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(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(jù)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(shù)據(jù)和調控指令，作為泵站自動控制的條件參數(shù)，以配合實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)報表等。可對全泵站生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(wǎng)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(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)的采集，以及對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控。PLC主站通過以太網(wǎng)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(xiàn)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(shù)、運行狀態(tài)送到PLC，而PLC則實現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)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(jīng)濟。充分發(fā)揮泵組的提升能力和管網(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)，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(shù)據(jù)采集，對全廠主要設備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)自動定時的進行采集，并存于實時數(shù)據(jù)庫，供計算機系統(tǒng)實現(xiàn)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(chǎn)過程和運行情況，各點參數(shù)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(xiàn)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(xié)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(shù)據(jù)集總器等設備采用工業(yè)以太網(wǎng)（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(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng) (DDN)；備用信道為無線通信信道，經(jīng)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(xiàn)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(xiàn)，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(xié)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(shù)據(jù)采集和運行參數(shù)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(lián)設備的聯(lián)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)場設備可以在配電屏或控制柜上實現(xiàn)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(lián)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(xiàn)，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(xiàn)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(shù)據(jù)，定時打印數(shù)據(jù)報表，查詢歷史數(shù)據(jù)、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(wǎng)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(shù)據(jù)實時數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)： “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(shù)、電流值、頻率值、轉速值、累積流量等參數(shù)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(shù)： “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(shù)等參數(shù)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(shù)： “格柵監(jiān)測”窗口集中顯示了格柵的當前狀態(tài)等參數(shù)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(shù)據(jù)采集
本系統(tǒng)對過程數(shù)據(jù)自動進行巡回采集和存儲，數(shù)據(jù)采樣周期小于100ms，其中機組重要參數(shù)按性質分為兩大類。
(1)開關類參數(shù):這類參數(shù)來源是PLC，如：機組控制開機、停機，閘門開關等；
(2)流量類參數(shù)：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(shù)據(jù)采集，對于PLC設備，使用時只需添加設備并進行一些參數(shù)設置，便可實現(xiàn)信息傳送;。根據(jù)用戶要求進行不同的數(shù)據(jù)處理，動態(tài)顯示或者保存到數(shù)據(jù)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(chǎn)管理等多方面的要求，現(xiàn)場運行穩(wěn)定可靠、經(jīng)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(shù)據(jù)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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