简述中小型泵站自动控制的设计要点

简述中小型泵站自动控制的设计要点
摘要：阐述了自动控制系统在中小型泵站应用的必要性，介绍了中小型泵站自动控制系统的设计的方法及要点。

关键词：计算机监控系统；监视；测量；控制；保护；管理
中图分类号：g623.58 文献标识码：a 文章编号：
0引言
泵站在防洪、排涝和抗旱减灾，以及工农业用水和城乡居民生活供水等方面发挥着重要作用。

另外，泵站为耗能大户，节能问题一样重要。

因此，泵站的经济运行和优化管理就显得尤为重要。

泵站自动化改造是利用现代科学技术武装泵站，大幅度提高泵站现代化管理水平的重要举措。

如何将泵站自动化工作做好，真正发挥现代科学技术的作用是摆在我们面前的一个重要的现实问题。

一、系统设计原则及结构
1.系统组成
泵站自控系统的硬件组成
现场级控制柜和仪器仪表
中小型泵站的自动控制是集监视、测量、控制、保护、管理等于一体的计算机综合自动化系统和网络系统。

为实现泵站内各个水泵的统一调度、自动化运行、水文监测、数据记录、运行日志统计、安全生产管理、水量的合理分配，按无人值班、少人值守的综合自动化原则进行设计，采用分层分布式结构，共设为两层，即主控层和现地控制层。

主控层,它由一台工业控制计算机、语音报警设备、ups电源、a3喷墨打印机、网络交换机、防洪闸启闭机房、35kv配电室、清污机闸等主要的网络连接设备组成；主要完成对整个泵站各个设备的实时控制和调节、运行过程监视、调度安排、数据记录和处理、故障诊断、与上级部门通讯等功能。

整个系统的网络结构如下图：
现地控制层由plc控制单元、数据采集终端组成；其中，plc控制单元主要负责接收采集终端上传的各类数据、分类管理、事故记录及追忆、下达主控层的控制指令、完成对现场各个设备及采样点的数据收集及处理，并向受控设备发送指令等；数据采集终端由现地设备的状态反馈接点、传感器、变送器等设备组成，负责采集泵站的设备运行状态参量、事故量，并将其上传至控制单元。

现以一座装机台数为3台，电压等级10kv的高压电机的中小型排涝泵站为例，简单叙述中小型泵站的计算机监控自动化系统的设计要点。

2.监控（视）对象
计算机监控系统监控对象主要有：3台主机组、主变压器、站用变压器、35kv和10kv配电设备、10kv电容器补偿装置、油压系统、排水系统、供水系统、压缩空气系统、防洪闸门、清污机闸、叶片调节装置、直流电源系统等。

自动监测系统监测对象主要有：泵站上、下游水位，单泵机组进、出口流及扬程；工程运行时的扬压力及土压力等。

视频监视系统、监视对象有：中控室、机组联轴层、电机层、直流电源室、电容器补偿装置室、
3.设计原则
计算机监控系统：
计算机监控为主、常规设备监控为辅，做到技术先进、安全可靠、经济实用。

系统充分保证选用不同计算机时的可操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。

系统应能对各操作命令进行校核和记录，并具有检查被控对象的状态是否满足相应条件的功能。

工程安全自动监测系统：
系统的软、硬件采用国内成熟的产品，相同监测类型的仪器应统一。

监测仪器和监控系统的性能应可靠且稳定，可维护性好，易于扩展。

能实时显示各监测点的数据，并作出趋势分析。

二、现地控制层级设计
1.机组lcu
机组lcu的主要任务是实现对主机组、励磁系统、断流装置、制动系统、润滑系统、冷却系统等的运行数据进行采集和处理，同时监控主电机的运行参数，以对其进行控制和电气保护。

机组lcu设置3台，每台lcu控制1台套机组。

机组lcu柜的核心设备为plc，并配套10〃液晶触摸屏、开出中间继电器、按钮、信号灯、开关电源等。

1.2 lcu功能
在正常运行状态下，机组lcu具备以下功能：
实时采集和处理泵机组的电气模拟量、非电模拟量、状态量、泵机组过程量等数据，出现异常情况时同时启动现地和中控室内的音响报警，并明示故障设备和故障类型；
实现对泵机组的联锁顺序控制，包括机组润滑系统、励磁系统、冷却系统、制动系统、出线柜断路器的合、分，泵机组的启、停等；具有限制非法操作者的软、硬件多重闭锁功能；
通过触摸屏可监测机组运行参数。

在获得授权的情况下，可通过液晶触摸屏或按钮实现机组的正常启、停，出现异常情况时能做到紧急停机；
及时将前述的各项数据上传至主控级，并接受主控级发出的指令作出相应的动作；
实现自诊断和自恢复。

2.公用lcu
泵站公用设备lcu监控的对象主要包含35kv进线断路器、主变压器、站用变压器、主变及站变高低压侧断路器、10kv进线断路器、10kv补偿电容器柜、0.4kv侧进线开关、重要馈电回路开关等。

公用lcu设1台。

公用设备lcu柜的核心设备为plc，并配套10“液晶触摸屏、开出中间继电器、按钮、信号灯、开关电源等。

2.2 lcu功能
在正常运行状态下，泵站公用lcu具备以下功能：
实时采集和处理公用设备的电气模拟量、非电气模拟量、机械保护量、报警信号、开关量和过程量等数据，对变电站各主要公用电气设备状态进行判断，并上传至中控室，出现异常情况时同时启动现地和中控室内的音响报警，并明示故障设备和故障类型；
具有限制非法操作者的软、硬件多重闭锁功能；
通过触摸屏可监测各公用设备运行状态参数。

在获得授权的情况下，可通过触摸屏或按钮实现各公用设备的正常启、停或闭、合等操作；
实现自诊断和自恢复。

3.3防洪闸门lcu
防洪闸为2孔，设置1台lcu。

3.1 主要设备配置
防洪闸门lcu柜的核心设备为plc，并配套断路器、交流接触器、热继电器、电流互感器、10“液晶触摸屏、开出中间继电器、按钮、信号灯、开关电源等。

3.2 lcu功能
正常运行情况下，防洪闸门lcu具备以下功能：
实时采集和处理闸门开度、闸门电机运行参数、控制闸门上升或下降的接触器状态、闸门行程开关状态、电机保护装置状态等数据，出现异常情况时同时启动现地和中控室内的音响报警装置，并明示故障设备和故障类型；
具有限制非法操作者的软、硬件多重闭锁功能；
通过触摸屏可监测闸门电机运行参数。

在获得授权的情况下，可通过液晶触摸屏或按钮实现闸门的正常升、降，出现异常情况时能做到紧急停机；
及时将前述的各项数据上传至主控级，并接受主控级发出的指令作出相应的动作；
实现自诊断和自恢复。

4.清污机lcu
清污机lcu的监控对象是设置在本工程进水侧的清污机，设置1台lcu。

4.1 主要设备配置
清污机lcu柜lcu。

清污机lcu柜的核心设备为plc，并配套断路器、交流接触器、热继电器、电流互感器、10“液晶触摸屏、开出中间继电器、按钮、信号灯、开关电源等。

4.2 lcu功能
正常运行情况下，清污机lcu具备以下功能：
实时采集和处理各拦污栅上、下游侧的水位差，达到设定条件时
自动起、停清污机，出现异常情况时同时启动现地和中控室内的音响报警装置，并明示故障设备和故障类型；
具有限制非法操作者的软、硬件多重闭锁功能；
通过触摸屏可监测清污机电机运行参数。

在获得授权的情况下，可通过液晶触摸屏或按钮实现清污机的正常起、停，出现异常情况时能做到紧急停机；
及时将处理后的各项数据上传至主控级，并接受主控级发出的指令作出相应的动作；
实现自诊断和自恢复。

5.自动监测系统现地级设备
泵站水力自动监测系统监测点有：泵站前池、清污机闸前、防洪闸后等处各设置电极式水位计1套，单泵机组进、出口压力计各3只和流量计3只，各传感器均数字信号上传数据，经机组lcu和交换机监控主机。

工程安全自动监测系统设置的监测点有：扬压力（振弦式孔隙水压力计）监测10点，沉降变形测缝计4只，土压力计8只。

与监测点的位置及数量配合，本工程设置2只数据采集单元（dau），按就近原则布置在监测点附近，各dau用屏蔽双绞线联入交换机。

三、网络传输媒介设计
因光纤具有频普范围大，无泄漏信号现象，不受电磁波和高频失真的影响等优点，适合使用在有危险的、高压的或易泄漏信号、干
扰信号很强的场合，故计算机监控系统站内通信媒介采用多模光纤。

安全监测系统中的dau与监测主机间以5类stp实现数据传输。

各传感器与dau间按相关要求以常规电缆连接，并穿钢管保护。

视频监视系统的视频数据采用同轴电缆，报警信息采用5芯电缆传输，控制信号采用双绞线传输。

结束语
综上所述，在泵站的实际运行中，泵站自动化控制流程设计正确与否，实际上是由流程图决定的，所以确定流程图时需要与各个专业进行密切配合，对流程进行必要的补充和修正，使其真正与泵站的实际操作情况相符，从而保证泵站机组的安全运行，泵站自动化设计与泵站自动化改造是利用现代科学技术武装泵站大幅度提高泵站现代化管理水平的重要举措。

通过泵站电气自控制系统和监控系统的设计实现了泵站的集中监控应用。

实现了当今社会信息化、网络化和数字化的发展
善地理环境景观、降低管理人员的工作强度和泵站的噪音对周围居民的影响，提高了人民的生活水平及管理水平。

参考文献
［1］中国市政工程中南设计研究院.给水排水设计手册（第8册）.电气与自控（第二版）649-674.中国建筑工业出版社. ［2］翁思议.自动控制理论.中国电力出版社
［3］毕胜春.电力系统远动及调度自动化.中国电力出版社
［4］张宇辉.电力系统微型计算机继电保护.中国电力出版社。