無人值守泵站自動化技術(shù)改造案例
1 泵站自動化技術(shù)改造目的
宜興水務(wù)集團(tuán)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(zhì)供水，宜興水務(wù)集團(tuán)下設(shè)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(zhì)。為對這16個泵站進(jìn)行更合理有效地維護(hù)，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(qiáng)度，集團(tuán)相關(guān)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(jī)設(shè)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(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，在局域網(wǎng)內(nèi)計算機(jī)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(tuán)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(shù)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)，由PLC主控模塊、電源模塊、開關(guān)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(shè)備以及監(jiān)控工業(yè)組態(tài)軟件組成；遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)，由攝像頭、硬盤錄像機(jī)、液晶顯示器和網(wǎng)絡(luò)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(yuǎn)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(jìn)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(jī)皆選用國產(chǎn)?？低暤漠a(chǎn)品，設(shè)置IP地址后，通過上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)視頻軟件設(shè)置進(jìn)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(jìn)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(jī)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(zhì)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(jìn)行控制，根據(jù)不同時間段設(shè)定供水壓力變頻恒壓，無需人為干涉。
（3）人機(jī)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(dāng)達(dá)到一定值時，可遠(yuǎn)程關(guān)閉清水庫的進(jìn)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(jī)組的運行時間、調(diào)壓情況、進(jìn)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(jī)，在調(diào)度指揮中心可通過網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(shè)置目標(biāo)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(jī)前端的閥門開大關(guān)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(shè)置在不同時間段進(jìn)行不同壓力的恒壓控制。
泵站自動化技改后，對泵站進(jìn)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(yuǎn)程狀態(tài)，有兩種模式，在遠(yuǎn)程手動狀態(tài)，可以人為地在不同時間段內(nèi)設(shè)置目標(biāo)壓力，以滿足供水調(diào)度要求；在遠(yuǎn)程自動狀態(tài)，則可以預(yù)先在工業(yè)組態(tài)軟件上根據(jù)不同的時間段進(jìn)行設(shè)置，泵站的泵機(jī)就可以根據(jù)不同時段不同壓力無需人為干預(yù)實現(xiàn)全自動運行。
3 改造中的問題和解決方法
（1）設(shè)備陳舊老化。
有的泵站的設(shè)備年代已久，泵機(jī)亟待維護(hù)和檢修，泵機(jī)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(jī)進(jìn)行了維護(hù)、保養(yǎng)和檢修，對需要更換的元器件和閥門等進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)控。
（2）網(wǎng)絡(luò)、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(jìn)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(jìn)行了改造，改為統(tǒng)一的TCP/IP模式。
泵站的進(jìn)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(jìn)行操作，一旦出現(xiàn)故障，調(diào)度員便無法對系統(tǒng)進(jìn)行正確的故障判斷，導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)時間拖延。針對此情況，對調(diào)度員和自控維護(hù)人員都進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)，包括如何判斷網(wǎng)絡(luò)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(jìn)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(tuán)的調(diào)度指揮中心，可遠(yuǎn)程對泵站進(jìn)行監(jiān)視和控制，極大地減輕了泵站操作工的工作強(qiáng)度，真正達(dá)到了“少人值守,無人值班”的目標(biāo)，大大提高了泵站的經(jīng)濟(jì)效益。對泵站的自動化技術(shù)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(shù)的改造。
盡管泵站自動化達(dá)到一定水平,但還有許多不足和需要改進(jìn)的地方,例如泵站自動化的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、自動控制系統(tǒng)和故障自診斷技術(shù)的結(jié)合等等。
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