跳闸事件、跳闸报告、自检报告等会一并上传到上位机系统中。而主机保护SR469装置能够实现过流保护、低频率保护、横差保护、纵差保护、失步保护、过负荷保护等等。并且除了电量方面保护之外，主机上下导瓦、推力瓦的温度与励磁系统参数状态保护功能等。主机的温度保护一般有两种方式：①把温度电阻Pt100接入SR469，通过逻辑分析判断；②借助压力式温度计把开关量接入PLC，用在主机跳闸方面。

其次，主变SR745具有零序差保护、比例式差动保护、过激磁保护、过流保护、低电压保护、零序电压保护、自适应波制动保护等。只要设定相应参数，主变可以灵活地选用上述保护，除了电量保护之外，还有主变温度保护、主变本体重瓦斯保护等，而站变的SR750有一定的过流、速断保护功能。

总之，微机监控系统在泵站自动化控制系统中，管理人员只需要用鼠标、键盘就可检查、管控现场设备的运行情况，这样不但可以减少运行值班人员数量，还可减轻劳动强度。当系统联网以后，还能够实现数据共享，非常便于查询，进而就为枢纽运行管理、调整决策提供了便利。

【参考文献】

[1]吴同性.基于PLC及以太环网平台的井下中央泵房自动化系统设计[J].煤炭技术， 2010(05)：85-86.

[2]潘卫锋，李尚红．PLC在泵站液压启闭机控制系统中的应用[J].电世界，2004，45(1)：8．

泵站自动化控制篇（7）

中图分类号：TV675文献标识码： A 文章编号：

引言

随着近期大中型泵站工程建设的迅速发展，给泵站工程的管理积累了许多宝贵的经验，取得了一定的成绩。但是，长期以来受“重建轻管”思想的影响，管理工作中也存在着一些问题，影响着工程效益的充分发挥。

一、泵站机电自动化系统需求分析

泵站机电自动化系统要能满足泵站的运行、管理需结合泵站的运行、检修和管理要求，机电自动化的需求可以按其功能、性能需求分别进行分析。

1、功能需求

1.1 基本功能：机组控制功能；报警功能；数据采集、传输、显示、存储、分析、查询、报表等功能。

1.2 高级功能：自动调节功能、自诊断功能与自恢复、远程维护功能、运行管理功能、设备安全保障功能、音像功能、应急功能。

1.3 修饰：人机交互的科学性、操作的方便程度、视觉效果。

这三大类功能不是完全分开的，随着技术进步、管理进步是可以从高到低进行层次转换的。

2、性能需求

2.1 可靠性需求。可靠性需求是泵站机电自动化系统以及其他设备的基本性能需求，其中包括系统的稳定性、鲁棒性、抗电磁干扰、抗雷击、防误操作的能力，具有长平均无故障时间和短故障恢复时间。

2.2 适用性需求。机电自动化系统是为泵站的运行和管理服务的，自动化系统要能适用于泵站人力资源状况、一次设备状况、管理模式。

2.3 先进性需求。一套优秀的泵站机电自动化系统不仅仅要适应泵站本身的运行和管理的需要，还要具备一定的先进性和前瞻性，能够对泵站的运行和管理水平进行适度的提升和改革，甚至是次革命。

2.4 节能需求。泵站机电自动化系统应能通过对设备状况的判断以及运行时间、启动次数、耗能情况、抽水效率等数据进行统计、分析，并按照一定的算法进行计算，选择工作方式和操控对象，以达到节能提效的性能需要。再者，自动化系统本身就应该是能耗低、电磁辐射小的系统。

二、水泵的管理与维护

定期检修，可及时排除水泵缺陷，保持水泵良好的技术状态。水泵除日常维护管理外，在灌排结束后应进行一次小修，经过一段时间的运行后进行大修。

1、水泵的小修

经过一个灌排季节的运行，一般历时1年，累计运行1000h，如果水泵运行正常，效率没有显著降低，不必将水泵拆卸，仅进行水泵小修。小修是指不拆卸水泵转轮，对水泵进行小的保养，对易磨、易损零部件进行清洗检查、维护修理和更换调试等。一般包括以下内容：

1.1 全调节水泵顶部的受油器及配压阀的调整检查或零件更换。

1.2 油及全调节水泵压力油的检验、过滤或更换。

1.3 检修并清洗轴承、油槽、油环，更换油或对轴承进行修刮。检查轴流泵橡胶轴承磨损及轴和轴承的间隙，必要时更换橡胶轴承。

1.4 处理或更换变质硬化的填料。

1.5 检查轴流泵叶片及叶轮外壳气蚀与损坏情况，并测定其间隙，必要时进行修补。

1.6 检查并调整水泵叶轮间隙，检修叶轮松动情况或修补损坏的叶轮。

1.7检查并紧固水泵及传动装置各部分的连接螺丝。

1.8 根据运行中反映的问题，在不抽出水泵传动轴情况下对有关部位进行检查。

2、水泵的大修

根据水泵的技术状态和零部件的磨损、腐蚀、老化程度以及运行维护条件等确定大修周期。一般运行3—5年，累计运行2500—15000h后安排大修（多泥沙河流1500-2500h）。大修内容包括：水泵主轴轴颈检查或修理；全调节水泵的受油器及其附属设备或零件更换；全调节水泵轮壳内部的检查；规定的预防性试验等。在保养中如发现由于技术、配件以及经营等问题无法解决，或在运行中因发生事故必须抽出转轮检修时，均列入大修理项目。

三、保护、监控系统工作与控制技术

泵站综合保护和监控系统可以方便的实现手动、自动两种工作方式。因为每台机组配置了单独的微机型电动机综合保护装置，装置安装在开关柜上，独立完成测量、控制、保护、信号功能，可对电动机进行控制、保护和监测。

1、手动方式

开机台数视进水池水位而定，机组的启动或停止由操作人员在电机出线柜前或中控台按钮进行操作。选择要启动的机组号，首先检查开机条件是否具备，冷却水有无指示。如果正常，有灯光指示，对应的继电器得电；此时将工作方式选择开关打至“手动”位置，使得手动操作系统电源接通；然后将电容补偿柜的断路器打到“合闸”位置；最后一步是按下机组控制柜合闸按钮，则合闸线圈得电吸合，断路器合闸。但这一过程仍处于电动机综合保护装置的监测之下，因为合断路器前，必须将断路器手车推到工作位置，同时保护装置还需检测手车开关位置、断路器状态，接地刀状态、储能电机开关位置等开关量，符合要求后才能正常合闸。机组的停机操作比较简单，选择要停机的机组号并按下分闸按钮，分闸线圈得电，断路器分闸，同时必须将断路器手车摇回原位，把选择开关打至“停止”位置，并将电容补偿柜的断路器打到“分闸”位置。

2、自动方式

当工作方式选择开关打到“自动”位置时，系统处于自动运行方式。机组的启动与停止由前池水位决定，要使机组自动启动或停止，部分工作还必须借助于人工，即：必须具备开机条件；断路器经常性处于热备用状态。自动合闸、分闸回路可以看出，机组自动启动或停止，是由中间继电器来控制的。设于中控台的数字显示控制仪根据采集到的进水前池的水位信号，来控制中间继电器的状态。

数字显示控制系统由多个控制器组成。水位设置应按照设计要求，设置停机水位、最低运行水位、起排水位、最高运行水位。除停机水位外，其余统一称作开机水位。控制系统设置了停机水位、开机水位，这几个数值之间要有水位差，这样才能自动按顺序投入各台机组，工作原理简要分析如下：

当汛期外河水位达到关闸水位时，雨水、生活污水进入前池，前池水位不断上升。当检测达到开机水位时，根据进水池水位及进水流量控制系统发出指令使相应机组触点闭合，继电器吸合，其常开触点接通相应机组自动合闸回路，使机组启动运行。随着排水总量的不断增大，前池水位逐渐下降，机组就会根据系统设置按顺序停机。自动方式工作过程在正式投入运行前必须通过各项试验和模拟调试。为确保安全，调试时各机组的断路器手车应推至试验位置，断路器手车在试验位置时，断路器可进行合、分闸操作，但由于与母线是隔离的，电动机不会带电。

结束语

泵站机电自动化系统形式多样，各用电负荷的安排、机电设备的选择、自动化保护程度、监控等等也有多种设计形式。在实际设计时，需要结合工程具体情况，征求各方面的意见，对系统中各设备的设置进行必要的补充和修正，从而保证泵站机组的安全运行。

参考文献

[1]姚振龙. 浅析 PLC在电气自动化中的应用与发展[J]. 科技创新导报，2011(26).

[2]王仓继. 变电站电气自动化研究分析[J]. 科技资讯，2012(04).

泵站自动化控制篇（8）

Keywords:Oilfield Pumping Station;Automation control system;

Real-time monitoring;Separator;Application

一、前言

胜利油田现河首站投产于1965年，作为一个老站，设备陈旧老化，事故率、运行维护费用高、职工劳动强度大的矛盾日益突出，随着生产规模的扩大，集输处理量不断增加。由于监测参数量多，以往靠人工检测储油罐液面、油水界面对盘库不准，手动控制脱水器界面难度高，这些因素给首站生产操作和管理带来很大困难。为适应现代化生产的要求，使生产和管理实现自动化，根据首站现状，2004年实施了集输泵站的自动化改造，并成功地用于集输泵站的自动化生产中。

二、自动化监控系统介绍

（一）ME控制系统简介

根据首站现状，采用美国Opto22公司的ME计算机监控系统作为首站自动化监控系统的骨干结构。该系统采用上、下位机方式，在现场采用多级CPU进行控制处理，各I/O模块对输入输出信号能提供4000V的隔离，系统的实时性、可靠性、灵活性优于其他系统。系统的上位机主要由工控机、控制软件组成；下位机主要由控制器、智能板、I/O模块组成。上位机与控制器通过100Mb/s以太网进行通信，控制器与智能板通过RS485进行串行通信，I/O模块直接插在智能板上。控制软件从上位机通过以太网下载至控制器。

该控制系统的特点如下：一是可靠性高、二是可维护性高、三是智能化、四是实用性强。

（二）ME控制系统构成

站内设有一套计算机控制系统，分为两级控制，上位机控制设在主控室，负责全站工艺流程数据管理，根据不同工艺流程，将控制岗位划分为分离器岗、计量岗和外输岗，每个岗位均设现场控制机一套，负责工艺流程显示、数据采集与控制。计算机控制系统的结构如图1所示。

1.现场控制单元

现场控制单元分布于联合站的各个岗位，负责现场数据采集和控制策略的实现，是智能联合站的核心部件。其采集数据主要包括：每台分离器的液位、入口压力和温度、出口汇管压力和温度、脱水泵房和外输泵房的进出口压力、温度、流量泵的电流和电压、每台流量计的来油温度和压力。 各控制单元和上位监控站同时作为控制网络的一个节点，能进行高速对等通讯。ME控制系统采用的现场控制单元主控器为SNAP-LCM4 主控器，可支持串口、ARCNET、以太网，可实现多种通讯方式组合，满足工业现场的要求。ME控制系统采用SNAP-B3000单元处理器，其主要功能是可完成和主控器之间的多种通讯方式，并对主控器的要求作出快速的响应；实现I/0的智能化，处理简单的逻辑功能，对本单元的I/0点进行定期扫描。

2.上位机监控站

上位机监控站可以通过组态构成各种功能画面，借助于这些画面可以完成对生产过程的监视及控制。它主要显示参数总貌、工段、细目、趋势、流程图画面、设备启停状态及PID调节功能、系统显示画面示意及各种报表功能，系统数据覆盖了全部生产装置和生产环节，便于形成完整的实时生产管理系统，图2和图3分别为分离器区生产数据显示画面和工艺流程显示画面。

联合站的数据通过网络，实时进入信息中心的数据库中，通过分析软件，可及时形成各类分析图表。使用标准的网页浏览器可以对系统信息进行监测，生产运行情况、设备情况、计量数据、油气产量等数据一目了然。

三、自动化监控系统在分离器岗的现场应用及效益分析

（一）现场应用实例

实例1：2005年3月12日凌晨3点，操作人员发现1#分离器采油六队的液位由原来的0.98mm降到0.65mm，压力由0.28Mpa降到0.23Mpa，及时到现场进行检查，排除了分离器的故障，经过分析判断，认为是采油六队的来液量减少，立即与采油六队联系。经过巡线，发现是采油队一个计量站的外输管线穿孔。由于首站发现及时，使采油队在最短时间内发现问题解决问题，避免了场地污染等事态的扩大。

（二）有助于操作人员准确调节油气分离器

泵站自动化控制篇（9）

keywords:oilfield pumping station;automation control system; 

real-time monitoring;separator;application 

一、前言 

胜利油田现河首站投产于1965年，作为一个老站，设备陈旧老化，事故率、运行维护费用高、职工劳动强度大的矛盾日益突出，随着生产规模的扩大，集输处理量不断增加。由于监测参数量多，以往靠人工检测储油罐液面、油水界面对盘库不准，手动控制脱水器界面难度高，这些因素给首站生产操作和管理带来很大困难。为适应现代化生产的要求，使生产和管理实现自动化，根据首站现状，2004年实施了集输泵站的自动化改造，并成功地用于集输泵站的自动化生产中。 

二、自动化监控系统介绍 

（一）me控制系统简介 

根据首站现状，采用美国opto22公司的me计算机监控系统作为首站自动化监控系统的骨干结构。该系统采用上、下位机方式，在现场采用多级cpu进行控制处理，各i/o模块对输入输出信号能提供4000v的隔离，系统的实时性、可靠性、灵活性优于其他系统。系统的上位机主要由工控机、控制软件组成；下位机主要由控制器、智能板、i/o模块组成。上位机与控制器通过100mb/s以太网进行通信，控制器与智能板通过rs485进行串行通信，i/o模块直接插在智能板上。控制软件从上位机通过以太网下载至控制器。 

该控制系统的特点如下：一是可靠性高、二是可维护性高、三是智能化、四是实用性强。 

（二）me控制系统构成 

站内设有一套计算机控制系统，分为两级控制，上位机控制设在主控室，负责全站工艺流程数据管理，根据不同工艺流程，将控制岗位划分为分离器岗、计量岗和外输岗，每个岗位均设现场控制机一套，负责工艺流程显示、数据采集与控制。计算机控制系统的结构如图1所示。 

1.现场控制单元 

现场控制单元分布于联合站的各个岗位，负责现场数据采集和控制策略的实现，是智能联合站的核心部件。其采集数据主要包括：每台分离器的液位、入口压力和温度、出口汇管压力和温度、脱水泵房和外输泵房的进出口压力、温度、流量泵的电流和电压、每台流量计的来油温度和压力。 

各控制单元和上位监控站同时作为控制网络的一个节点，能进行高速对等通讯。me控制系统采用的现场控制单元主控器为snap-lcm4 主控器，可支持串口、arcnet、以太网，可实现多种通讯方式组合，满足工业现场的要求。me控制系统采用snap-b3000单元处理器，其主要功能是可完成和主控器之间的多种通讯方式，并对主控器的要求作出快速的响应；实现i/0的智能化，处理简单的逻辑功能，对本单元的i/0点进行定期扫描。 

2.上位机监控站 

上位机监控站可以通过组态构成各种功能画面，借助于这些画面可以完成对生产过程的监视及控制。它主要显示参数总貌、工段、细目、趋势、流程图画面、设备启停状态及pid调节功能、系统显示画面示意及各种报表功能，系统数据覆盖了全部生产装置和生产环节，便于形成完整的实时生产管理系统，图2和图3分别为分离器区生产数据显示画面和工艺流程显示画面。 

联合站的数据通过网络，实时进入信息中心的数据库中，通过分析软件，可及时形成各类分析图表。使用标准的网页浏览器可以对系统信息进行监测，生产运行情况、设备情况、计量数据、油气产量等数据一目了然。 

三、自动化监控系统在分离器岗的现场应用及效益分析 

（一）现场应用实例 

实例1：2005年3月12日凌晨3点，操作人员发现1#分离器采油六队的液位由原来的0.98mm降到0.65mm，压力由0.28mpa降到0.23mpa，及时到现场进行检查，排除了分离器的故障，经过分析判断，认为是采油六队的来液量减少，立即与采油六队联系。经过巡线，发现是采油队一个计量站的外输管线穿孔。由于首站发现及时，使采油队在最短时间内发现问题解决问题，避免了场地污染等事态的扩大。 

（二）有助于操作人员准确调节油气分离器 

泵站自动化控制篇（10）

随着我国各主力油田不断发展，如何在注水开发方面形成以注水为龙头，加快注水的速度，保证注水的平稳运行等，这就对注水泵站提出了新的要求，而通过自动化的监控系统进行水量的存储、计量、注水等任务的控制，是其发展的必然趋势。

1 系统设计的原理

本注水站的自动化监控系统在高压注水站的运行监视与控制管理中运用先进的计算机技术与智能传感技术。系统的主要结构方式是集散式，上位机在工业控制计算机的作用下，进行采集与管理数据，并提供人与界面，下位机基于PLC，使用在注水站中所设置的传感器组、采集主机组与辅助设备等的各运行信息，在PLC的作用下，对数据进行计算处理，使现场采集数据、就地控制的功能得以实现，使用的所有现场仪表都是智能仪表或者是能够进行远距离传送的标准仪表信号，信号直接与PLC相接[1]。

2 介绍该系统的功能

本系统的检测功能与调控功能都比较健全，主要有采集与处理注水站中每个监测点的数据，监视与处理事件，具备人机对话、自动调控、收集与记录问题数据等不同的功能。

2.1 采集与处理系统主要的监控参数数据

本自动化系统主要有两大部分的监控目标，即机组参数与工艺参数。

机组参数：主要包含有注水泵的排量、平衡压力、进出口压力、电机风冷压力、电机前后轴瓦温度等等。

注水工艺参数：主要包含有来水的温度、流量、来水的压力、注水管网压力、水罐液位等等。通常情况下，为了与注水量的变化相一致，按照实际所用的注水量，对泵出口阀的开度进行调节，或者是通过变频，进行注水电机转速的调节，以便与合理注水的要求相符。

由于不同类型的采集数据，对于注水泵的各工况参数，系统要及时的进行采集，以便做出相对应的处理[2]。

2.2 监视与处理事件

对注水站动态的全过程，系统可以进行自动监控，如果机泵是处于不正常的运行状态，则会有声光报警产生，主要有注水泵进水压力低报警、电机前后轴瓦温度高限报警、风冷低压报警等等。且报警与报警处理分别对不同的报警进行了优先级的设立，以便使报警信息得到区分，特殊情况下，需要停机待处理，使值班人员引起注意，从而按照所揭示的事故，快速进行有效处理。

2.3 自动调控功能

自开启泵时，对每个机泵的流量与轴功率都要进行不间断的监测，而且其出口的压力与系统的压力之差也是连续检测，基于变化的压差，使泵出口的开度得到自行调节，直至与合理的压力一致，从而使每个泵都运行在良好的区域，进而整个注水系统就达到了动态 。

2.4 人机对话功能

系统还能够提供最佳的人机界面，通过注水站的流程图、实物图、表格等各种各样的形式，将电压、电流、泵压、风冷压及工矿区间、油压及机泵前后轴压温度等各物理量直观形象的显示出来，从而对于注水站所有设备的运行情况，值班人员都能够快速准确的掌握，对于注水站的一些辅助设备，还可以实行控制盒操作。

2.5 收集记录故障数据与管理历史数据

对注水站发生运行的数据及发生的事故等历史数据，该系统均可以保留下来，便于以后的查询，而且设备运行的时间也可以有效统计，使设备在维修时有可靠的依据。

3 技术产生的经济效果

3.1 机泵运行更安全

对于注采设备而言，最重要的就是安全。一般一台注水机泵的价值超过了50万元，如果有事故发生，则带来的经济损失是无可估量的。通过使用注水站自动化监控系统，可以使注水站的值班人员更快速地掌握设备运行的实际数据。

3.2 注水单耗大大降低，经济效益有效增加

系统主要是通过可编程组态软件，且采用了系统压力自建闭环调控的方法，从而使设备运行的自动调控实现[3]。基于机泵的安全运行，快速有效地对注水动态的变化进行调整，从而使泵始终运行于最佳经济区域，弥补了由于未进行及时调整而出现的节流增大损失与阀门开度减少等的情况，使注水单耗得到了有效的降低，增加了经济效益。

3.3 设备磨损减小，工人劳动强度降低

泵阀启闭的调节主要是变频器，可以平缓地开启，使泵阀的使用期限延长[4]。整个注水站的机泵设备都是全方位的监测保护，弥补了由于外界因素使突然损坏设备，此外，系统完善的数据监测功能与调控功能，能够让各岗位上的工人直观了解全站的运行情况，根本不用人工采集数据与调整，使工人的劳动强度大大降低。

4 结语

通过采用该注水自动化监控系统，不仅达到了机组参数与注水工艺参数远程控制与检测的目标，而且数据的传输更可靠、精确，操作人员的数量也明显减少，劳动强度也大大降低。该系统的自动调节使泵的效率增强，机组的损耗减少，较之于人工控制，系统节能超过了5%，使二次的采油成本降低，这对于有效挖掘老油田与油田注水系统自动化的发展创造了有利的条件。

参考文献

[1] 漆峰.油田注水全自动监控系统的优化设计[J]. 知识经济. 2009（18）：112-113