泵站信息化管理、泵站信息化
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监控中心
GPRS 网络 工艺参数 加压泵 GP百度文库S 网络
主监控终端
RS485 电缆
现场控制要求： 多口水源井给蓄水罐供水，蓄水罐中的水再由加压泵组加压 对外供出。所有水源井根据蓄水罐水位变化的趋势（由于加压泵出水不规则）能 自动控制潜水泵的启、停，且自动调整水泵启动个数，使每口水源井均衡用水， 保证地下水位平稳和延长潜水泵的使用寿命， 保持储水罐水位始终在一个标准值 范围内，并支持水位超限报警、水池过低时自动关停所有加压泵。
如果采集时间没到 T1，则对采集的水位值求和，并计算采集次数 n，根 据采集次数计算水位值的平均值； 如果采集时间大于 T1，则始终对 T1 内的所有水位值求平均值。即每次
采集到新水位值时， 水位值的和减去上一次的水位平均值， 再加上新水位值； 采集次数 n 不变，之后计算水位值的平均值。 (2) 计算当前水位变化值△L 计算出当前水位值后进行备份 Lbak = L，之后每隔 T2 时间取一次当前水 位值，并计算当前水位变化值△L。 △L = L - Lbak △L > 0 表示水位处于上升趋势； △L < 0 表示水位处于下降趋势。 (3) 计算需求流量 △Q =△L*S/ T2*3600; △L:上一步求得的结果。 S:水池底面积。 T2:取水位的间隔时间。 最后把计算结果*3600 转换成每个小时的需求流量。 3.2 水池水位控制策略 系统根据水池状态进行开关泵动作，实现对水池水位的控制。 (1) 水位下降
关键词：水源井、给水泵站、泵站改造、无人值守、自控逻辑
1、 项目背景 华北油田廊坊万庄矿区的生活小区有常驻人口 8 万人、板式楼房 100 余座， 小区内的生活用水分别由分布在小区东、南、西、北的 4 个给水泵站供给。4 个 泵站均采用人工值守的工作方式， 由 32 名工人 24 小时轮流值班， 管理成本极高。 为了减少泵站运营费用， 管理部门要求将所有泵站改造成为无人值守自动运 行泵站，希望仅配置少量设备维护人员即可保障泵站的正常运行。 2、设计思路及改造要求 首先要解决的就是数据传输问题， 即将所有泵站的数据集中至中控室计算机， 以便于远程监控。考虑到小区占地面积比较大，如果采用光纤传输，布线、施工 难度大且时间长、费用高。鉴于生活小区内手机信号比较好，采用 GPRS 传输完 全能够满足数据实时传输的要求，且改造速度快、成本低，最终确定采用 GPRS 的传输方式。 其次要解决的是给水泵站无人值守改造， 需要解决大量现场设备的控制顺序、
Abstract: the paper mainly introduces the design and realization for unattended water-pumping stations, summarizes the auto-control logic of several water-pumps supply water for one water storage tank. It provides a new thought for this kind of pump stations’ automation.
3.3 超调量 超调量是指需要开关泵调控水位时，除了要抵消△Q 外，要增加水位调控的 速度而额外增加的流量或者开关泵数： △Q1=△Q+对应水位的超调量 采用查表法实现，下表是一个表样例。
序号 1 2 3 4 5 6 高水位（米） 100 3 2 1.3 1 0.5 低水位（米） 3 2 1.3 1 0.5 -100 超调量（吨/小时） 0 0 50 100 150 200
关泵的数量与时机。因此准确及时地计算△Q 值，是水池逻辑控制的核心。 △Q 根据水位信息、时间信息及各种设定参数，遵循一套水位控制策略计算 得来。
当前水位 期望水位 期望水位变化值Δ 水罐底面积 S 水罐逻辑
水位报警上限 水位报警上上限 水位报警下限 水位报警下下限
输出
ΔQ-需求流量 ΔL2-当前水位与期望水位的差值
4、改造效果 四个供水泵站经过以上逻辑改造，已经完全符合无人值守泵站的要求，即无 论在供水高峰期或低峰期，水罐水位都能够保证在期望范围内。主、子监控终端 根据水罐水位智能控制水源井的启动个数及运行时间， 避免水源井频繁启动造成 的泵损坏和加压泵空转现象的发生，提高水泵运行能效、节约电能，完美实现了
供水设备的自动化运行和给水泵站的无人值守管理。 4 个给水泵站改造至今已近 2 年的时间， 整套系统运转良好、 经济效益显著。 2 年内共发生过两次故障，均为继电器故障，监控中心及时获得了报警信息，故 障得以迅速解决。泵站经过无人职守改造后，现场去掉了值班人员 29 人、增加 了维护人员 2 人，大幅度降低了泵站运营成本并提高了故障响应速度。 自 2014 年以来，该套泵站自控逻辑先后又在山西、甘肃、内蒙等地的多处 泵站改造项目中得到运用，系统运转稳定、可靠，效果大大超出预期，得到了用 户的一致好评。
3、控制逻辑总体结构设计
进口流量 N 口水源井
蓄水罐 水位上上限 水位上限
水源井水位 泵累计运行时间 泵状态 水源井流量
期望水位 水位下限 水位下下限 出口流量
水源井自动供水系统分为 2 部分，分别为蓄水罐端和水源井端。蓄水罐端主 要采集水罐水位， 并设定期望水位值、 期望水位变化值△、 水位报警的 4 个限值， 根据当前水位的状态及水位变化值计算出需求流量， 当水位过低时自动关停加压 泵组。 水源井端主要采集水源井水位、 水源井流量、 泵状态、 泵的累计运行时间， 并根据水泵状态及运行时间进行选泵，再根据水池端输出的需求流量进行控泵。 3.1 计算需求流量△Q 系统定时计算，得到水池需加减的瞬时流入量值△Q，从而得到精确控制开
站外水源井
蓄水罐
恒压供至管网 站内水源井 加压泵组
改造思路：在加压泵组控制室安装主监控终端，用来采集水池液位、管网流 量、管网压力并自动控制加压泵组的运行。在站内、站外水源井处分别安装子监 控终端， 每个子监控终端监控一台水源井。站内子监控终端采用串口电缆与主监 控终端连接，站外子监控终端通过 GPRS 网络与主监控终端联网。泵站控制逻辑 均由主监控终端来处理。 主监控终端内采用逻辑控制器 DATA-7301，该控制器接口丰富、I/O 扩展方 便。逻辑控制器的 RS485 串口有 3 个，第一路连接一台 DATA-6106 GPRS 模块， 且设置为 A 型， 可同时与监控中心以及站外水源井子监控终端通信； 第二路连接 站内水源井子监控终端；第三路预留。同时，逻辑控制器通过 CAN 总线连接 3 台 I/O 扩展模块（DATA-7302） ，分别控制 3 台变频加压泵。 泵站监控框架图：
无人值守泵站工艺逻辑设计及应用
（The work logic design and applications for unattended water-pumping stations）
姚妍彬、庞传龙、卢成伟、张晓华 （唐山市水务信息化工程技术研究中心，河北 唐山 063020）
摘要：结合实例阐述了无人值守泵站的设计思路和实现方法，重点总结了多口水 源井为蓄水罐补水的自控逻辑设计， 为此类给水泵站的自动化改造提供了新思路。
逻辑以及各种故障自动处理机制。这些问题在有人员值班的时候很容易解决，一 旦人员全部撤离后，如何保证泵站的正常运行就比较困难。 给水泵站现场概况：泵站内水源采自地下水，每个泵站均有 1-3 口水源井提 供水源。多数水源井分布在站内，个别水源井离泵站较远。给水泵站内安装地上 蓄水罐 1-5 个， 容量不一 （大的蓄水罐容积 700m3、 小的蓄水罐容积为 300 m3） ， 蓄水罐底部通过管道连通，罐内水位变化一致。站内另安装有 3 台加压泵，将蓄 水罐内的水变频恒压输送至小区给水管网。工艺示意图如下：
即发生水位线触碰期望水位下限后，系统进入控制状态，以确保水池水 位持续上升。直到水位触碰期望水位，解除控制。 在该控制阶段，定时进行逻辑运算，控制开泵操作，使水位持续上升。 此过程中，只执行开泵动作，不执行关泵动作。 (2) 水位上升
即发生水位线触碰期望水位上限后，系统进入控制状态，以确保水池水 位持续下降。直到水位触碰期望水位，此时结束控制。 在该控制阶段，定时进行逻辑运算，控制关泵，使水位持续下降。此过 程中，只执行关泵动作，不执行开泵动作。 此过程控制目标：保持水位处于持续下降趋势。
水罐逻辑输入、输出示意图
水池需加减的瞬时流入量值△Q 的运算过程如下： (1) 计算当前水位值 L 当前水位值需要进行滤波处理，设定水位滤波间隔 T1。 每个采集周期 t 采集 1 个水位值 Li，在 T1 时间内对采集到的所有水位值 求平均值。
n ∑ Li T1 i =1 , 如果n < n t L = n ∑ Li − L + Li +1 T1 i =1 , 如果 n = n t
GPRS 网络 工艺参数 加压泵 GP百度文库S 网络
主监控终端
RS485 电缆
现场控制要求： 多口水源井给蓄水罐供水，蓄水罐中的水再由加压泵组加压 对外供出。所有水源井根据蓄水罐水位变化的趋势（由于加压泵出水不规则）能 自动控制潜水泵的启、停，且自动调整水泵启动个数，使每口水源井均衡用水， 保证地下水位平稳和延长潜水泵的使用寿命， 保持储水罐水位始终在一个标准值 范围内，并支持水位超限报警、水池过低时自动关停所有加压泵。
如果采集时间没到 T1，则对采集的水位值求和，并计算采集次数 n，根 据采集次数计算水位值的平均值； 如果采集时间大于 T1，则始终对 T1 内的所有水位值求平均值。即每次
采集到新水位值时， 水位值的和减去上一次的水位平均值， 再加上新水位值； 采集次数 n 不变，之后计算水位值的平均值。 (2) 计算当前水位变化值△L 计算出当前水位值后进行备份 Lbak = L，之后每隔 T2 时间取一次当前水 位值，并计算当前水位变化值△L。 △L = L - Lbak △L > 0 表示水位处于上升趋势； △L < 0 表示水位处于下降趋势。 (3) 计算需求流量 △Q =△L*S/ T2*3600; △L:上一步求得的结果。 S:水池底面积。 T2:取水位的间隔时间。 最后把计算结果*3600 转换成每个小时的需求流量。 3.2 水池水位控制策略 系统根据水池状态进行开关泵动作，实现对水池水位的控制。 (1) 水位下降
关键词：水源井、给水泵站、泵站改造、无人值守、自控逻辑
1、 项目背景 华北油田廊坊万庄矿区的生活小区有常驻人口 8 万人、板式楼房 100 余座， 小区内的生活用水分别由分布在小区东、南、西、北的 4 个给水泵站供给。4 个 泵站均采用人工值守的工作方式， 由 32 名工人 24 小时轮流值班， 管理成本极高。 为了减少泵站运营费用， 管理部门要求将所有泵站改造成为无人值守自动运 行泵站，希望仅配置少量设备维护人员即可保障泵站的正常运行。 2、设计思路及改造要求 首先要解决的就是数据传输问题， 即将所有泵站的数据集中至中控室计算机， 以便于远程监控。考虑到小区占地面积比较大，如果采用光纤传输，布线、施工 难度大且时间长、费用高。鉴于生活小区内手机信号比较好，采用 GPRS 传输完 全能够满足数据实时传输的要求，且改造速度快、成本低，最终确定采用 GPRS 的传输方式。 其次要解决的是给水泵站无人值守改造， 需要解决大量现场设备的控制顺序、
Abstract: the paper mainly introduces the design and realization for unattended water-pumping stations, summarizes the auto-control logic of several water-pumps supply water for one water storage tank. It provides a new thought for this kind of pump stations’ automation.
3.3 超调量 超调量是指需要开关泵调控水位时，除了要抵消△Q 外，要增加水位调控的 速度而额外增加的流量或者开关泵数： △Q1=△Q+对应水位的超调量 采用查表法实现，下表是一个表样例。
序号 1 2 3 4 5 6 高水位（米） 100 3 2 1.3 1 0.5 低水位（米） 3 2 1.3 1 0.5 -100 超调量（吨/小时） 0 0 50 100 150 200
关泵的数量与时机。因此准确及时地计算△Q 值，是水池逻辑控制的核心。 △Q 根据水位信息、时间信息及各种设定参数，遵循一套水位控制策略计算 得来。
当前水位 期望水位 期望水位变化值Δ 水罐底面积 S 水罐逻辑
水位报警上限 水位报警上上限 水位报警下限 水位报警下下限
输出
ΔQ-需求流量 ΔL2-当前水位与期望水位的差值
4、改造效果 四个供水泵站经过以上逻辑改造，已经完全符合无人值守泵站的要求，即无 论在供水高峰期或低峰期，水罐水位都能够保证在期望范围内。主、子监控终端 根据水罐水位智能控制水源井的启动个数及运行时间， 避免水源井频繁启动造成 的泵损坏和加压泵空转现象的发生，提高水泵运行能效、节约电能，完美实现了
供水设备的自动化运行和给水泵站的无人值守管理。 4 个给水泵站改造至今已近 2 年的时间， 整套系统运转良好、 经济效益显著。 2 年内共发生过两次故障，均为继电器故障，监控中心及时获得了报警信息，故 障得以迅速解决。泵站经过无人职守改造后，现场去掉了值班人员 29 人、增加 了维护人员 2 人，大幅度降低了泵站运营成本并提高了故障响应速度。 自 2014 年以来，该套泵站自控逻辑先后又在山西、甘肃、内蒙等地的多处 泵站改造项目中得到运用，系统运转稳定、可靠，效果大大超出预期，得到了用 户的一致好评。
3、控制逻辑总体结构设计
进口流量 N 口水源井
蓄水罐 水位上上限 水位上限
水源井水位 泵累计运行时间 泵状态 水源井流量
期望水位 水位下限 水位下下限 出口流量
水源井自动供水系统分为 2 部分，分别为蓄水罐端和水源井端。蓄水罐端主 要采集水罐水位， 并设定期望水位值、 期望水位变化值△、 水位报警的 4 个限值， 根据当前水位的状态及水位变化值计算出需求流量， 当水位过低时自动关停加压 泵组。 水源井端主要采集水源井水位、 水源井流量、 泵状态、 泵的累计运行时间， 并根据水泵状态及运行时间进行选泵，再根据水池端输出的需求流量进行控泵。 3.1 计算需求流量△Q 系统定时计算，得到水池需加减的瞬时流入量值△Q，从而得到精确控制开
站外水源井
蓄水罐
恒压供至管网 站内水源井 加压泵组
改造思路：在加压泵组控制室安装主监控终端，用来采集水池液位、管网流 量、管网压力并自动控制加压泵组的运行。在站内、站外水源井处分别安装子监 控终端， 每个子监控终端监控一台水源井。站内子监控终端采用串口电缆与主监 控终端连接，站外子监控终端通过 GPRS 网络与主监控终端联网。泵站控制逻辑 均由主监控终端来处理。 主监控终端内采用逻辑控制器 DATA-7301，该控制器接口丰富、I/O 扩展方 便。逻辑控制器的 RS485 串口有 3 个，第一路连接一台 DATA-6106 GPRS 模块， 且设置为 A 型， 可同时与监控中心以及站外水源井子监控终端通信； 第二路连接 站内水源井子监控终端；第三路预留。同时，逻辑控制器通过 CAN 总线连接 3 台 I/O 扩展模块（DATA-7302） ，分别控制 3 台变频加压泵。 泵站监控框架图：
无人值守泵站工艺逻辑设计及应用
（The work logic design and applications for unattended water-pumping stations）
姚妍彬、庞传龙、卢成伟、张晓华 （唐山市水务信息化工程技术研究中心，河北 唐山 063020）
摘要：结合实例阐述了无人值守泵站的设计思路和实现方法，重点总结了多口水 源井为蓄水罐补水的自控逻辑设计， 为此类给水泵站的自动化改造提供了新思路。
逻辑以及各种故障自动处理机制。这些问题在有人员值班的时候很容易解决，一 旦人员全部撤离后，如何保证泵站的正常运行就比较困难。 给水泵站现场概况：泵站内水源采自地下水，每个泵站均有 1-3 口水源井提 供水源。多数水源井分布在站内，个别水源井离泵站较远。给水泵站内安装地上 蓄水罐 1-5 个， 容量不一 （大的蓄水罐容积 700m3、 小的蓄水罐容积为 300 m3） ， 蓄水罐底部通过管道连通，罐内水位变化一致。站内另安装有 3 台加压泵，将蓄 水罐内的水变频恒压输送至小区给水管网。工艺示意图如下：
即发生水位线触碰期望水位下限后，系统进入控制状态，以确保水池水 位持续上升。直到水位触碰期望水位，解除控制。 在该控制阶段，定时进行逻辑运算，控制开泵操作，使水位持续上升。 此过程中，只执行开泵动作，不执行关泵动作。 (2) 水位上升
即发生水位线触碰期望水位上限后，系统进入控制状态，以确保水池水 位持续下降。直到水位触碰期望水位，此时结束控制。 在该控制阶段，定时进行逻辑运算，控制关泵，使水位持续下降。此过 程中，只执行关泵动作，不执行开泵动作。 此过程控制目标：保持水位处于持续下降趋势。
水罐逻辑输入、输出示意图
水池需加减的瞬时流入量值△Q 的运算过程如下： (1) 计算当前水位值 L 当前水位值需要进行滤波处理，设定水位滤波间隔 T1。 每个采集周期 t 采集 1 个水位值 Li，在 T1 时间内对采集到的所有水位值 求平均值。
n ∑ Li T1 i =1 , 如果n < n t L = n ∑ Li − L + Li +1 T1 i =1 , 如果 n = n t