淺析泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

摘要：基于泵站對(duì)我國(guó)水利及水務(wù)事業(yè)的重要性，文章以城市供水行業(yè)大型泵站為對(duì)象，分析了泵站自動(dòng)化技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展需求，從管控一體化、系統(tǒng)自診斷、運(yùn)行信息實(shí)時(shí)化管理等方面展望了泵 站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：大型輸配水泵站；自動(dòng)化技術(shù)；城市供水；管控一體化；運(yùn)行信息管理

0 前言

大型輸配水泵站是我國(guó)城市供水行業(yè)重要的工程設(shè)施，是輸供水的動(dòng)力來(lái)源，承擔(dān)著為城市及地區(qū)供水的重任，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)大型供水泵站自動(dòng)化技術(shù)也已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了集散控制，并向著測(cè)量、控制、管理一體化方向發(fā)展。

1 泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)

數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)是整個(gè)泵站信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要承擔(dān)著泵站信息的采集和數(shù)據(jù)處理功能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制單元來(lái)采集泵站日常運(yùn)行過(guò)程中的各類(lèi)電氣量信息（電壓、電流、功率等）、非電氣量信息（測(cè)點(diǎn)的溫度、壓力、流量等）、狀態(tài)量信息（機(jī)組的工作及檢修狀態(tài)等）、開(kāi)關(guān)量信息（主變及線路的投退、機(jī)泵的啟停、排水泵和風(fēng)機(jī)等附屬設(shè)備的控制等）、繼電保護(hù)信息（各類(lèi)繼電保護(hù)的動(dòng)作情況），采集信息后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制并輸出相應(yīng)的告警信息。

目前，在監(jiān)控信息化方面，新建的泵站都配備了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的視頻監(jiān)控技術(shù)，同時(shí)結(jié)合包括Wincc、intouch等在內(nèi)的眾多國(guó)際品牌計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡(luò)等共同完成泵站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)。

1.2 運(yùn)行調(diào)度技術(shù)

運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)是泵站自動(dòng)化的“神經(jīng)”，能夠根據(jù)泵站實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度。在滿足泵站揚(yáng)程與流量的前提下，尋找較優(yōu)的運(yùn)行方式，在成本較優(yōu)的情況下實(shí)現(xiàn)泵站效益的較大化。運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)建立泵站控制對(duì)象模型，包括泵機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型、泵站調(diào)度管理模型等，并結(jié)合效率、成本、流量等相關(guān)約束條件，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)實(shí)施優(yōu)化控制、科學(xué)調(diào)度，通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型求解選擇較優(yōu)的機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行模式，確定不同時(shí)段、不同流量的較優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)泵站的高效、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

目前，在運(yùn)行調(diào)度方面，供水泵站都基本實(shí)現(xiàn)了不同水平的半自動(dòng)化，數(shù)據(jù)通信已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“四遙”，有些大中型泵站可以達(dá)到以機(jī)待人、少人值守，甚至無(wú)人值守的自動(dòng)化水平。

1.3 運(yùn)行信息管理技術(shù)

泵站在運(yùn)行中將產(chǎn)生大量信息，做好運(yùn)行信息管理是泵站自動(dòng)化的基礎(chǔ)。泵站實(shí)時(shí)運(yùn)行信息管理包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和顯示、歷史數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計(jì)、泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)管理三大環(huán)節(jié)。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集主要包括泵站壓力、流量、水位等信息，能夠通過(guò)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行泵站可靠性分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警。數(shù)據(jù)信息綜合統(tǒng)計(jì)主要監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，包括設(shè)備操作記錄、故障錄波等，便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢和故障回溯。泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)管理主要包括泵站設(shè)備的配置維護(hù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)，為泵站正常運(yùn)行提供數(shù)據(jù)和平臺(tái)支撐。

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等的發(fā)展，很多泵站已經(jīng)建設(shè)了光纖環(huán)網(wǎng)形式的站級(jí)測(cè)控局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了泵站數(shù)據(jù)的高速采集，并與上級(jí)信息中心可靠地聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)行信息管理。

2 泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展需求

2.1 功能需求

（1）基本功能：泵站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的較低層次需求，主要包括泵機(jī)控制、異常報(bào)警、數(shù)據(jù)采集、

辦公自動(dòng)化等，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

（2）高級(jí)功能：包括泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的自調(diào)節(jié)、自診斷、自恢復(fù)功能，基于SQL Server與Visual Studio等數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建更適合泵站自動(dòng)化的信息管理系統(tǒng)。

2.2 性能需求

（1）可靠性：泵站自動(dòng)化水平與供水安全息息相關(guān)，泵站可靠性包括系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性、抗干

擾性、防誤操作能力、短時(shí)故障恢復(fù)能力等。

（2）適用性：泵站運(yùn)行具有自身的特殊性，自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行必須能夠適應(yīng)泵站運(yùn)行的實(shí)際情況，

為泵站開(kāi)展水情測(cè)報(bào)、調(diào)度計(jì)劃、供水計(jì)量、信息管理等業(yè)務(wù)服務(wù)。

（3）節(jié)能性：泵站運(yùn)行優(yōu)化以低能耗、供水效率高為目標(biāo)，因此，自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該在運(yùn)行時(shí)

間、啟機(jī)次數(shù)、工藝選擇、算法優(yōu)化等方面加強(qiáng)研究，提升節(jié)能性。

3 泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

基于上文對(duì)泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和需求的分析，結(jié)合泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展情況，將泵站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下：

3.1 測(cè)量、控制、管理一體化

高速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)為泵站自動(dòng)化的業(yè)務(wù)集成提供了良好條件，嵌入式智能控制器以及集PLC、HMI、I/O 及通信于一體的“顯觸控一體化”O(jiān)CS控制器等技術(shù)不斷出現(xiàn)，泵站自動(dòng)化朝著測(cè)量、控制、管理的一體化方向發(fā)展，新型的綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在能夠測(cè)量與控制泵站內(nèi)關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備的同時(shí)，還能夠以多泵站整體運(yùn)行較優(yōu)為目的進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化，集成泵站工作各個(gè)環(huán)節(jié)，將信號(hào)采集、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、調(diào)度優(yōu)化、運(yùn)行管理進(jìn)行一體化管理。

3.2 自診斷功能不斷完善

響應(yīng)泵站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的高級(jí)功能和可靠性需求，新型的泵站自動(dòng)化應(yīng)不斷完善自診斷功能，實(shí)現(xiàn)智能故障診斷和自愈控制。目前，我國(guó)正在進(jìn)行大規(guī)模的大中型泵站升級(jí)與改造工作，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊運(yùn)算、頻譜分析、狀態(tài)檢修、多信息融合等新技術(shù)將不斷應(yīng)用于泵站故障診斷領(lǐng)域，提升泵站自動(dòng)化的人機(jī)協(xié)作水平，推動(dòng)泵站管理系統(tǒng)向自動(dòng)化和智能化方向不斷發(fā)展，從簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)向故障診斷、智能分析、專家會(huì)診等深層次應(yīng)用轉(zhuǎn)變。

3.3 運(yùn)行信息實(shí)時(shí)化管理

運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)化管理有助于更加便捷、高效地掌握泵站運(yùn)行情況，進(jìn)行科學(xué)決策，輔助泵站管理。未來(lái)泵站運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)化將能夠?qū)崿F(xiàn)泵站運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、新衛(wèi)星云圖實(shí)時(shí)接收、實(shí)時(shí)在線巡視、設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)上送，基于實(shí)時(shí)性平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息多方共享，數(shù)據(jù)中心和各個(gè)子站之間以專線接入，泵站檢測(cè)庫(kù)、水情庫(kù)、設(shè)備庫(kù)、決策支持庫(kù)等數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理、專人維護(hù)。

審核編輯黃宇