無人值守泵站自動化技術改造案例
1 泵站自動化技術改造目的
宜興水務集團由氿濱和大賢嶺兩個水廠以橫山水庫為水源向全市人民供水，分為東線和西線。為了實現(xiàn)可靠、連續(xù)、優(yōu)質供水，宜興水務集團下設了東山、新莊、都山、楊巷、洋溪、高塍等16個泵站，保證水壓和水質。為對這16個泵站進行更合理有效地維護，同時可以更好地提高泵站的效率，減少站內(nèi)工作人員的工作強度，集團相關部門在經(jīng)過一系列充分的討論工作后，決定將泵站改造為無人值守泵站。通過對泵站的有序控制，將泵站運行的泵機設備、清水庫水位、壓力、流量、濁度儀、余氯儀等實時信息采集到調(diào)度指揮中心，進行遠程監(jiān)視和控制，在局域網(wǎng)內(nèi)計算機上可通過WEB瀏覽數(shù)據(jù)，使調(diào)度人員對泵站操作做到有的放矢，在全集團范圍實現(xiàn)供水大生產(chǎn)和大調(diào)度的目的。
2 泵站自動化技術改造思路
2.1無人值守泵站自控系統(tǒng)的組成
整個系統(tǒng)分兩部分：遠程控制系統(tǒng)，由PLC主控模塊、電源模塊、開關量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、現(xiàn)場儀表、其他輔助設備以及監(jiān)控工業(yè)組態(tài)軟件組成；遠程監(jiān)視系統(tǒng)，由攝像頭、硬盤錄像機、液晶顯示器和網(wǎng)絡視頻監(jiān)控軟件等組成。兩部分組合為無人值守泵站自控系統(tǒng)，通過光纖在調(diào)度指揮中心實現(xiàn)監(jiān)控泵站的情況和遠程控制泵站的操作。
自控系統(tǒng)的PLC選用AB公司的CompactLogix系列，編程軟件為Rslogix5000，工控組態(tài)軟件為Wonderware Intouch V10.0，系統(tǒng)以Rslinx2.55為OPC實現(xiàn)PLC和組態(tài)軟件Intouch V10.0之間的通信，進行DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換。
監(jiān)視系統(tǒng)的攝像頭選型和硬盤錄像機皆選用國產(chǎn)海康威視的產(chǎn)品，設置IP地址后，通過上位機網(wǎng)絡視頻軟件設置進行監(jiān)視。泵站系統(tǒng)如圖1所示。
（1）數(shù)據(jù)的采集：通過PLC對各種參數(shù)進行采集，如電力參數(shù)AB相電壓、BC相電壓、功率因數(shù)、泵電流等；泵機參數(shù)如運行狀態(tài)、過載狀態(tài)、泵的啟停等；水情況如水壓、水位、流量等；水質監(jiān)測參數(shù)如濁度儀、余氯儀等。
（2）變頻恒壓供水：通過PLC編程，對變頻器進行控制，根據(jù)不同時間段設定供水壓力變頻恒壓，無需人為干涉。
（3）人機界面：各主要畫面的切換可以在調(diào)度指揮中心很直觀地反映各泵站的工況。
（4）水位的控制：通過組態(tài)軟件界面，可實時監(jiān)測清水庫的水位，當達到一定值時，可遠程關閉清水庫的進水閥門，打開自流閥門。
（5）統(tǒng)計和計算：調(diào)度指揮中心可通過壓力監(jiān)測系統(tǒng)查詢每天泵機組的運行時間、調(diào)壓情況、進出水流量的統(tǒng)計等。
（6）視頻監(jiān)控：在泵站的大門口、泵房、低配、清水池、道路等安裝攝像頭，接入硬盤錄像機，在調(diào)度指揮中心可通過網(wǎng)絡視頻軟件實時觀察泵站的情況。
2.3 改造后的控制方式
泵站自動化技改前，不同泵站有不同的操作方式，極不統(tǒng)一，但基本都是由現(xiàn)場的操作工進行手動操作。有的泵站未做恒壓變頻控制系統(tǒng)，需要操作工不時地根據(jù)壓力和流量情況手動調(diào)節(jié)變頻器的頻率來調(diào)壓；有的泵站已做恒壓變頻控制系統(tǒng)，但也需要在不同的時間段通過觸摸屏設置目標壓力；有的泵站根本沒有變頻系統(tǒng)，只是簡單地通過調(diào)節(jié)泵機前端的閥門開大關小來調(diào)壓；也有極少數(shù)的泵站，利用觸摸屏和變頻器（采用RS-485協(xié)議）通信，設置在不同時間段進行不同壓力的恒壓控制。
泵站自動化技改后，對泵站進行統(tǒng)一模式的控制。手動狀態(tài)，通過電位器調(diào)節(jié)變頻器的頻率來調(diào)節(jié)供水壓力。遠程狀態(tài)，有兩種模式，在遠程手動狀態(tài)，可以人為地在不同時間段內(nèi)設置目標壓力，以滿足供水調(diào)度要求；在遠程自動狀態(tài)，則可以預先在工業(yè)組態(tài)軟件上根據(jù)不同的時間段進行設置，泵站的泵機就可以根據(jù)不同時段不同壓力無需人為干預實現(xiàn)全自動運行。
3 改造中的問題和解決方法
（1）設備陳舊老化。
有的泵站的設備年代已久，泵機亟待維護和檢修，泵機后端的水力調(diào)節(jié)閥等都已不能正常使用，需要更換，有的電氣柜內(nèi)的元器件也需要改造更新。針對該情況，對泵站的泵機進行了維護、保養(yǎng)和檢修，對需要更換的元器件和閥門等進行了更換，將清水庫前端的手閥和自流閥門改造為電動閥門，便于接入自控系統(tǒng)進行遠控。
（2）網(wǎng)絡、通信協(xié)議不統(tǒng)一。
有的泵站雖有恒壓變頻控制系統(tǒng)，但供貨廠家不一。觸摸屏有國產(chǎn)的、有進口的；恒壓變頻控制系統(tǒng)有的用西門子S7-200PLC、有的用國產(chǎn)的控制器和觸摸屏、有的則是直接使用變頻器的功能；通信有的采用RS-232、RS-485，有的則采用Profibus通信，通信協(xié)議不一，給改造帶來很大困難。針對該情況，對電氣部分進行了改造，改為統(tǒng)一的TCP/IP模式。
泵站的進水流量、出水流量等通過GPRS上傳，故障率高，傳輸速度也受限制。此次改造將流量、壓力、液位等信號一起接入PLC，通過光纖來通信，在調(diào)度指揮中心統(tǒng)一做DDE來上傳，通過壓力監(jiān)控系統(tǒng)來觀察數(shù)據(jù)。
（3）調(diào)度員的操作技能和故障判斷力有待提高。
無人值守泵站自控系統(tǒng)由調(diào)度指揮中心調(diào)度員進行操作，一旦出現(xiàn)故障，調(diào)度員便無法對系統(tǒng)進行正確的故障判斷，導致系統(tǒng)恢復時間拖延。針對此情況，對調(diào)度員和自控維護人員都進行了系統(tǒng)的培訓，包括如何判斷網(wǎng)絡故障、電氣故障、軟件故障等。
4 運行效果
從2007年至2010年陸續(xù)地對泵站進行了自控系統(tǒng)的改造，分別為新莊、東山、楊巷、都山、洋溪和高塍泵站等。在集團的調(diào)度指揮中心，可遠程對泵站進行監(jiān)視和控制，極大地減輕了泵站操作工的工作強度，真正達到了“少人值守,無人值班”的目標，大大提高了泵站的經(jīng)濟效益。對泵站的自動化技術改造是成功的，還將陸續(xù)對其他泵站如屺亭、萬石、鈕家、新建泵站等實行自動化技術的改造。
盡管泵站自動化達到一定水平,但還有許多不足和需要改進的地方,例如泵站自動化的規(guī)范、標準、自動控制系統(tǒng)和故障自診斷技術的結合等等。
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