关于城市排水泵站实施自动化控制的建议

关于城市排水泵站实施自动化控制的建议

摘要:本文针对国内一些城市排水泵站自动化程度不高导致效率低下的问题,对城市排水泵站的自动控制系统提出了一些建议,认为城市排水泵站应该采用计算机为核心的控制系统进行自动控制,并指出自动控制系统应使泵站进行组合优化运行以达到节能增效的目的,同时系统应具有远程监控功能以便于调度管理。

关键词:城市排水泵站自动控制PLC

城市排水泵站是城市排水与防洪的重要设施,但国内一些泵站从控制和管理角度来看还比较落后,泵站内设备靠人工操作(比如由人工测报水位和流量、人工开停机等),有的也只是采用了常规的继电器控制等简单方法。有些城市,其分散的泵站之间缺少信息上的有机联系,泵站控制和管理没有形成区域化网络,调度管理缺乏可靠的自动化手段,在汛期甚至不能发挥协同排水、及时除涝的作用。为了提高城市排水泵站的管理水平和运行的可靠性、经济性、科学性,排水泵站有必要采用以PLC为核心的自动控制系统以实行自动化运行,进行统一调度监控管理,从而在城市防汛指挥和日常排水调度管理工作中能及时、准确、可靠地掌握有关信息,科学、及时、准确地调度涵闸、泵站设施,使之协调、正常工作。

1 城市排水泵站控制系统的基本要求

自动控制生产过程中值班人员不直接参与控制,只需对整个装置

巡视、维修、调试。城市排水泵站控制系统由检测部分、控制部分、执行部分等几部分组成。为了使系统正常工作,应满足以下基本要求:(1)系统要有抗干扰措施,控制信号线采用屏蔽双绞线且屏蔽层、设备外壳要可靠接地。(2)为了保证设备正常工作,建议采用双电源供电。虽然规范上没有要求泵站一定要双电源供电,但作为城市排水泵站这样重要的设施,一旦停电失去功能将严重影响城市生产生活。(3)水泵控制盘应具有就地和远程控制功能,在控制回路中两种功能完全独立工作,通过方式选择开关来选择工作方式,一旦自动控制系统故障就能脱机手动运行。(4)建议采用软启动装置启动电机,降低对电闸、水泵及电机的冲击。(5)城市排水泵站必须是实时控制,即数据采集、决策、控制不断重复,使整个系统按给定规律工作、对被控参数与设备监督以及故障报警或保护。(6) 排水泵站应具有很好的接地和防雷措施。

(7)系统无功补偿采用就地分散自动补偿方式。

2 采用可编程序控制器(PLC)是实现泵站自动控制的有效方法

PLC是一种以微处理器为核心进行数字运算操作的系统,是一种用于控制的特殊计算机,因此PLC的基本组成与一般微型计算机系统相似。其硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入输出单元、通信接口、扩展接口、电源组成,其软件由系统程序和用户程序组成,系统程序由厂商写入,用户不能直接读写、修改,用户程序由用户用PLC 编程语言根据控制要求编写。和常规硬件电路控制系统相比,其采用

“可编程”的PLC代替了继电器电路,也就是用程序(软件)代替了继电器控制电路的机械“触点”控制,PLC就相当于是各种“软继电器”。采用PLC对整个泵站实现自动化监控,根据水位、泵的状态等工况自动投切。和常规单纯继电器控制相比,PLC有以下优点:可靠、抗干扰,控制动作速度快、精度高,不会拒动、误动,灵活性、可扩展性好,体积小、重量轻、能耗低、元件少、维护工作量少,编程、参数整定和修改、安装维护及使用都很方便,功能完善且具有自诊断故障的功能,通用性强。因此,在现场控制层面以PLC为控制核心来控制泵站各设备是一种理想的方法。

3 城市排水泵站自动控制系统应使水泵组合优化运行

目前,有的排水泵站仍使用多台定速泵排水方式。问题是城市排水泵站进水量变化大,这种方式效率低,水泵机组启停频繁,主回路接触器的寿命、泵的寿命以及电机发热和寿命都会出现问题。况且即使设计上认真考虑了水池调蓄容积和机组容量搭配,在运转时也会失调,不能有效控制进水位在警戒线以内,甚至导致上游低洼区排水难而积水或下游井跑水问题。为了改善上述状况,建议采用PLC控制的变速与定速水泵组合运行的方式,即根据集水池进水流量优化控制水泵,使水池进、出流量基本相等,这样既可以保持水位稳定,又可以降低能耗,提高自动化程度,减少对设备及电网的危害,并使水泵在高效区运行,对节电、减少管路淤泥以及防止低洼地区冒水具有良好效果。变速系

统采用PLC控制,由仪表测量的水位、水量等参数及各种故障信号传送给PLC,PLC输出的启停水泵信号经接口连接器、寄存器及继电器驱动后自动控制水泵启停。控制手段是由主回路接触器的通断使运行的水泵台数增减,设计时要注意水泵之间的自动换车,使之运行时间均衡。水泵发生故障时,系统自动切除故障泵、启动备用泵并报警。软件设计方面建议以集水池水位计给出的测定值作为控制运行的直接参数,以进水位换算的来水量和进出水位相减的高差作为间接参数,并用流量计核对,即既要考虑集水池水位,又要考虑到其水位变化率。通过对水位差的检测,自动循环投入各台泵,使每台泵都能处于工作状态。控制原则是使水泵排水量跟随进水量的变化,保持泵站进出水量平衡(保持某一范围的水位)的条件下自动进行水泵启停、电机转速调节等操作,使水泵在高效点工作。

4 城市排水泵站自动控制系统应具有远程监控功能

远程监控是通过有线(电话网、光缆等)或无线通讯网络作为远程数据传输通道,由设在远处的监视控制盘发出对全市多个泵站设备的状态、动作监视和操作指令以实现分布式监控和集中管理。实施远程自动监控是城市各泵站自动化集成的必然结果和要求。其要求实现对全市排水系统运行过程中各监控点(涵闸、泵站设备)的水位、流量、雨量、电流、电压、开机台数、设备运行状态等数据进行实时自动采集、网络传输、存储、统计汇总,从而能进行远程监视和远程诊断,同

时对各泵站的水泵、阀门等设备实现实时自动远程控制,迅速为城市排水管理部门提供准确、可靠的决策依据,使排水管理、汛期排涝控制走向信息化、自动化、网络化的科学轨道,从而提高城市排水调度管理水平。

5 结语

城市排水泵站采用计算机为核心的自动控制系统后,将真正实现无人化值守、统一调度监控管理,这将大大提高工作效率,减少运行成本,使日常排水调度管理工作过程能及时、准确、可靠地掌握水情信息,科学、及时、准确地调度泵站设施,使之协调、正常工作,确保城市排水系统高效正常运行、汛期安全度汛,从而保障人们生产生活的正常秩序。

参考文献

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[2]刘自放,等.给水排水自动控制与仪表[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[3]张志军.优化城市排水系统运行的改进措施[J].亚洲给水排水,2008(5/6).