安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

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

泵站自動(dòng)化技術(shù)的提升有利于提升精細(xì)化管理水平、提高調(diào)度優(yōu)化水平能力、增強(qiáng)泵站聯(lián)合運(yùn)行能力， 根據(jù)《全國(guó)水利自動(dòng)化與信息化規(guī)劃》，我國(guó)將依據(jù)“科學(xué)規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，有步驟地推進(jìn)泵站自動(dòng)化與信息化建設(shè)，未來(lái)泵站自動(dòng)化技術(shù)將持續(xù)向前發(fā)展。作為城市供水行業(yè)的大中型泵站，其自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)同樣會(huì)結(jié)合地區(qū)及行業(yè)的實(shí)際情況，向著科學(xué)化、現(xiàn)代化方向遞進(jìn)。

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)。

4 安科瑞為泵站自動(dòng)化管理提供以下解決方案

4.1 泵站電氣監(jiān)測(cè)與計(jì)量產(chǎn)品選型

4.1.1 RS485/以太網(wǎng)有線通訊電能計(jì)量?jī)x表

APM系列網(wǎng)絡(luò)電力儀表按IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，電能質(zhì)量分析及網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，主要用于對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的綜合監(jiān)控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設(shè)計(jì)，當(dāng)客戶需要增加開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網(wǎng)通訊時(shí)，只需在背部插入對(duì)應(yīng)模塊即可。

功能特點(diǎn)：

? 測(cè)量參數(shù)：全電量測(cè)量，四象限電能測(cè)量。

? 脈沖輸出：有功無(wú)功電能脈沖輸出

? 需量測(cè)量：三相電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率實(shí)時(shí)需量及大需

量(包含時(shí)間戳)

? 極值統(tǒng)計(jì)：電流、線電壓、相電壓、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功 率因數(shù)、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時(shí)間戳)

? 電能質(zhì)量：電流、線電壓、相電壓不平衡度；電壓相間角度、電流相間角度；電壓電流總(奇、偶)諧波含量；電壓電流分次諧波(2-63 次)諧波含量；電壓波峰系數(shù)；電話波形因子；電流 K 系數(shù)。

? 報(bào)警記錄；共 66 種報(bào)警類型，每種類型可記錄較近 16 條報(bào)警記錄，支持SD 卡擴(kuò)展記錄。

? 事件記錄；可記錄較近 128 條事件記錄，支持 Micro SD 卡擴(kuò)展記錄。

? 擴(kuò)展功能：復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)(總復(fù)費(fèi)率電能及近 12 月復(fù)費(fèi)率電能)；8 路開關(guān)量輸入+2 路轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)繼電器輸出(8DI+2DO)；Micro SD 卡(TF 卡)存儲(chǔ)(報(bào)警記錄，事件記錄，電參量和電能定時(shí)記錄等)；8 路模擬量輸入(0.5 級(jí))+4 路模擬量輸出(0.5級(jí))(8AI+4AO)；1 路 RS485/Modbus-RTU，支持主站模式或從站模式；1 路 Profibus-DP；1 路以太網(wǎng)，支持 Modbus-TCP、http、SMTP、DHCP 協(xié) 議；

4.2泵站不解地/漏電保護(hù)產(chǎn)品選型

ASJ系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動(dòng)作保護(hù)器，主要適用于交流50Hz，人身觸電危險(xiǎn)提供間接接觸保護(hù)。

功能特點(diǎn)：

? 該裝置主要應(yīng)用于系統(tǒng)保護(hù)，作為直接電擊、間接電擊、電器火災(zāi)以及分級(jí)保護(hù)的防護(hù)。再直接電擊 防護(hù)中只作為補(bǔ)充防護(hù)，此時(shí)額定剩余動(dòng)作電流不超過(guò) 30mA。

? 下列設(shè)備和場(chǎng)所必須安裝保護(hù)裝置：移動(dòng)式電器設(shè)備及手持式電動(dòng)工具，生產(chǎn)用的電器設(shè)備，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統(tǒng)配電線路，防止接地故障電流引起的設(shè)備和電氣火災(zāi)事故，也可用于對(duì)施工工 地的電氣機(jī)械設(shè)備，安裝在戶外的電器裝置等（詳見(jiàn) GB13955）。

? 額定剩余動(dòng)作電流應(yīng)充分考慮系統(tǒng)正常泄漏電流值。一般不小于正常實(shí)測(cè)泄漏電流較大值的 2-4 倍：分 支線 4 倍；支線 2.5 倍；干線 2 倍。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 單相回路：I△n≥In/2000（照明） 三相回路：I△n≥In/1000（動(dòng)力或動(dòng)力照明混合）式中 In 為線路較大供電電流。 ● 為了保證分級(jí)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，上下級(jí)間的電流和時(shí)間配合應(yīng)符合下列規(guī)定： I△n1（上級(jí)）≥I△n2（下級(jí)） tF（上級(jí) ASJ 返回時(shí)間）＞tFa（下級(jí) ASJ 分?jǐn)鄷r(shí)間），時(shí)間差不小于 0.2s。 一般分支線和末端：30～100mA、≤0.1s；支線：300～500mA、0.2～0.8s； 干線：500~1000mA、≤2s 。

5 結(jié)語(yǔ)

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。