泵站自動化控制系統(tǒng)應用
1.項目簡介
泵站作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著城市排水防澇的重要任務。泵站控制系統(tǒng)的自動化監(jiān)控和管理具有重要意義，能達到減員增效和提高管理水平的目的，云控應用于某泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)實現了對雨水泵房和污水泵房的自動化監(jiān)測和控制。
泵站建立獨立的功能完善的就地自動化控制系統(tǒng)，建立集中監(jiān)測和控制室，實現泵站的自動化運行控制。泵站內各種設備的運行均由泵站就地控制系統(tǒng)直接控制，泵站就地控制系統(tǒng)是根據液位等泵站運行工況來進行控制的。泵站接收污水治理工程中央監(jiān)控系統(tǒng)下載的全局性運行數據和調控指令，作為泵站自動控制的條件參數，以配合實現污水治理工程中央監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)定的基于流量的控制。
2.系統(tǒng)構成
泵站系統(tǒng)采用分層控制結構，系統(tǒng)分為三層：
信息層：監(jiān)控計算機
控制層：PLC與遠程IO子站
設備層：閥門、水泵、流量計、水位計等現場設備
信息層位于中央控制室，利用CloudControl組態(tài)軟件設計完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面，以及監(jiān)控數據報表等。可對全泵站生產數據進行收集以及集中控制，設有上位機2臺（工程師站、操作員站各一臺）以及相關打印機與不間斷電源UPS，上位機通過以太網與PLC分站連接；設有模擬屏，顯示全泵站的電力監(jiān)控情況。
控制層負責對現場儀表數據的采集，以及對現場設備進行監(jiān)控。PLC主站通過以太網與上位機進行連接，通過DeviceNet與遠程IO子站進行連接。
設備層由現場儀表、電機、閥門及其他執(zhí)行設備等組成。這些儀表設備通過24VDC開關量信號及4－20mA模擬信號與PLC遠程IO站連接，把工藝參數、運行狀態(tài)送到PLC，而PLC則實現對設備的控制。
上位監(jiān)控系統(tǒng)完成全站的自動化運行及其管理。下位PLC采用GE公司的90-30系列PLC、遠程I/O子站采用Beckhoff公司的BK5220系列I/O模塊。下位PLC共有3臺，分別負責水位測量、電力監(jiān)控、水泵啟停等工作。下位PLC通過以太網模塊接入Hub與上位機進行通訊，下位PLC與遠程IO子站通過Device net網絡進行通訊。PLC1共有6個遠程IO子站，PLC3共有11個遠程IO子站，PLC2沒有帶子站。泵站系統(tǒng)結構圖如下：
泵站系統(tǒng)結構示意圖
由于季節(jié)性變化，所有泵站在不同季節(jié)將采取不同的運行模式，該泵站全年運行模式如下：
模式一：旱季無雨時或初雨且尚未超過截流水量時，僅有截流污水泵交替運行或滿負荷運行。
模式二：初雨且已超過截流水量時，截流污水泵滿負荷運行，雨水調節(jié)池啟用。
模式三：降雨繼續(xù)，雨水調節(jié)池已儲滿時，截流污水泵滿負荷運行，雨水泵開始防汛排澇運行。
模式四：降雨結束，雨水泵停運，調節(jié)池開始放空時，僅有截流污水泵交替運行。
模式五：旱季無雨，雨水泵試車時，截流污水泵暫時停止運行。
模式六：泵站大修。
3.系統(tǒng)特點
系統(tǒng)運行可靠。提供雨污水外排工程的運行監(jiān)視，提供工程范圍內主要設備的運行監(jiān)視，提供故障報警和事故狀態(tài)下應急處理的方案及手段。
系統(tǒng)運行經濟。充分發(fā)揮泵組的提升能力和管網系統(tǒng)對雨污水的運載能力，動用最少的機電設備，最小的能耗，達到最大的排放能力。
實現對包括泵站等設施內的全部儀表和機電設備的監(jiān)控。污水泵房的控制分三層實現，即中央控制、就地控制和基本控制，雨水泵房不設中央控制，僅有就地控制和基本控制。
完善的數據采集，對全廠主要設備的運行狀態(tài)和運行參數自動定時的進行采集，并存于實時數據庫，供計算機系統(tǒng)實現畫面顯示、制表打印及完成各種計算、控制等功能時使用。
安全運行監(jiān)視：中控室值班運行人員借助監(jiān)控系統(tǒng)人機界面，監(jiān)視泵站的生產過程和運行情況，各點參數及其變化趨勢和設備狀態(tài)，在運行狀態(tài)發(fā)生變更時能及時進行分析和處理。
實現自動控制，減輕泵站運行人員的勞動強度，提高安全運行水平。
4.系統(tǒng)方案
污水泵房和雨水泵房的控制相對獨立，分別設置各自的基于可編程序邏輯控制器（PLC）所構成的污水泵房控制子系統(tǒng)和雨水泵房控制子系統(tǒng)。變電所設置獨立的自動化控制系統(tǒng)，并和集控室的計算機系統(tǒng)連接。在集控室設置兩臺監(jiān)控計算機（一用一備）用以管理、協調各子系統(tǒng)的工作，其顯示屏和鍵盤構成泵站就地控制系統(tǒng)的操作界面。污水泵房和雨水泵房的PLC分別負責與污水治理工程中央監(jiān)控主站及市區(qū)排水信息系統(tǒng)的通信。
監(jiān)控計算機、污水泵房控制PLC、雨水泵房控制PLC、變電所自動化系統(tǒng)的數據集總器等設備采用工業(yè)以太網（Ethernet）相互連接。PLC與水泵、閘門等機械設備的控制箱之間采用DeviceNet總線相互連接。儀表的模擬量和脈沖量信號則通過遠端I/O模塊轉接入DeviceNet。
泵站與污水治理工程中央監(jiān)控主站的通信使用兩個信道：常用信道采用市數字數據網 (DDN)；備用信道為無線通信信道，經SA泵站轉接至位于M2泵站的污水治理工程中央監(jiān)控主站。通信規(guī)約采用IEC60870.5-101，非平衡傳輸模式，實現輪詢方式下的逢變則報。
泵站與市區(qū)排水信息系統(tǒng)的常用通信方式為無線通信方式，備用為撥號電話線路。
污水泵房的控制分三層實現，即中央控制、就地控制和基本控制。
雨水泵房不設中央控制，僅有就地控制和基本控制。
中央控制層：中央控制層提供系統(tǒng)的宏觀調度，維持系統(tǒng)的整體協調。本工程污水泵房的（遠程）中央控制室是位于M2泵站的中央監(jiān)控主站。中央控制室能夠對該泵站進行遠程的數據采集和運行參數設定，但不直接控制該泵站的設備。
就地控制層：就地控制的優(yōu)先級高于中央控制，利用PLC的邏輯控制功能，提供設備的自動控制及關聯設備的聯動、連鎖控制。本工程的就地控制操作界面是集中控制室的監(jiān)控計算機屏幕，PLC能根據監(jiān)控計算機發(fā)出的指令及預先制定的規(guī)則和調節(jié)方法自動控制現場設備。
基本控制層：基本控制具有最高的控制優(yōu)先級，當設備操作箱的控制方式手柄處于“手動操作”時，監(jiān)控計算機和PLC發(fā)出的控制命令被屏蔽，現場設備可以在配電屏或控制柜上實現手動操作與檢查。這些配電屏或控制柜需提供基本的控制連鎖或聯動。
5.軟件應用
泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的上位監(jiān)控由CloudControl組態(tài)軟件開發(fā)實現，建立獨立的、功能完善的雨水泵房和污水泵房統(tǒng)一控制系統(tǒng)，具備集中監(jiān)測、控制室，實現泵站的自動化運行控制功能，其中監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括實時檢測各項數據，定時打印數據報表，查詢歷史數據、報警信息、顯示流量曲線等。
系統(tǒng)圖形顯示界面
泵站監(jiān)控系統(tǒng)的地顯示界面按功能分為主控平臺，電站檢測，報警查詢，報表瀏覽，系統(tǒng)維護，系統(tǒng)運行時，首先進入主控平臺界面，該界面可以顯示整個泵站所有設備的信息，點擊每個設備可以查看設備的詳細信息，電站檢測界面可以顯示系統(tǒng)電氣連接網絡圖，報警查詢和報表瀏覽界面可以查看報警情況和歷史數據實時數據的瀏覽曲線圖。以下是泵站監(jiān)控畫面圖：
泵站監(jiān)控畫面示意圖
在主控平臺中包含泵站的所有污水泵、雨水泵及格柵等的各類參數信息以及對各個泵、閘門及格柵等的操作。
1、泵的啟停及主要參數： “機泵監(jiān)測”窗口集中顯示了該泵的當前運行狀態(tài)、累積運行時間與次數、電流值、頻率值、轉速值、累積流量等參數信息；還能對該泵進行遠程啟停控制。
2、閘門的啟停及主要參數： “閘門監(jiān)測”窗口集中顯示了該閘門的當前狀態(tài)、累積運行時間與次數等參數信息；還能對該閘門進行遠程開關閘控制。
3、格柵的主要參數： “格柵監(jiān)測”窗口集中顯示了格柵的當前狀態(tài)等參數信息。
4、 “雨水排放操作”及“污水排放操作”窗口中包含了各種對雨水或污水排放的操作模式。
下圖為泵站監(jiān)測界面
電站監(jiān)測界面示意圖
數據采集
本系統(tǒng)對過程數據自動進行巡回采集和存儲，數據采樣周期小于100ms，其中機組重要參數按性質分為兩大類。
(1)開關類參數:這類參數來源是PLC，如：機組控制開機、停機，閘門開關等；
(2)流量類參數：測量污水和雨水流量，它們來自液位儀，流量計，雨量計。如：機組各項繞組溫度及軸承溫度等。上位機對于不同設備分別進行數據采集，對于PLC設備，使用時只需添加設備并進行一些參數設置，便可實現信息傳送;。根據用戶要求進行不同的數據處理，動態(tài)顯示或者保存到數據庫中。
報表
報表是泵站管理的一項重要功能，系統(tǒng)要求上位機定時或召喚自動出報表，設計的報表包括：泵站所有機組的運行日志；污水和雨水流量統(tǒng)計報表(分為年、月、日統(tǒng)計報表)；故障報警報表等。
6.結束語
該系統(tǒng)具有完善的泵站監(jiān)測和控制功能，滿足安全監(jiān)視、控制調節(jié)及生產管理等多方面的要求，現場運行穩(wěn)定可靠、經濟節(jié)能，大大減輕了泵站運行人員的勞動強度。通過CloudControl組態(tài)的人機界面具有強大的自動控制和數據管理功能，而且整個監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，為用戶的泵站泵站監(jiān)控自動化提供了理想的信息化解決方案。
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