時間：2023-03-06 16:05:41
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關(guān)鍵詞：可編程控制器，真空泵站
中圖分類號： TV675 文獻標識碼： A 文章編號：
引言
真空泵站需要24小時連續(xù)工作，真空泵站長時間運行，無法進行正常保養(yǎng)好維護，容易造成傳動機構(gòu)故障，如傳動皮帶損壞、燃燒等，另外真空泵站的運行噪音大，不利于維修人員實施監(jiān)控，為此對真空泵站系統(tǒng)進行自動化控制，能夠消除安全隱患、保證生產(chǎn)的正常運行。
1、真空泵站的構(gòu)成及功能
1.1真空泵站的構(gòu)成
真空泵站由3組真空泵機組和一個儲氣罐組成。
1.2各部件的結(jié)構(gòu)及功能
1.2.1真空泵機組
真空泵是用來抽空穩(wěn)定氣體的，其工作范圍為從大氣壓到泵極限真空之間的粗真空范圍。真空泵本身帶有防返油閥、氣鎮(zhèn)閥、出口過濾器、回油線路、冷卻油回路、溫度感應開關(guān)等。真空泵由定位電機通過四條V型皮帶驅(qū)動。提供氣體壓強為-4～-6bar的壓縮空氣。
1.2.2 真空泵的工作原理
安裝在泵缸體中的偏心轉(zhuǎn)子有三塊葉片，它們把泵腔分成幾個隔室。每個隔室的容積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期性改變。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，抽空腔的進氣部分容積擴張，將氣體通過吸入口吸入。氣體經(jīng)過污物防護罩，打開的防返油閥進入泵腔。當轉(zhuǎn)子進一步旋轉(zhuǎn)，葉片從吸入口將泵腔部分分開。這部分泵腔體積減少，氣體被壓縮。氣體在略高于大氣壓時經(jīng)過排氣閥從泵腔中排出。
2、真空泵站的控制
真空泵站是對數(shù)控機床提供真空，用于裝夾（或輔助裝夾）板類毛坯零件。由于數(shù)控機床是24小時運行的，這也就需要真空泵站24連續(xù)工作。真空控制系統(tǒng)通過控制真空泵與系統(tǒng)儲氣罐連接/配合工作,泵可以根據(jù)工作點的氣體用量來用壓強控制自動啟/停機。這樣在保證工藝正常工作的前期下，最大節(jié)能性的節(jié)省了電力消耗以及泵的使用時間。
3、真空系統(tǒng)的自動化控制
3．1 真空系統(tǒng)的控制
在真空控制系統(tǒng)的控主要由三個方面：抽真空、排液和防火報警構(gòu)成。
3.1.1抽真空的控制
圖3-1真空控制結(jié)構(gòu)圖
P1、P2、P3為三臺真空泵，V1、V2、V3為三臺真空泵的閥，V4為主管路閥
抽真空的控制可以采用自動控制和手動控制兩種。每臺泵均設(shè)有“正常”和“故障”兩種狀態(tài)。
手動方式
在手動狀態(tài)下，操作者可以控制每臺泵和閥門，泵的起停與壓力設(shè)定點無關(guān)。當任何一臺泵出現(xiàn)報警（如電機過流或熱保護開關(guān)斷開）與該泵對應的閥門也會自動關(guān)閉。其作用是防止真空油污染被抽容器。
自動方式
在自動控制中，系統(tǒng)設(shè)置3個壓力檢測開關(guān)。壓力低點S1,壓力高點S2,壓力報警點S3。壓力低點S1：泵自動停止壓力値，初始為100mbar,壓力高點S2,泵自動啟動壓力値，初始為200mbar,壓力報警點S3：系統(tǒng)提供報警，不影響泵的起停。為了防止三臺真空泵同時啟動，引起電網(wǎng)電流過大，而發(fā)生過流的現(xiàn)象，采取三臺真空泵分時啟動。
3.1.2自動排液程序
真空泵在進行工作時，由于工件夾具的密封不好，容易把機床冷卻液吸入真空系統(tǒng)中，真空系統(tǒng)中，吸入過量的冷卻液，會造成真空過低，為此排液程序是必不可少的。
真空泵排水管路結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-2所示
其中YV6,YV7為直流電磁閥，YV6為常開，YV7為常閉，YV8、YV9為直流流電磁閥，YV8為放氣閥YV9為放水閥。使用兩個信號燈表示運行狀態(tài)，綠色表示運行，紅色表示排水。
4、真空控制系統(tǒng)的設(shè)計
4．1 PLC可編程控制器的選擇
選擇三菱可編程控制器，其型號為：MELSEC-FXIS-10MR。三菱MELSEC-FXIS-10MR可編程控制器有兩個突出的特點：一是內(nèi)置時鐘功能，將時間精確到千分之一秒，可進行時間控制；另一特點是通過內(nèi)置開關(guān)可進行RUN/STOP的操作，同時也可以從設(shè)備或一般的輸入端子下達RUN/STOP的命令。MELSEC-FXIS-10MR可編程控制器是10點計數(shù)電源。適合與真空泵的控制，在每個工作周期內(nèi)，為讀到新的脈沖信號，刷新新的執(zhí)行命令。
4．2測速傳感器的選擇
根據(jù)理論計算，使用的電機為三相異步電機，按照四極，兩個極對數(shù)計算，其理論額定轉(zhuǎn)速為1500rpm，實際轉(zhuǎn)速為1200rpm，再經(jīng)過一個三級減速，其速度變?yōu)?00rpm。我們選擇BF3RX型光纖傳感器，因為光纖傳感器適應比較惡劣的環(huán)境，抗干擾能力好。
4．3電氣線路的設(shè)計
在電氣控制線路中，共控制三路真空泵機進行工作，每路設(shè)有安全保護電路，繼電器保護和短路保護。在控制面板上設(shè)有各個真空泵機的啟動和停止按鈕。三個計數(shù)傳感器和一個24V穩(wěn)壓電源，8個電磁閥?？刂齐娐分?，使用16個輸入點和16個輸出點：輸入點為3個計數(shù)檢測點，3個泵啟動和3個泵復位，3個壓力檢測點，3個電機過流保護點，1個自動運行按鈕；輸出點為3個泵停機信號，3個泵報警，兩個指示燈，8個電磁閥。
4．4 PLC程序的編制
PLC編制主要從真空泵起停、自動排水和安全報警三個方面下手。圖4-1為真空泵啟動部分梯形圖，圖4-2為自動排水部分梯形圖，圖4-3為安全防火報警部分梯形圖。
圖4-1真空泵啟動部分梯形圖
圖4-2自動排水部分梯形圖
圖4-3安全報警部分梯形圖
4.4.1安全報警梯形圖說明
當啟動真空泵工作時，將控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)到自動控制部分。隨著主接觸器的MC吸合，其輔助觸點也隨著主控制器吸合而帶電，這時可編程控制器在X003高電平時進入工作狀態(tài)。在可編程控制器進入工作狀態(tài)后產(chǎn)生一個2秒的延時工作指令T0。在這2秒的時間內(nèi)，使真空泵的起動電機由靜止狀態(tài)達到額定轉(zhuǎn)數(shù)，進入正常工作的工作轉(zhuǎn)數(shù)。在產(chǎn)生這個延時指令后，可編程控制器進入一個10秒的監(jiān)測工作周期，也就是圖中的T0處在高電平時進入計時時間內(nèi)，可編程控制器內(nèi)計數(shù)器也隨之啟動，進行傳感器傳遞過來的脈沖數(shù)值進行讀取。在這個10秒的工作檢測周期內(nèi)需至少檢測到傳感器傳來的轉(zhuǎn)動脈沖，才能保證其整個系統(tǒng)的正常工作。如果在這個是計時時間內(nèi)可編程控制器讀取不到50轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動脈沖，可編程控制器將會發(fā)出停止工作指令，整個系統(tǒng)存在故障，不能進入工作程序，切斷整個剛啟動的控制系統(tǒng)，停止電機工作，并且開啟報警系統(tǒng)，傳遞到報警器進行報警。如果可編程控制器內(nèi)的計數(shù)器在規(guī)定的時間內(nèi)讀取到傳感器傳來規(guī)定的脈沖值，則整個控制系統(tǒng)進入正常的工作狀態(tài)。在設(shè)計這個程序的系統(tǒng)時，每完成一個工作計時周期后，可編程控制器進入一個復位的周期。復位的響應時間為100毫秒。在這100毫秒的復位周期內(nèi)，計數(shù)器CO;時間繼電器T1也進行復位，清空讀取的數(shù)值，為下一個工作周期做好讀取數(shù)值的準備。
為了保證每次檢測數(shù)據(jù)準確性，在復位周期后增加了一個震蕩周期脈沖，來保證可編程控制器清空讀到的程序。為了使可編程控制器復位時的準確性或存在一些故障時不能自動復位，在復位的過程中增加了手動復位；這個復位程序的設(shè)計是為了維修的方便。為了保證整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，在程序設(shè)計時增加一條指令，也就是每次開始工作前進入一個震蕩周期進行數(shù)據(jù)復位。在對可編程控制器進行復位時設(shè)計了每項工作指令的單獨復位指令。而在對報警系統(tǒng)的復位時采用了手動復位和時間控制，每當出現(xiàn)報警時，可編程控制器進入報警計時，程序沒認為10分鐘。如果在這10分鐘內(nèi)工作人員無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障報警，在10分鐘后可編程控制器將關(guān)閉報警系統(tǒng)閃爍的燈光，防止出現(xiàn)各種隱患。
【關(guān)鍵詞】泵站；自動化；控制
泵站在各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中有非常重要的地位。在我國，泵站在管道輸送工作中發(fā)揮著極其重要的作用，用途極為廣泛。運用管道輸送煤炭，需要制漿廠、管道與泵站等設(shè)施。自上世紀90年代以來，泵站逐漸開始采用自動化控制系統(tǒng)，逐漸形成了相關(guān)的技術(shù)。泵站自動化系統(tǒng)的設(shè)計要做到安全可靠和利益最大化，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備運行監(jiān)控、故障報警、系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)信息通訊等功能。
1 泵站自動化控制系統(tǒng)的原則
泵站一般可分為三種類型，一是半自動化泵站，這種泵站機組工作需要人為啟動和停止；二是全自動化泵站，這種泵站主要是通過壓力繼電器控制，繼電器一般設(shè)置在進出管道上，機組采用閉環(huán)控制的方式；三是綜合自動化泵站，這種泵站目前較為流行，主要是分層分布式系統(tǒng)。
目前自動化泵站在進行設(shè)計的時候都追求效益的最大化和性能可靠性，并要求設(shè)計應用要符合具體的工作環(huán)境。自動化泵站安裝運用要也要從資金、技術(shù)、人力等實際情況出發(fā)。在進行自動化設(shè)計時，要注意正確處理泵站測量系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的關(guān)系。目前自動化控制系統(tǒng)都與測量系統(tǒng)有機融合，泵站中的繼電保護器不僅對非電量進行測量，而且對設(shè)備運行時的電量進行測量，減少了設(shè)備構(gòu)成與成本，加強了對保護回路的監(jiān)控。泵站自動化控制的層次要清晰，合理而明確地區(qū)分順序控制與若干獨立閉路循環(huán)。為了降低風險，要避免把所有的控制任務交給一個控制設(shè)備。泵站的輔機系統(tǒng)要采取獨立封閉循環(huán)控制。泵站的自動控制系統(tǒng)要具備一定的兼容性，能夠根據(jù)工作需要和技術(shù)進步進行有效擴展。
2 泵站自動化控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成
計算機監(jiān)控系統(tǒng)、保護系統(tǒng)、視頻成像系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)是組成泵站自動化控制系統(tǒng)的重要部分。這些部分負責完成對泵站機組、閘門、供電和配電系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等泵站重要設(shè)備的參數(shù)監(jiān)測和控制，并且能夠根據(jù)需要傳送或者接收重要數(shù)據(jù)、圖像和指令。自動化控制要完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制，對現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)控以及對輔助設(shè)備的監(jiān)測，并在一定范圍內(nèi)進行通訊。其中，對開啟關(guān)閉煤炭輸送泵站，對機電的保護，以及對各種設(shè)備的檢測是自動化控制最關(guān)鍵的程序，而且要盡量完成由設(shè)備動作、所處環(huán)境、系統(tǒng)狀態(tài)相結(jié)合的聯(lián)動。
在整個自動化控制系統(tǒng)中，其設(shè)備根據(jù)自動化的程度可以分為三個級別，分別為就地、自動和遙控。就地，是指需要手動完成的操作，如開關(guān)機等。自動，是指按照控制箱內(nèi)的PLC進行自動操作，實際上是半自動。遙控，是指對設(shè)備進行遠程控制，又可以分為遠程手動和遠程自動。如果開關(guān)是遠程自動的狀態(tài)，PLC以及中控室可以手動操控設(shè)備，如果開關(guān)是遠程自動的，PLC可以按照工作環(huán)境和條件進行自動操作。自動化控制系統(tǒng)除了配備一個控制中心以外，還有四個子控制室，子控制室通過網(wǎng)絡與控制中心進行通話和數(shù)據(jù)傳輸，完成監(jiān)測與控制的任務。
控制室中安裝著上位機，設(shè)兩臺監(jiān)控數(shù)據(jù)服務器，以及一臺通訊用的服務器和一臺視頻數(shù)據(jù)服務器?？刂品掌髦g是互相備用的關(guān)系，以防有一臺服務器發(fā)生故障時數(shù)據(jù)不會丟失。通訊服務器主要任務是實現(xiàn)監(jiān)控通訊，對遠方設(shè)備和系統(tǒng)進行集中化控制。子控制室泵組子系統(tǒng)LCU1的控制對象是多臺電泵，一旦主機泵站發(fā)生事故或故障導致跳閘的時候，要對主機泵站閘門進行關(guān)閉。公用子系統(tǒng)LCU2中配備PLC柜，對10KV電壓開關(guān)柜和0.4KV低壓開關(guān)柜、變壓器、直流柜、清污機、傳送機等設(shè)備進行監(jiān)控，任何故障信號都難以逃過它的監(jiān)控。節(jié)制閘子系統(tǒng)LCU3配置PLC柜，在節(jié)制閘開關(guān)平臺上安裝，對閘門開度、限位開關(guān)等進行數(shù)據(jù)的采集和處理，并按照控制室的命令對閘門開關(guān)進行有效控制，對設(shè)備和系統(tǒng)進行深層次的故障檢測。閘門液壓子系統(tǒng)LUC4一般安裝在油泵房之內(nèi)，對多面工作閘門的液壓信號進行采集，對故障進行報警。一旦主泵發(fā)生事故或應急停機時，關(guān)閉主泵的閘門。
3 泵站自動化控制系統(tǒng)的功能
泵站自動化系統(tǒng)應該具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備運行監(jiān)控、故障報警、系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)信息通訊等功能。
泵站自動控制系統(tǒng)的子系統(tǒng)下屬設(shè)備擁有各種復雜的運行參數(shù)，這些運行參數(shù)連同設(shè)備運行的狀態(tài)會通過I/O通道傳輸或者現(xiàn)場采集到LCU，通過一定的數(shù)據(jù)處理之后，各類供系統(tǒng)和操作者參考的數(shù)據(jù)就形成了。其中，對于電泵和閘門開啟的高度、電器系統(tǒng)等設(shè)備或數(shù)據(jù)，會進行周期性采集，按照一定的格式進行集中處理，形成可以保存的實時數(shù)據(jù)。對于故障信號等數(shù)據(jù)，自動控制系統(tǒng)能夠迅速自動做出反應，通過一定操作解除故障。對這些信號進行定期掃查，并對數(shù)據(jù)的合理性和有效性進行判斷。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的格式化程序處理也存入實時數(shù)據(jù)庫。對于脈沖量，自動化系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)合理性進行判定、檢錯處理、標度變換等處理，并經(jīng)過格式化后存入數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)在輸出各種操作的指令之前會進行檢驗判斷，確定沒有誤差后才傳送給執(zhí)行系統(tǒng)。
泵站自動化控制系統(tǒng)控制的設(shè)備除了主機機組、輔助設(shè)備之外，還包括各種變壓器、電容器、勵磁設(shè)備、閘門系統(tǒng)等。操作人員通過泵站自動控制系統(tǒng)可以在屏幕上看到各種設(shè)備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)。這種實時監(jiān)控大大提高了設(shè)備運行效率。控制系統(tǒng)對特定的參數(shù)進行監(jiān)控，一旦參數(shù)超出了早先預定的合理范圍，就會發(fā)出報警，并自動記錄和打印。一些很重要的數(shù)據(jù)會被保存下來并進行相關(guān)技術(shù)分析。設(shè)備故障發(fā)生的順序也會被記錄下來，并完成對整個事故的排序記錄和打印工作?？刂浦行牡牟僮魅藛T利用主控站的人機接口對設(shè)備進行有效監(jiān)控，可以自動開關(guān)機，自動使泵閘開啟或關(guān)閉，操作各種輔助設(shè)備，設(shè)定各種限值，處理各種信號，對泵組的開關(guān)順序進行控制。一旦閘門在運行過程中發(fā)生故障或遇到意外情況，監(jiān)控主機能夠及時發(fā)出命令叫停操作。
此外，自動化控制系統(tǒng)具備語音提示的功能，系統(tǒng)運作時能夠發(fā)出語音提示，如果有故障發(fā)生也能通過通信系統(tǒng)向人員進行報警。主控制室能夠通過網(wǎng)絡通訊與上級部門和各個子系統(tǒng)實現(xiàn)通訊，使數(shù)據(jù)和命令上傳下達。系統(tǒng)主機與各設(shè)備之間也能夠進行快速安全的數(shù)據(jù)通信，使整個泵站高效運行。
4 結(jié)語
泵站自動化控制是一種不斷發(fā)展的技術(shù)，也是一個自動化程度不斷提高的過程。雖然泵站自動化的設(shè)計和程序運行是一個比較復雜的系統(tǒng)性工程，但是其設(shè)計理念以及設(shè)計的目標都應從系統(tǒng)的使用性、安全性、高效性出發(fā)，既追求了最大效益，又能夠合理的統(tǒng)籌安排，運用資金和技術(shù)，達到經(jīng)濟和社會效益的最大化?，F(xiàn)在隨著煤炭科學技術(shù)和機械技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的自動化設(shè)備和管理技術(shù)應運而生，相信必將給泵站自動化控制技術(shù)帶來新機遇。
參考文獻：
[1]杜偉，李記科，婁琦，楊紅兵，王長安.礦漿輸送管道的開發(fā)應用[J].水力采煤與管道運輸，2012（5）.
關(guān)鍵詞：泵站自動化控制系統(tǒng)特點功能
Abstract: China's multi pump station, wide distribution, almost all provinces and autonomous regions and municipalities directly under the central government have pumping stations, mainly for flood control, irrigation, drainage, water supply etc.. The last century fifty or sixty's pumping stations are using conventional protection and control, to in the late 90's began to use the automatic control system of pumping station automation equipment, relative to the European and American developed countries control system there are still many gaps. With the recent city construction scale is continually expanding, city water, city drainage automatic control requirements more and more. Therefore, a set of integrated automation system is required to complete and rational operation of these components, and complete the protection, these components control. This paper describes the composition and characteristics of comprehensive automation of pumping station control system. Combined with the comprehensive automation of pumping station system development experience. On the comprehensive automation of pumping control system detailed description, so that more people understand and application.
Keywords: pumping station automation control system features
中圖分類號：O652.9文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）
一、泵站綜合自動化系統(tǒng)的特點：
1、高度的可靠性：系統(tǒng)采用成熟的全開放式分層、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，上下控制層采用現(xiàn)場總線通訊模式，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換速度和系統(tǒng)通訊工作的穩(wěn)定性。
2、高度的實時性：系統(tǒng)能適應泵站現(xiàn)場環(huán)境的要求，實時性好，抗干擾能力強。
3、良好的開放性和擴充性：專用現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的采用使系統(tǒng)設(shè)備可方便靈活的進行擴充。所有的硬件均為模塊化，構(gòu)成一個通用、開放的結(jié)構(gòu)體系；應用軟件采用OPC技術(shù)，使得系統(tǒng)應用軟件構(gòu)成一個開放式的接口環(huán)境。
4、完備的安全性：系統(tǒng)對每一功能操作提供檢查和校核，操作有誤時，被禁止并報警：在人機通信中設(shè)置操作口令，按控制層次實現(xiàn)操作閉鎖；系統(tǒng)采用冗余和模塊化技術(shù)，使系統(tǒng)的局部故障不影響系統(tǒng)整體的正常運行。
5、完備操作性：系統(tǒng)采用全漢化界面，使運行人員可方便直觀的進行遠方實時控制和操作。
6、可維護性：系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)模式，設(shè)備的模塊化使技術(shù)人員在方便的對必要的設(shè)備進行更換和維修，保證系統(tǒng)可靠運行。
7、良好的友善性：采用全漢化界面，操作方便，人機接口功能強，符合泵站運行人員的操作習慣。
8、設(shè)計的合理性：嚴格按照系統(tǒng)的電氣主接線圖進行設(shè)計，并充分考慮用戶的實際情況及要求，使系統(tǒng)布局合理，美觀實用。
二、泵站系統(tǒng)主控級的主要功能：
系統(tǒng)主控級的主要功能包括：1．數(shù)據(jù)采集與處理；2．安全運行監(jiān)視；3．實時控制與調(diào)整；4．監(jiān)視、記錄、報告；5．事件順序記錄；6．事故追憶和相關(guān)量記錄：7．正常操作指導和事故處理操作指導；8．數(shù)據(jù)通訊；9．屏幕顯示；l0．泵站設(shè)備運行維護管理；lI．系統(tǒng)診斷。各主要功能闡述如下：
1.主控級自動采集和處理泵站設(shè)備的運行參數(shù)．主要采集的數(shù)據(jù)及處理功能為：
主控級收集由現(xiàn)地控制單元采集的電氣量；各現(xiàn)地控制單元將采集到的電度量上送主控級進行處理：主控級自動從各現(xiàn)地控制單元采集非電量：對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行分類篩選及整理．去除無用的數(shù)據(jù)后，將“壓縮”了的數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫。
2.安全運行監(jiān)視包括全站運行實時監(jiān)視及參數(shù)在線修改、狀態(tài)監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視：
(1)安全運行實時監(jiān)視及參數(shù)在線修改：值班人員可對全站各主設(shè)備及輔助設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視控制和在線修改。對系統(tǒng)中的所有設(shè)備．只有具有一定操作權(quán)限的值班人員才能在線修改相應權(quán)限的運行參數(shù)。
(2)狀態(tài)監(jiān)視：狀態(tài)分兩類。一類為自動狀態(tài)，如水泵的自動起動等；另一類為受控狀態(tài)，就是由來自人工控制的命令所引起的狀態(tài)。
(3)越限檢查：能夠檢查設(shè)備越限狀態(tài)并發(fā)出報警，越限狀態(tài)信號在CRT上顯示并記錄。
(4)過程監(jiān)視功能：監(jiān)視水泵各種運行工況的轉(zhuǎn)換過程所經(jīng)歷的各主要操作步驟。
(5)趨勢分析功能：分析水泵運行參數(shù)的變化，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高水泵運行的安全性。
(6)輔助設(shè)備的運行監(jiān)視和分析功能：監(jiān)視水泵及泵站各間歇運行的輔助設(shè)備(如排水泵、空壓機等)起動次數(shù)、運行時間和間歇時間。通過數(shù)據(jù)變化情況，分析其對應的設(shè)備是否異常。
(7)監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視功能：監(jiān)控系統(tǒng)的硬件或軟件發(fā)生事故則立即發(fā)出報警信號，并顯示和打印記錄，指示故障部位。
3.實時控制與調(diào)整：
(1)操作員可通過操作員站的顯示器、鍵盤等，對監(jiān)控對象進行水泵的啟停、定值和限值的設(shè)定、報警復歸等控制與調(diào)節(jié)。
(2)自動功率因數(shù)控制：按照電力系統(tǒng)的要求。自動投切電容器。
4.監(jiān)控和事件記錄：
(1)監(jiān)視：中控室的監(jiān)控機配有彩色CRT顯示器，用于顯示泵站的運行情況。同時，配備一套馬賽克模擬屏，模擬顯示泵站的運行情況。
(2)記錄、報告：把全站所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表等記錄下來。并顯示和打印。
5.記錄、報告的主要內(nèi)容：
記錄、報告的主要內(nèi)容包括：1)操作事件記錄；2)報警及事件記錄；3)定值變更記錄；4)報表；5)趨勢記錄；6)事件SOE記錄。
6.故追憶和相關(guān)量記錄：
記錄在事故發(fā)生前5s和后20s時間里重要實時參數(shù)的變化情況。
7.正常操作指導和事故處理操作指導：
(1)正常操作：能根據(jù)當前的運行狀態(tài)判斷設(shè)備是否允許操作并給出相關(guān)的標志。
(2)事故處理：在出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時，由監(jiān)控系統(tǒng)提出事故處理和恢復運行的指導性意見。
8.數(shù)據(jù)通信：
(1)通過一路載波通道，一路光纜通道，與水調(diào)部門通信。同時。通過一路光纜通道與電力調(diào)度部門通信。
(2)可實現(xiàn)與MIS系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)等接口通信。
(3)可實現(xiàn)與現(xiàn)場各控制單元間的相互通信。
9.屏幕顯示：
畫面顯示是計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能之一，畫面調(diào)用將允許以自動或召喚方式實現(xiàn)。畫面種類包括各種系統(tǒng)圖、棒形圖、曲線、表格、提示語句等。畫面清晰穩(wěn)定、構(gòu)圖合理、刷新速度快且操作簡單。
10.泵站設(shè)備運行維護管理：
積累泵站運行數(shù)據(jù)，為提高泵站運行、維護水平提供依據(jù)。
11.系統(tǒng)診斷：
(1)系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷包括對各工作站計算機及設(shè)備、通訊接口、通道等的運行情況進行在線和離線診斷，故障點能診斷到模塊。
(2)軟件故障診斷：軟件運行時，若遇故障能自動給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應的軟件診斷工具。
三、泵站綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)
泵站實現(xiàn)自動化，不僅可以避免誤操作，防止運行事故，減少運行人員； 并可以提高設(shè)備和工程利用率、延長設(shè)備壽命、實現(xiàn)優(yōu)化運行。泵站自動化應是泵站運行管理發(fā)展趨向。
1、泵站的基本模式兩種：為全自動化方式、半自動化方式。（1）全自動化方式：泵站是靠設(shè)置在前池或出水池上的水位繼電器(壓力變送器)控制機組的啟動、停機或進行各種調(diào)節(jié)。當水位(或壓力、壓差)上升或下降到限定位置時，發(fā)出動作信號傳給控制臺的線路繼電器或計算機。當線路繼電器動作時，按規(guī)定程序動作(啟動或停機)的執(zhí)行機構(gòu)也發(fā)生動作執(zhí)行機構(gòu)通常由時間繼電器和控制啟動 (或停機) 程序的繼電器或為計算機系統(tǒng)。這種自動方式對泵站設(shè)備的技術(shù)要求高，要有較完備的運行可靠性和自動處理運行故障的能力。全自動化泵站除了控制機組的啟動和停機之外，對于進出水管道的工作壓力、電動機溫升、軸承與填料函的溫度、泵站的引入母線與自動控制母線上的電壓等，都以作用在事故繼電器上的特殊繼電器(傳感器、變送器)進行監(jiān)視。一旦工作狀況超越規(guī)定值，事故繼電器動作，使工作機停機，在有備用機組場合，可使備用機組自動投入。發(fā)生事故的機組，只有在消除了故障的原因之后才能再次啟動。
（2）半自動化方式：對于經(jīng)濟條件較差，資金投入不足的泵站，可以采取比較筒單的半自動化計算機監(jiān)控方案。這種方式可根據(jù)經(jīng)濟條件適當?shù)販p少傳感設(shè)備采用開環(huán)控制。即無執(zhí)行元件，通過計算機軟件計算出的監(jiān)控數(shù)據(jù)可以通過手工方法進行控制或調(diào)節(jié)。對于泵站技術(shù)改造，可以采用計算機輔助監(jiān)控系統(tǒng)。泵站控制操作仍由常規(guī)裝置來完成，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、優(yōu)化計算、事故記錄、打印制表等。其優(yōu)點是在運行中即使監(jiān)控系統(tǒng)本身發(fā)生故障，泵站機組仍能維持正常運行。但系統(tǒng)能力較低，對自動化水平的提高或升級有一定的限制等是其主要缺點。不過該方案對系統(tǒng)性能要求不高．因而投資較少．比較容易實現(xiàn)。
三、結(jié)束語：
通過這幾年的實踐，泵站自動化系統(tǒng)多優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)，通過簡化電氣設(shè)備來減少廠房面積，節(jié)省土建投資；改善工作環(huán)境，減輕勞動強度，做到安全和文明生產(chǎn)。要根據(jù)設(shè)計規(guī)范，借鑒一些泵站自動化的成功經(jīng)驗，選擇合適的生產(chǎn)廠家，在自動化系統(tǒng)創(chuàng)新改造中少走彎路，節(jié)約資金，使泵站系統(tǒng)更加科學、合理、長期穩(wěn)定運行。希望與廣大讀者共同研討，增強對該系統(tǒng)的認識和應用。隨著城市飲水工程和排澇工程的不斷增多，該系統(tǒng)將在市場中得到更多的應用。它的功能將不斷得到完善和提高。
參考文獻：
【關(guān)鍵詞】自動化控制；PLC； 視頻監(jiān)控；防雷接地
1 項目簡介
泵站作為污水處理工程的主要設(shè)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，易控應用于某泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)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(xiàn)泵站的自動化運行控制。泵站內(nèi)各種設(shè)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(jù)液位等泵站運行工況來進行控制的。泵站接收中央監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)控指令。
臺州市路橋污水處理有限公司泵站綜合管理自動化控制系統(tǒng)工程包括7座泵站自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)，各泵站與中控上位機之間的通信網(wǎng)絡采用通用的VPN網(wǎng)絡。
2 自動化控制系統(tǒng)
2.1 控制網(wǎng)絡
按集中管理、分散控制的模式，整個控制系統(tǒng)設(shè)計由二級網(wǎng)絡三個層次組成。二級網(wǎng)絡分別為：監(jiān)控管理級、現(xiàn)場控制級。三層網(wǎng)絡層次分別為：管理信息層，VPN網(wǎng)絡層和現(xiàn)場總線控制層。
2.1.1 二級通訊網(wǎng)絡：
第一級為監(jiān)控管理級：中央控制站至管理系統(tǒng)系統(tǒng)星形拓撲結(jié)構(gòu)的星型以太網(wǎng)；
第二級為現(xiàn)場控制級：現(xiàn)場控制站至中央控制站總線拓撲結(jié)構(gòu)的虛擬VPN。
2.1.2 三個層次：
第一層為管理信息層，采用星型管理以太網(wǎng)，保證自動控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程信息與其他系統(tǒng)的交互，實現(xiàn)信息資源的共享。
第二層為虛擬VPN網(wǎng)絡層，即中控室與各現(xiàn)場集散控制系統(tǒng)站間采用VPN進行數(shù)據(jù)傳輸，保證信息交互的高吞吐。
第三層為現(xiàn)場總線控制層，即現(xiàn)場控制站與現(xiàn)場控制設(shè)備的通訊，采用國際上認可的現(xiàn)場總線組網(wǎng)（MODBUS），保證現(xiàn)場信息采集的實時可靠和控制指令下發(fā)的實時性、確定性。
各污水泵站與監(jiān)控中心（監(jiān)控中心在4號泵站，4號泵站鏈接無需VPN網(wǎng)絡）采用VPN方式進行通訊，該種通訊方式具有速度快、通訊穩(wěn)定的特點。通過VPN 可以以模擬點對點專用鏈接的方式通過公共網(wǎng)絡在泵站與監(jiān)控中心之間發(fā)送數(shù)據(jù)。
VPN 即虛擬專用網(wǎng)，是通過一個公用網(wǎng)絡（通常是因特網(wǎng)）建立一個臨時的、安全的連接，是一條穿過混亂的公用網(wǎng)絡的安全、穩(wěn)定的隧道。通常， VPN 是對企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的擴展，通過它可以幫助遠程用戶、公司分支機構(gòu)、商業(yè)伙伴及供應商同公司的內(nèi)部網(wǎng)建立可信的安全連接，并保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。
2.2 控制模式
設(shè)備設(shè)中控室、現(xiàn)場控制單元、就地控制三級控制模式。
中央控制由中央控制室完成，具有最低的控制優(yōu)先級；現(xiàn)場控制單元控制由各個PLC控制站完成；就地控制則在設(shè)備或儀表的現(xiàn)場控制箱、按鈕箱、變送器等上操作完成，具有最高的控制優(yōu)先級。
三級控制方式：
（1）手動控制：就地控制柜箱上的按鈕操作，實現(xiàn)對機電設(shè)備的啟/停操作。
（2）遠程控制：操作人員通過中控室監(jiān)控計算機的鼠標或鍵盤控制現(xiàn)場機電設(shè)備的啟/停操作。
（3）自動控制：現(xiàn)場設(shè)備的運行，完全由PLC控制器根據(jù)程序和現(xiàn)場工況及數(shù)據(jù)，自動完成對設(shè)備的啟停操作和調(diào)節(jié)控制，而不需人工干預。
三級控制功能：
（1）現(xiàn)場控制單元級、泵站中控室級均設(shè)有“手動/自動”兩種控制方式，就地控制級設(shè)有“就地/遙控”兩種方式。
（2）現(xiàn)場控制單元與中控室控制優(yōu)先權(quán)，以“申請優(yōu)先”的方式，通過程序確定，為無擾動切換。
（3）對帶通訊接口的第三方產(chǎn)品，信號采集按通訊方式，設(shè)備控制通過I/O接點方式。
（4）當中控室監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障，不影響泵站的運行，操作人員可通過各現(xiàn)場PLC站按預先設(shè)置的運行模式來監(jiān)控泵站的運行。
（5）當現(xiàn)場PLC站發(fā)生故障時，可通過就地控制級上的“就地/遙控”選擇開關(guān)切換實現(xiàn)就地手動操作。
（6）當廠級數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，各現(xiàn)場PLC站可獨立完成本站的監(jiān)控任務。
2.3 主要設(shè)備測控設(shè)計
（1）格柵自動控制
回轉(zhuǎn)格柵清污機自動控制采用時間控制和水位控制。1時間控制：根據(jù)所設(shè)定的時間，控制格柵進開停。2、液位控制：根據(jù)所設(shè)定的液位值，控制格柵開停。格柵啟動時，先啟動螺旋輸送機和螺旋柵壓榨機，格柵停止后延遲一段時間再停螺旋輸送機和螺旋柵壓榨機。任何一臺格柵啟動時，均啟螺旋輸送機和螺旋柵壓榨機。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)可以設(shè)定水位值，格柵運行、停止的周期
（2）潛污泵自動控制
潛污泵自動控制是通過水位測量儀檢測水位值，當水位升高時，控制潛污泵依次逐臺啟動，水泵的啟動順序按累計的潛污泵運行時間從小到大排列。當水位降低時，控制水泵依次逐臺停止，順序與之相反。同時自動累積潛污泵運行時間，實現(xiàn)水泵的自動輪值，保證潛污泵總是處在最佳運行狀態(tài)。
應當可對潛污泵進行編組，未進入編組的潛污泵不參加運行。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)可以設(shè)定水位值?？刂瞥绦驊鶕?jù)本泵站及相關(guān)泵站設(shè)定的水位值控制潛污泵啟停和變頻運行。潛污泵應當有干運行保護功能。當水位降低到干運轉(zhuǎn)保護水位時，潛污泵全停。預警功能。當檢測到潛污泵電流過大或過小時，應當報警，以預防潛污泵故障。效率評定功能。當檢測到潛污泵電流與流量不一致時，應當報警，提示潛污泵是否空轉(zhuǎn)。
3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
污水泵站作為城市的公用事業(yè)單位，它管理的好壞直接影響著人民的正常生活和污水廠的社會效益，為使污水泵站生產(chǎn)安全可靠的順利進行和污水泵站自身的安全，因此建立一個現(xiàn)代化的閉路監(jiān)控電視系統(tǒng)是十分必要的，它能監(jiān)視污水泵站的生產(chǎn)區(qū)，觀察生產(chǎn)工藝中的效果及意外事故的發(fā)生，以便即時采取措施進行補救，防患于未然，監(jiān)視圍墻，進行防偷防盜，保證污水泵站自身的安全可靠。
路橋污水泵站自動化系統(tǒng)采用完全基于網(wǎng)絡硬盤錄像機的視頻監(jiān)控解決方案，前端的攝像機經(jīng)過網(wǎng)絡硬盤錄像機，然后將圖像通過以太網(wǎng)絡傳送到控制中心視頻服務器。
攝像機采用紅外高速智能球機、槍型紅外攝像機和紅外半球彩色攝像機。攝像機的圖像信號直接連接到視頻服務器的視頻輸入端，然后經(jīng)編碼器數(shù)字化編碼壓縮后經(jīng)由VPN網(wǎng)絡傳送到4#號泵站監(jiān)控中心的IP網(wǎng)絡存儲器上。球機的控制可以通過視頻管理軟件實現(xiàn)。
在中控室，圖像的顯示主要通過電視墻和投影機來實現(xiàn)監(jiān)控，將所有泵站內(nèi)的視頻圖像通過視頻管理軟件進行解碼處理。
整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了錄像、錄像檢索及回放、動態(tài)檢測和自動跟蹤、日志功能、安全、網(wǎng)絡發(fā)送、盤滿自動覆蓋、圖像漢字疊加、擴展等功能。
4 防雷接地保護系統(tǒng)：
由于地理位置及氣候的特點，浙江省屬于多雷區(qū)域，臺州市處于雷電多發(fā)區(qū)，為保證自控系統(tǒng)運行正常，保障相關(guān)人員的人生安全，建立完善的、符合國家標準的、可靠的防雷工程是非常必要的。
（1）接地保護：接地裝置按照國家標準，根據(jù)系統(tǒng)接地要求布置獨立的接地系統(tǒng)（接地電阻≤1歐姆），以及各電氣設(shè)備的等電位連接。
在含有接地系統(tǒng)的裝置和設(shè)備中同樣要考慮電源系統(tǒng)及自控系統(tǒng)的影響，每組地電極系統(tǒng)自身對地電阻不能超過1歐姆。
雷電接地系統(tǒng)嚴格按GB50057-94（2000版）規(guī)定中對屏蔽、接地和等電位連接要求以合適的方法與電氣接地系統(tǒng)相連接。所有保護隔離板和有關(guān)裝置的安裝嚴格按照設(shè)備制造廠的要求進行。
（2）電源防雷：第一級在變壓器二次側(cè)，主要泄放外線等產(chǎn)生的過電壓，其雷通量大，啟動電壓高（920-1800V）。 第二級在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級殘壓、配電線路上感應出的過電壓和其它用電設(shè)備的操作過電壓、其電流通量居中，啟動電壓居中（470-1800V）。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對雷電波同樣有效。 末級在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達到箝位輸出，其殘壓低，響應時間快。在中控室、各現(xiàn)場PLC控制站電源進線端、現(xiàn)場儀表及視頻攝像機供電電源出線端安裝電源第防雷器（或組合），以保護中控室設(shè)備、PLC控制站設(shè)備、現(xiàn)場儀表及視頻攝像機等的供電安全。
（3）信號防雷：各類現(xiàn)場總線電纜和4～20mA模擬量信號電纜及視頻信號電纜饋線信號電纜的兩端分別安裝合適的信號防雷器，以保護通過通信電纜傳導的浪涌電壓對PLC和現(xiàn)場設(shè)備的損壞。
【關(guān)鍵詞】控制；泵站；自動化
1、泵站自動化系統(tǒng)的構(gòu)成
泵站自動化控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)，微機保護系統(tǒng)，視頻圖像和網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)組成，主要實現(xiàn)對水泵機組、水閘、供配電系統(tǒng)、進出水池、直流系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和其泵站運行重要部位和關(guān)鍵對象、參數(shù)進行有效的監(jiān)測、監(jiān)視、監(jiān)控并做到重要數(shù)據(jù)、圖像、指令的傳送和接收。
自動化控制主要包括現(xiàn)場設(shè)備的控制，現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)視，輔助設(shè)備的檢測和站區(qū)范圍內(nèi)的通訊網(wǎng)絡幾大部分。水閘和水泵的啟閉，機電保護和各類設(shè)備狀態(tài)檢測是現(xiàn)場控制的關(guān)鍵。動作、狀態(tài)和環(huán)境聯(lián)動是現(xiàn)場監(jiān)控的最高要求。
2、泵站自動化控制的要求
2.1控制的原則
控制系統(tǒng)中主要設(shè)備的控制為三級：就地、自動、遙控。“就地”為最基本的控制級；即手動操作就地控制箱上的啟、停按鈕，該級為最基本級?！白詣蛹墶睘樵O(shè)備根據(jù)現(xiàn)場控制箱內(nèi)小PLC進行一定程序的自動操作和設(shè)備之間的聯(lián)鎖，該級為半自動；“遙控級”為設(shè)備遠程控制級，分“遠程手動”和“遠程自動”兩種狀態(tài)，當開關(guān)處于“遠程手動”時分控制站PLC和中控室可“點動”下屬設(shè)備，當開關(guān)處于“遠程自動”狀態(tài)時。分控制站PLC根據(jù)工藝條件進行一定程序的自動操作和設(shè)備間的聯(lián)鎖。
2.2子系統(tǒng)控制內(nèi)容和要求
控制系統(tǒng)共設(shè)一個控制中心和四個控制子系統(tǒng)，控制中心和子系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)進行通訊，實現(xiàn)對控制對象的監(jiān)視和控制。
控制室設(shè)在管理樓，上位機安裝在控制室內(nèi)，共設(shè)兩臺監(jiān)控服務器，一臺通訊服務器，一臺視頻服務器。兩臺控制服務器互為備用，當其中一臺服務器發(fā)生故障不會造成數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)中斷。通訊服務器負責數(shù)據(jù)庫的存儲和上一級監(jiān)控系統(tǒng)的通訊，實現(xiàn)遠方集中控制。
四個控制子站分別為：泵組子系統(tǒng)LCU1、公用子系統(tǒng)LCU2、節(jié)制閘子系統(tǒng)LCU3、閘門液壓子系統(tǒng)LCU4
LCU1子系統(tǒng)主要控制多臺水泵。平均兩臺水泵配置一臺PLC柜安裝在泵房內(nèi)機旁。當主機泵事故跳閘時，應聯(lián)動同時關(guān)主機泵進水閘門。
LCU2子系統(tǒng)配置一臺PLC柜，監(jiān)控對象包括lOKV高壓開關(guān)柜、0.4KV低壓開關(guān)柜、變壓器、溫控器、直流柜、檢修排水泵，滲漏排水泵，清污機、皮帶輸送機和其他PLC故障信號等。
LCU3子系統(tǒng)配置一臺PLC柜，安裝在節(jié)制閘啟閉機平臺上，實現(xiàn)閘門開度、水位、限位開關(guān)等設(shè)備狀態(tài)的采集和處理，接受控制室現(xiàn)場命令進行閘門的開關(guān)控制，和對控制設(shè)備進行故障檢測。
LCU4子系統(tǒng)配置一臺PLC柜，安裝在油泵房內(nèi)，主要負責多面工作閘門的液壓系統(tǒng)的信號采集和故障報警，當主泵事故跳閘或緊急停機時，應聯(lián)動同時關(guān)主泵進水閘門。
3、泵站系統(tǒng)功能
泵站自動化控制系統(tǒng)應具備如下功能：數(shù)據(jù)采集和處理、運行監(jiān)視和報警、控制和調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通訊等。
3.1數(shù)據(jù)采集和處理
將現(xiàn)場四個子系統(tǒng)下屬設(shè)備的各種運行參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)通過I/O通道或現(xiàn)場采集到LCU，經(jīng)過必要的數(shù)據(jù)處理后形成各類實時數(shù)據(jù)。這里主要強調(diào)采集的數(shù)據(jù)和處理要求包括如下類型：
A.模擬量的采集和處理：
對內(nèi)外河水位、水泵、閘門開啟高度、變配電的高、低壓電器系統(tǒng)等參數(shù)越限報警進行周期采集，最后經(jīng)格式化處理后形成實時數(shù)據(jù)并存入實時數(shù)據(jù)庫。
B.開關(guān)的采集和處理
對事故信號，開關(guān)量信號等，計算機自動控制系統(tǒng)應能迅速響應這些信號并作出一系列的反應和自動操作。開關(guān)量信號輸入應無源接點輸入。對各類故障信號，輔助設(shè)備運行狀態(tài)信號，手動自動方式選擇的信號等非中斷開關(guān)量的信號，計算機控制系統(tǒng)對這些信號的采集方式定期掃查。對信號的處理包括光電隔離，接點防抖動處理，硬件和軟件濾波基準時間補償，數(shù)據(jù)有效性和合理性的判斷，啟動相關(guān)量功能（如啟動事故順序記錄、或事故報警音響，畫面自動推出和自動停機等），最后經(jīng)格式化處理后存人實時數(shù)據(jù)庫。
C.脈沖量的累積和處理
脈沖量的采集處理包括接點當抖動處理，數(shù)據(jù)有效性合理判斷、標度變換、檢錯糾錯處理，經(jīng)格式化處理后存人實時數(shù)據(jù)庫，也能直接通過串行通訊采集。
D.開關(guān)量輸出
指各種操作指令，計算機在輸出這些信息前應進行效驗，經(jīng)判斷無誤后方可送至執(zhí)行機構(gòu)。為保證信號電器獨立性和準確性，輸出信號應防抖動并光電阻隔。
E信號量值和壯態(tài)設(shè)定
因為設(shè)備原因而造成的信號出錯和在必要進行人工設(shè)定值分析處理信號量時，計算機自動控制系統(tǒng)應允許運行值班人員和系統(tǒng)操作人員對其進行人工設(shè)定，并在處理時把它們和正常采集的信號同等對待，計算機自動控制系統(tǒng)能區(qū)分它們并給出相應標志。
3.2運行監(jiān)視和事故報警
A，運行實時監(jiān)視
計算機自動控制系統(tǒng)能使運行人員通過屏幕對各主設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視。所有要進行監(jiān)視的內(nèi)容包括當前各設(shè)備的運行和停運情況，并對各運行參數(shù)進行實時顯示。
B.參數(shù)越限報警記錄
計算機自動控制系統(tǒng)對某些參數(shù)和計算數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，對這些參數(shù)量值可預先設(shè)定其限制范圍，當它們越限和復限時要作相應的處理。這些處理包括越限報警、越復限時的自動顯示、記錄和打??；對于重要參數(shù)和數(shù)據(jù)還應進行越限后至復限的數(shù)據(jù)存儲和召喚顯示；啟動相關(guān)量分析功能，作故障原因提示，對于一些重要參數(shù)要有趨勢報警。
C.事故追憶和相關(guān)量記錄
在發(fā)生事故時，由各現(xiàn)場控制單元采集和設(shè)備的狀態(tài)量并送控制室，完成事件順序排序、排列、顯示、打印和存檔。每個事件的記錄和打印點名稱、狀態(tài)描述和時標、記錄的分辨率不大于2ms，應能記錄事故發(fā)生前10秒和后20秒時間內(nèi)重要實時參數(shù)的變化情況。運行人員能召喚、顯示或打印這些數(shù)據(jù)。
3.3控制和調(diào)節(jié)
3.3.1控制對象：水泵、水閘、格柵、高低壓電器設(shè)備等。
3.3.2控制方式
當控制方式切換到計算機控制為主的方式時，集控中心值班人員通過主控站工控機人機接口對設(shè)備進行監(jiān)控，主要有：
1）自動完成開、停機和泵閘啟閉。
2）電氣設(shè)備開關(guān)合/分操作。
3）各種輔助設(shè)備的操作。
4）各種整定值和限值的設(shè)定。
5）各種信號處理。
6）其他和管理單位商定的功能。
3.3.3泵組順序控制
當泵組開、停機指令確認下發(fā)后，計算機監(jiān)控系統(tǒng)能自動推出相應機組的開、停機操作過程監(jiān)視畫面。畫面上反映操作全過程中所有重要步驟的實時狀態(tài)、執(zhí)行時間和執(zhí)行情況，當操作受阻時迅速提示受阻部位和受阻原因。機組的開、停機操作允許開環(huán)單步運行和閉環(huán)自動運行〔計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動識別在不同方式下的開、停機操作要求并作出響應。
3.3.4泵組輔助設(shè)備和公用設(shè)備手動控制和啟、?；蜷_、閉手動操作
3.3.5控制和調(diào)節(jié)對象和控制和調(diào)節(jié)方式
控制和調(diào)節(jié)對象主要為閘門、水泵和其他電器設(shè)備。當控制方式切換到計算機控制為主方式時，控制室值班人員通過工控機人機接口對設(shè)備進行監(jiān)控，應能完成下列內(nèi)容：按給定開度自動完成開閘、關(guān)閘操作；閘門運行過程中遇到意外情況時在監(jiān)控主機和現(xiàn)場進行急停操作；電器設(shè)備開關(guān)合/分操作；各種輔助設(shè)備的操作；各種整定值和限值的設(shè)定。
3.4其他必要功能
3.4.1.統(tǒng)計和制表。對采集的數(shù)據(jù)和檢測事件進行在線計算，打印輸出各種運行日志和報表。
3.4.2人機接口。在線顯示實時圖形，使值班人員對運行過程進行安全監(jiān)視并通過控制室計算機鍵盤在線調(diào)整畫面、顯示數(shù)據(jù)和狀態(tài)、修改參數(shù)、控制操作等。
3.4.3語音提示功能。當各畫面進行操作時應能語音提示，和發(fā)生事故和故障時，應能用準確、清晰的語言向有關(guān)人員發(fā)出報警。
3.4.4系統(tǒng)自檢和自動重啟動。包括主機自檢和過程故障檢測，通過檢測包括對I/O過程通道在線白動檢測.檢測內(nèi)容有通道數(shù)據(jù)有效性、合理性判斷，故障點自動查找和故障自動報警。
3.5數(shù)據(jù)通訊
數(shù)據(jù)通訊主要包括：
（1）中控和子系統(tǒng)之間的通訊。
（2）中控和上級部門的通信。
（3）將泵、閘的有關(guān)數(shù)據(jù)，信息送往上級部門，接收上級部門下發(fā)的各種命令，計算機和設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。
（4）計算機和各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，其原則是速度快、數(shù)據(jù)處理能力強、安全可靠性高。使泵站達到快速敏捷、高效低耗運行。
參考文獻
[1]《水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備安裝技術(shù)規(guī)程》（SL400-2007）
關(guān)鍵詞：油田集輸泵站；自動化控制系統(tǒng)；實時監(jiān)控；分離器；應用
中圖分類號：F407.67 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 12-0000-01
The Automation Control System of Oil Gathering and Transportation Pumping
Zhou Ling,Dai Bin,Zhao Min,Qi Dequan
(China Petroleum and Jidong Oilfields Land Oilfield Operation Area,Tangshan063200,China)
Abstract:Pumping oil gathering operation and management of backward production status,design automation control system.Describes Opto22 ME computer monitoring system structure and function,and its pumping station separator Kong gathering applications.Application results show that the system can real-time automatic monitoring and control process in gathering parts of the production process parameters to ensure the production of oil and gas gathering and transportation safety,optimize the operation conditions,improve production efficiency.
Keywords:Oil field gathering pumping station;Automatic control systems;Real-time monitoring;Separator;Application
一、前言
作為一個老站，設(shè)備陳舊老化，事故率、運行維護費用高、職工勞動強度大的矛盾日益突出，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，集輸處理量不斷增加。由于監(jiān)測參數(shù)量多，以往靠人工檢測儲油罐液面、油水界面對盤庫不準，手動控制脫水器界面難度高，這些因素給首站生產(chǎn)操作和管理帶來很大困難。為適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，使生產(chǎn)和管理實現(xiàn)自動化，根據(jù)首站現(xiàn)狀，實施了集輸泵站的自動化改造，并成功地用于集輸泵站的自動化生產(chǎn)中。
二、自動化監(jiān)控系統(tǒng)介紹
（一）ME控制系統(tǒng)簡介
根據(jù)首站現(xiàn)狀，采用美國Opto22公司的ME計算機監(jiān)控系統(tǒng)作為首站自動化監(jiān)控系統(tǒng)的骨干結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)采用上、下位機方式，在現(xiàn)場采用多級CPU進行控制處理，各I/O模塊對輸入輸出信號能提供4000V的隔離，系統(tǒng)的實時性、可靠性、靈活性優(yōu)于其他系統(tǒng)。系統(tǒng)的上位機主要由工控機、控制軟件組成；下位機主要由控制器、智能板、I/O模塊組成。上位機與控制器通過100Mb/s以太網(wǎng)進行通信，控制器與智能板通過RS485進行串行通信，I/O模塊直接插在智能板上?？刂栖浖纳衔粰C通過以太網(wǎng)下載至控制器。
該控制系統(tǒng)的特點如下：一是可靠性高、二是可維護性高、三是智能化、四是實用性強。
（二）ME控制系統(tǒng)構(gòu)成
站內(nèi)設(shè)有一套計算機控制系統(tǒng)，分為兩級控制，上位機控制設(shè)在主控室，負責全站工藝流程數(shù)據(jù)管理，根據(jù)不同工藝流程，將控制崗位劃分為分離器崗、計量崗和外輸崗，每個崗位均設(shè)現(xiàn)場控制機一套，負責工藝流程顯示、數(shù)據(jù)采集與控制。計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)均達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
1.現(xiàn)場控制單元
現(xiàn)場控制單元分布于聯(lián)合站的各個崗位，負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制策略的實現(xiàn)，是智能聯(lián)合站的核心部件。其采集數(shù)據(jù)主要包括：每臺分離器的液位、入口壓力和溫度、出口匯管壓力和溫度、脫水泵房和外輸泵房的進出口壓力、溫度、流量泵的電流和電壓、每臺流量計的來油溫度和壓力。
各控制單元和上位監(jiān)控站同時作為控制網(wǎng)絡的一個節(jié)點，能進行高速對等通訊。ME控制系統(tǒng)采用的現(xiàn)場控制單元主控器為SNAP-LCM4主控器，可支持串口、ARCNET、以太網(wǎng)，可實現(xiàn)多種通訊方式組合，滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求。ME控制系統(tǒng)采用SNAP-B3000單元處理器，其主要功能是可完成和主控器之間的多種通訊方式，并對主控器的要求做出快速的響應；實現(xiàn)I/0的智能化，處理簡單的邏輯功能，對本單元的I/0點進行定期掃描。
2.上位機監(jiān)控站
上位機監(jiān)控站可以通過組態(tài)構(gòu)成各種功能畫面，借助于這些畫面可以完成對生產(chǎn)過程的監(jiān)視及控制。它主要顯示參數(shù)總貌、工段、細目、趨勢、流程圖畫面、設(shè)備啟停狀態(tài)及PID調(diào)節(jié)功能、系統(tǒng)顯示畫面示意及各種報表功能，系統(tǒng)數(shù)據(jù)覆蓋了全部生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，便于形成完整的實時生產(chǎn)管理系統(tǒng)，分別設(shè)有離器區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示畫面和工藝流程顯示畫面。
聯(lián)合站的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡，實時進入信息中心的數(shù)據(jù)庫中，通過分析軟件，可及時形成各類分析圖表。使用標準的網(wǎng)頁瀏覽器可以對系統(tǒng)信息進行監(jiān)測，生產(chǎn)運行情況、設(shè)備情況、計量數(shù)據(jù)、油氣產(chǎn)量等數(shù)據(jù)一目了然。
三、自動化監(jiān)控系統(tǒng)在分離器崗的現(xiàn)場應用及效益分析
（一）現(xiàn)場應用實例
實例1：2005年3月12日凌晨3點，操作人員發(fā)現(xiàn)1#分離器采油六隊的液位由原來的0.98mm降到0.65mm，壓力由0.28Mpa降到0.23Mpa，及時到現(xiàn)場進行檢查，排除了分離器的故障，經(jīng)過分析判斷，認為是采油六隊的來液量減少，立即與采油六隊聯(lián)系。經(jīng)過巡線，發(fā)現(xiàn)是采油隊一個計量站的外輸管線穿孔。由于首站發(fā)現(xiàn)及時，使采油隊在最短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題解決問題，避免了場地污染等事態(tài)的擴大。
（二）有助于操作人員準確調(diào)節(jié)油氣分離器
油氣分離器工作的好壞，以分離質(zhì)量和分離程度來衡量，分離質(zhì)量差，不但隨氣體流失了本該納入液相的輕質(zhì)油，降低了原油的質(zhì)量和數(shù)量，而且氣管線中存在的液相原油會增大阻力損失，嚴重時甚至堵塞氣管線，分離程度不好，造成出油管串氣，減少產(chǎn)氣量。采用自動化監(jiān)控系統(tǒng)后，操作人員能夠根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，及時準確地進行調(diào)節(jié)，使分離器液位始終保持在1/2～2/3的位置，保證了分離器的分離效果，減小過多的氣體造成沉降罐內(nèi)液體的攪動，提高了原油計量的準確性，并最大限度地增加產(chǎn)氣量，提高了經(jīng)濟效益。
機控制操作與狀態(tài)監(jiān)視，在提高泵站科學管理水平、安全運行中所起到的重要作用。本文主要對泵站自動化控制系統(tǒng)功能相關(guān)內(nèi)容進行了探討。
【關(guān)鍵詞】泵站；自動化；控制系統(tǒng)
中圖分類號： TV675 文獻標識碼： A 文章編號：
1、泵站自動化的組成
自動化控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)，微機保護系統(tǒng)，視頻圖像以及網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)組成，主要實現(xiàn)對水泵機組、水閘、供配電系統(tǒng)、進出水池、直流系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及其泵站運行重要部位與關(guān)鍵對象、參數(shù)進行有效的監(jiān)測、監(jiān)視、監(jiān)控并做到重要數(shù)據(jù)、圖像、指令的傳送和接收。自動化控制主要包括現(xiàn)場設(shè)備的控制，現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)視，輔助設(shè)備的檢測和站區(qū)范圍內(nèi)的通訊網(wǎng)絡幾大部分。水閘和水泵的啟閉，機電保護以及各類設(shè)備狀態(tài)檢測是現(xiàn)場控制的關(guān)鍵。動作、狀態(tài)和環(huán)境聯(lián)動是現(xiàn)場監(jiān)控的最高要求。
2、泵站系統(tǒng)功能
泵站自動化控制系統(tǒng)主要體現(xiàn)在一下功能:數(shù)據(jù)采集與處理、運行監(jiān)視和報警、控制與調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)通訊等。
2.1數(shù)據(jù)采集與處理
采集的數(shù)據(jù)與處理要求包括如下類型:
A.模擬量的采集與處理:對內(nèi)外河水位、水泵、閘門開啟高度、變配電的高、低壓電器系統(tǒng)等參數(shù)越限報警進行周期采集，最后經(jīng)格式化處理后形成實時數(shù)據(jù)并存入實時數(shù)據(jù)庫。
B.開關(guān)的采集與處理：對事故信號，開關(guān)量信號等，計算機自動控制系統(tǒng)應能迅速響應這
些信號并作出一系列的反應及自動操作。開關(guān)量信號輸入應無源接點輸入。對各類故障信號，輔助設(shè)備運行狀態(tài)信號，手動自動方式選擇的信號等非中斷開關(guān)量的信號，計算機控制系統(tǒng)對這些信號的采集方式定期掃查。對信號的處理包括光電隔離，接點防抖動處理，硬件及軟件濾波基準時間補償，數(shù)據(jù)有效性及合理性的判斷，啟動相關(guān)量功能（如啟動事故順序記錄、或事故報警音響，畫面自動推出以及自動停機等），最后經(jīng)格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫。
C.脈沖量的累積與處理：脈沖量的采集處理包括接點當抖動處理，數(shù)據(jù)有效性合理判斷、標
度變換、檢錯糾錯處理，經(jīng)格式化處理后存入實時數(shù)據(jù)庫，也可以直接通過串行通訊采集。
D.開關(guān)量輸出：指各種操作指令，計算機在輸出這些信息前應進行效驗，經(jīng)判斷無誤后方可送至執(zhí)行機構(gòu)。為保證信號電器獨立性及準確性，輸出信號應防抖動并光電阻隔。
E.信號量值及狀態(tài)設(shè)定：由于設(shè)備原因而造成的信號出錯以及在必要進行人工設(shè)定值分析
處理信號量時，計算機自動控制系統(tǒng)應允許運行值班人員和系統(tǒng)操作人員對其進行人工設(shè)定，并在處理時把它們與正常采集的信號同等對待，計算機自動控制系統(tǒng)可以區(qū)分它們并給出相應標志。
2.2運行監(jiān)視和事故報警
A.運行實時監(jiān)視。計算機自動控制系統(tǒng)可以使運行人員通過屏幕對各主設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視。所有要進行監(jiān)視的內(nèi)容包括當前各設(shè)備的運行及停運情況，并對各運行參數(shù)進行實時顯示。
B.參數(shù)越限報警記錄。計算機自動控制系統(tǒng)對某些參數(shù)以及計算數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，對這些參數(shù)量值可預先設(shè)定其限制范圍，當它們越限及復限時要作相應的處理。這些處理包括越限報警、越復限時的自動顯示、記錄和打??；對于重要參數(shù)及數(shù)據(jù)還應進行越限后至復限的數(shù)據(jù)存儲及召喚顯示；啟動相關(guān)量分析功能，作故障原因提示，對于一些重要參數(shù)要有趨勢報警。
C.事故順序記錄。當發(fā)生事故造成跳閘動作情況時，自動控制系統(tǒng)應立即中斷方式響應并自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄和打印相關(guān)設(shè)備的動作情況、自動推出相關(guān)畫面、做事故原因分析及提示處理方法，系統(tǒng)應能將發(fā)生的事故及設(shè)備的動作情況按其發(fā)生的先后順序記錄下來。
D.故障狀態(tài)顯示記錄。計算機自動控制系統(tǒng)定時掃查各種故障狀態(tài)信號，一旦發(fā)生狀態(tài)將在屏幕上即時顯示出來，同時記錄故障及其發(fā)生時間，并用語音報警。系統(tǒng)對故障狀態(tài)信號的查詢周期不超過兩秒。
E.事故追憶及相關(guān)量記錄。在發(fā)生事故時，由各現(xiàn)場控制單元采集和設(shè)備的狀態(tài)量并送控制室，完成事件順序排序、排列、顯示、打印和存檔。每個事件的記錄和打印點名稱、狀態(tài)描述和時標、記錄的分辨率不大于2ms，應能記錄事故發(fā)生前10秒和后20秒時間內(nèi)重要實時參數(shù)的變化情況。運行人員可以召喚、顯示或打印這些數(shù)據(jù)。
2.3控制與調(diào)節(jié)
2.3.1控制對象：水泵、水閘、格柵、高低壓電器設(shè)備等。
2.3.2控制方式。當控制方式切換到計算機控制為主的方式時，集控中心值班人員通過主控站工控機人機接口對設(shè)備進行監(jiān)控，主要有：1）自動完成開、停機和泵閘啟閉。2）電氣設(shè)備開關(guān)合/分操作。3）各種輔助設(shè)備的操作。4）各種整定值和限值的設(shè)定。5）各種信號處理。6）其他與管理單位商定的功能。
2.3.3泵組順序控制。當泵組開、停機指令確認下發(fā)后，計算機監(jiān)控系統(tǒng)能自動推出相應機組的開、停機操作過程監(jiān)視畫面。畫面上反映操作全過程中所有重要步驟的實時狀態(tài)、執(zhí)行時間及執(zhí)行情況，當操作受阻時及時提示受阻部位及受阻原因。機組的開、停機操作允許開環(huán)單步運行和閉環(huán)自動運行。計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動識別在不同方式下的開、停機操作要求并作出響應。
2.3.4泵組輔助設(shè)備及公用設(shè)備手動控制及啟、?；蜷_、閉手動操作。
2.3.5閘門順序控制。當閘門啟、閉指令確認并下發(fā)后，計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動推出響應閘門啟、閉操作過程監(jiān)視畫面。畫面上反映操作全過程中所擁有重要步驟的實時狀態(tài)、執(zhí)行時間及執(zhí)行情況，當操作受阻時及時提示受阻部位及受阻原因。閘門啟、閉操作允許開環(huán)單步運行和閉環(huán)自動運行。計算機監(jiān)控系統(tǒng)能自動識別在不同方式下的啟、閉操作要求并作出不同的響應。
2.3.6控制與調(diào)節(jié)對象及控制與調(diào)節(jié)方式?？刂婆c調(diào)節(jié)對象主要為閘門、水泵以及其他電器設(shè)備。當控制方式切換到計算機控制為主方式時，控制室值班人員通過工控機人機接口對設(shè)備進行監(jiān)控，應能完成下列內(nèi)容：按給定開度自動完成開閘、關(guān)閘操作；閘門運行過程中遇到意外情況時在監(jiān)控主機以及現(xiàn)場進行急停操作；電器設(shè)備開關(guān)合/分操作；各種輔助設(shè)備的操作；各種整定值和限值的設(shè)定。
2.4其他必要功能
2.4.1.統(tǒng)計與制表。對采集的數(shù)據(jù)與檢測事件進行在線計算，打印輸出各種運行日志和報表。
2.4.2人機接口。在線顯示實時圖形，使值班人員對運行過程進行安全監(jiān)視并通過控制室計算機鍵盤在線調(diào)整畫面、顯示數(shù)據(jù)和狀態(tài)、修改參數(shù)、控制操作等。
2.4.3畫面顯示。畫面顯示是計算機自動控制的主要功能，畫面調(diào)用將允許自動及召喚方式實現(xiàn)。自動方式指當有事故發(fā)生時或進行某種操作時有關(guān)畫面的自動推出，召喚方式指某些功能鍵或以菜單方式調(diào)用所需要畫面。畫面種類包括動態(tài)顯示圖、單線圖、立面圖、曲線、各種語句、表格等。要求畫面顯示清楚穩(wěn)定，畫面結(jié)構(gòu)合理，刷新速度快且操作簡單。單線系統(tǒng)種類包括電氣主接圖、啟閉機控制接線圖等。在這類畫面上能實時顯示出運行設(shè)備的實時狀態(tài)及某些重要參數(shù)的實時值，同時可通過窗口顯示其它有關(guān)信息。
立面圖在畫面上能實時顯示出水位、動態(tài)顯示閘門開度等參數(shù)，形象直觀；并能點擊彈出各啟閉機的控制畫面。表格類包括參數(shù)及參數(shù)給定值、特性表、定值變更統(tǒng)計表、各類報警信息統(tǒng)計表，操作統(tǒng)計表、各類運行報表、運行日志、水文特征值等。運行指導類包括升、降、停指導，低壓系統(tǒng)操作指導，種類提示信息等。以上各類畫面可以按值班人員要求組合在一起顯示，也可以單獨顯示。設(shè)備狀態(tài)維修的指導除了正常的監(jiān)視各類設(shè)備的運行狀態(tài)外還應
具備設(shè)備的維修指導，達到指定的參數(shù)時給出提示，使設(shè)備的維護更科學。
2.4.4語音提示功能。當各畫面進行操作時應能語音提示，以及發(fā)生事故和故障時，應能用準確、清晰的語言向有關(guān)人員發(fā)出報警。
2.4.5系統(tǒng)自檢和自動重啟動。包括主機自檢和過程故障檢測，通過檢測包括對I/O過程通道在線自動檢測，檢測內(nèi)容有通道數(shù)據(jù)有效性、合理性判斷，故障點自動查找及故障自動報警。
2.5數(shù)據(jù)通訊。數(shù)據(jù)通訊主要包括：（1）中控與子系統(tǒng)之間的通訊。（2）中控與上級部門的通信。（3）將泵、閘的有關(guān)數(shù)據(jù)，信息送往上級部門，接收上級部門下發(fā)的各種命令，計算機與設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。（4）計算機與各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，其原則是速度快、數(shù)據(jù)處理能力強、安全可靠性高。使泵站達到快速敏捷、高效低耗運行。
參考文獻：
