淺析泵站自動化技術的發(fā)展趨勢

摘要：基于泵站對我國水利及水務事業(yè)的重要性，文章以城市供水行業(yè)大型泵站為對象，分析了泵站自動化技術 發(fā)展現(xiàn)狀，結合泵站自動化技術的發(fā)展需求，從管控一體化、系統(tǒng)自診斷、運行信息實時化管理等方面展望了泵 站自動化技術的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：大型輸配水泵站；自動化技術；城市供水；管控一體化；運行信息管理

0 前言

大型輸配水泵站是我國城市供水行業(yè)重要的工程設施，是輸供水的動力來源，承擔著為城市及地區(qū)供水的重任，隨著科學技術的飛速發(fā)展，我國大型供水泵站自動化技術也已經初步實現(xiàn)了集散控制，并向著測量、控制、管理一體化方向發(fā)展。

1 泵站自動化技術的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 數(shù)據(jù)采集和處理技術

數(shù)據(jù)采集和處理技術是整個泵站信息化系統(tǒng)的基礎，主要承擔著泵站信息的采集和數(shù)據(jù)處理功能。通過現(xiàn)場控制單元來采集泵站日常運行過程中的各類電氣量信息（電壓、電流、功率等）、非電氣量信息（測點的溫度、壓力、流量等）、狀態(tài)量信息（機組的工作及檢修狀態(tài)等）、開關量信息（主變及線路的投退、機泵的啟停、排水泵和風機等附屬設備的控制等）、繼電保護信息（各類繼電保護的動作情況），采集信息后經過數(shù)據(jù)處理和邏輯判斷，對設備進行控制并輸出相應的告警信息。

目前，在監(jiān)控信息化方面，新建的泵站都配備了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了先進的視頻監(jiān)控技術，同時結合包括Wincc、intouch等在內的眾多國際品牌計算機監(jiān)控軟件及網(wǎng)絡等共同完成泵站監(jiān)控系統(tǒng)架構。

1.2 運行調度技術

運行調度系統(tǒng)是泵站自動化的“神經”，能夠根據(jù)泵站實際運行情況來進行實時調度。在滿足泵站揚程與流量的前提下，尋找較優(yōu)的運行方式，在成本較優(yōu)的情況下實現(xiàn)泵站效益的較大化。運行調度系統(tǒng)通過計算機技術建立泵站控制對象模型，包括泵機經濟運行模型、泵站調度管理模型等，并結合效率、成本、流量等相關約束條件，根據(jù)目標函數(shù)實施優(yōu)化控制、科學調度，通過對數(shù)學模型求解選擇較優(yōu)的機組聯(lián)合運行模式，確定不同時段、不同流量的較優(yōu)運行狀態(tài)，實現(xiàn)泵站的高效、優(yōu)質、經濟運行。

目前，在運行調度方面，供水泵站都基本實現(xiàn)了不同水平的半自動化，數(shù)據(jù)通信已經實現(xiàn)“四遙”，有些大中型泵站可以達到以機待人、少人值守，甚至無人值守的自動化水平。

1.3 運行信息管理技術

泵站在運行中將產生大量信息，做好運行信息管理是泵站自動化的基礎。泵站實時運行信息管理包括實時數(shù)據(jù)采集和顯示、歷史數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計、泵站運行數(shù)據(jù)管理三大環(huán)節(jié)。其中實時數(shù)據(jù)采集主要包括泵站壓力、流量、水位等信息，能夠通過這些數(shù)據(jù)進行泵站可靠性分析，一旦發(fā)現(xiàn)異常能夠實時報警。數(shù)據(jù)信息綜合統(tǒng)計主要監(jiān)測和存儲歷史數(shù)據(jù)，包括設備操作記錄、故障錄波等，便于進行統(tǒng)計、查詢和故障回溯。泵站運行數(shù)據(jù)管理主要包括泵站設備的配置維護和監(jiān)測數(shù)據(jù)庫維護，為泵站正常運行提供數(shù)據(jù)和平臺支撐。

隨著計算機信息技術、數(shù)據(jù)庫技術、現(xiàn)場總線技術等的發(fā)展，很多泵站已經建設了光纖環(huán)網(wǎng)形式的站級測控局域網(wǎng)，實現(xiàn)了泵站數(shù)據(jù)的高速采集，并與上級信息中心可靠地聯(lián)網(wǎng)，進行統(tǒng)一的運行信息管理。

2 泵站自動化技術的發(fā)展需求

2.1 功能需求

（1）基本功能：泵站自動化技術發(fā)展的較低層次需求，主要包括泵機控制、異常報警、數(shù)據(jù)采集、

辦公自動化等，目前已經實現(xiàn)。

（2）高級功能：包括泵站自動化系統(tǒng)的自調節(jié)、自診斷、自恢復功能，基于SQL Server與Visual Studio等數(shù)據(jù)庫開發(fā)平臺，構建更適合泵站自動化的信息管理系統(tǒng)。

2.2 性能需求

（1）可靠性：泵站自動化水平與供水安全息息相關，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、短時故障恢復能力等。

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

為泵站開展水情測報、調度計劃、供水計量、信息管理等業(yè)務服務。

（3）節(jié)能性：泵站運行優(yōu)化以低能耗、供水效率高為目標，因此，自動化系統(tǒng)應該在運行時

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

3 泵站自動化技術的發(fā)展趨勢

基于上文對泵站自動化技術的發(fā)展現(xiàn)狀和需求的分析，結合泵站自動化技術的發(fā)展情況，將泵站自動化技術的發(fā)展趨勢總結如下：

3.1 測量、控制、管理一體化

高速發(fā)展的科學技術為泵站自動化的業(yè)務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控制器等技術不斷出現(xiàn)，泵站自動化朝著測量、控制、管理的一體化方向發(fā)展，新型的綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在能夠測量與控制泵站內關鍵機電設備的同時，還能夠以多泵站整體運行較優(yōu)為目的進行調度優(yōu)化，集成泵站工作各個環(huán)節(jié)，將信號采集、設備控制、遠程監(jiān)控、調度優(yōu)化、運行管理進行一體化管理。

3.2 自診斷功能不斷完善

響應泵站自動化技術發(fā)展的高級功能和可靠性需求，新型的泵站自動化應不斷完善自診斷功能，實現(xiàn)智能故障診斷和自愈控制。目前，我國正在進行大規(guī)模的大中型泵站升級與改造工作，BP神經網(wǎng)絡、模糊運算、頻譜分析、狀態(tài)檢修、多信息融合等新技術將不斷應用于泵站故障診斷領域，提升泵站自動化的人機協(xié)作水平，推動泵站管理系統(tǒng)向自動化和智能化方向不斷發(fā)展，從簡單的數(shù)據(jù)監(jiān)測向故障診斷、智能分析、專家會診等深層次應用轉變。

3.3 運行信息實時化管理

運行信息的實時化管理有助于更加便捷、高效地掌握泵站運行情況，進行科學決策，輔助泵站管理。未來泵站運行信息的實時化將能夠實現(xiàn)泵站運行實時監(jiān)測、新衛(wèi)星云圖實時接收、實時在線巡視、設備狀態(tài)實時上送，基于實時性平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息多方共享，數(shù)據(jù)中心和各個子站之間以專線接入，泵站檢測庫、水情庫、設備庫、決策支持庫等數(shù)據(jù)庫集成管理、專人維護。

審核編輯黃宇