试谈泵站综合自动化系统的功能与选型--卢.doc





《试谈泵站综合自动化系统的功能与选型--卢.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《试谈泵站综合自动化系统的功能与选型--卢.doc(103页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流试谈泵站综合自动化系统的功能与选型-卢.精品文档.试谈泵站综合自动化系统的功能与选型 长沙华能自控集团有限公司 卢任文摘要 :泵站改造时,应根据泵站的情况选用合适的计算机网络系统;泵站群的调度系统更应该根据本身的具体情况,选择合适的通讯方式。泵站的运行应该注重效率和节能,在改造时应选用合适型号的泵组,选定控制模式(手动调节、变角调节或是变速调节)。关键词 :分层分布式、现场总线网、高速以太网、环形以太网、GPRS网、无线扩频网、变角调节、变速调节。一、前言水利是我国国民经济的重要基础产业,而泵站工程是水利工程的重要组成部分,在解决洪涝灾害、干
2、旱缺水、水环境恶化等三大水资源问题的今天,承担防洪、除涝、灌溉、调水和供水的重任。 新中国成立60年来,我国机电排灌泵站工程获得长足的发展。但是许多泵站年久失修,自然老化严重,有的泵站原来的规划设计不合理,标准偏低,都需要重新改造。 在泵站改造中,应充分利用先进的计算机技术、自动控制技术、通讯技术、电力电子技术、故障诊断技术和现代管理技术。本文就计算机技术在泵站改造、设计、选型中的应用,谈谈个人的陋见。二、泵站的自动控制系统21 对泵站自动控制系统的要求 泵站的自动控制系统、机组性能和效率应达到先进水平,自动化系统具有技术先进、安全可靠、经济合理、管理方便等特点。在保证设备运行可靠性、稳定性、
3、安全性的同时,注重提高效率、降低能耗、降低维护成本。通过改造,使泵站安全运行率达到98%以上,并提高管理信息化水平。设计标准按“无人值班(少人值守)”进行。 泵站自动控制系统建设包括计算机监控系统、微机保护系统、视频监控系统以及网络通讯系统,主要实现对泵站的主要设备的动态监视、测量、自动控制与微机保护,调度通信和视频监控自动化,以及计算机联网调度及管理等功能。系统结构宜采用分层分布式网络结构,由现地控制层、泵站主控层、调度控制层等三级构成。22 泵站自动控制系统的组成泵站自动控制系统可由下列三部分组成。1、第一级现地控制层,通过各种传感器、开入量等全方位采集泵组、辅助设备、电气设备及周边设施、
4、水工建筑物和环境数据和信息;负责对泵站各种数据进行采集,通过下位机对变电部分、主机泵、辅机、闸门进行控制,对变压器、电动机、电容器、高压馈线等电气设备进行保护;将现地控制层的信息上传到泵站控制层,并接受泵站主控层的命令。 2、第二级泵站主控层,对第一级现场采集的所有数据进行处理、分析计算、存储、报表,完成运行控制指令的收集和发布,保护动作的分析和指示;将泵站主控层的信息远传到调度控制层,并接受调度控制层的命令。3、第三级调度控制层,接收泵站主控层送来的各种实时数据或者历史数据,可以直接指挥泵站设备。具有调度、决策、安全监督等功能。23 泵站自动控制系统的功能现地控制层主要功能如下:1、数据采集
5、和处理、安全运行监视、控制和调整、数据通信、设备诊断、水泵与电机的轴承温度监控、电机绕组与铁芯温度的监视、技术供水压力监视、枢纽上下游与前池水位监视、真空泵抽真空能力、水泵进水口真空度监视、水泵出口压力、流量、排水池水位等的监视;2、水泵的启动、控制、调速、停泵等的控制;水泵的状态与故障报警;3、微机保护功能:按照相关规程配置电动机、主变压器、母线、线路、电容器、站用变等设备的保护; 4、辅机自动控制功能 :油压装置的自动控制、压缩空气装置的自动控制、技术供水装置的自动控制、集水井排水装置的自动控制、电动机的软起动、软停车控制(需选配软启动装置);油、气、水的压力、液位、流量检测;开关量位置的
6、监测;辅机设备的故障状态监视、故障状态的报警等。5、闸门的自动控制功能 :包括格栅除污机的控制、压榨机/输送机的控制、检修闸门的自动控制、防洪闸门的自动控制;实时采集闸前、闸后水位,闸门开度、闸门荷重,并显示、处理及越限报警; 6、同步电动机励磁系统的控制与调节;7、变频调速器的控制与监测;8、现场的视频监视系统;9、防火、防盗安全监控系统;泵站主控层的功能如下 :1、数据采集和处理泵站主控层应能自动实时采集泵站主要电气量、非电气量及有关过程参数,包括温度量、模拟量、状态量、报警量、SOE量和电度量等。系统应对采集的数据进行必要的处理计算,存入实时数据库,并用于画面显示、刷新、控制调节、记录检
7、索、统计、操作、管理指导等。 2、安全运行监视与报警安全运行监视应包括状态监视、越限监视与报警、过程监视和监控系统异常监视与报警。3、控制与调节泵站主控层应可根据预定的原则,或按照运行人员、远方调度的命令进行泵组的手动或自动调节,包括泵组启动停止控制、同步电动机的无功功率调整、断路器的分/合操作;辅助设备及公用设备的开/停操作等。 4、人机接口泵站值守人员应可通过显示器、键盘、打印机、报警装置等设备实现人机联系,对泵站生产过程进行安全监控、在线诊断,对监控系统进行调试、参数设定、程序修改、技术开发和技术培训等。不同职责的运行管理人员在计算机上具有不同安全等级操作权限。5、运行维护管理泵站主控层
8、应在实时采集全站各设备的运行参数和工况的基础上,进一步完成统计制表等一系列运行管理的工作、历史数据库存储及归档,为提高泵站运行、维护水平提供依据。6、系统通信 泵站主控层应实现与上一级调度中心的通信。通信方式可采用光纤通信、GPRS网络、无线扩频等。7、系统自诊断 泵站主控层应具有完善的系统自检、在线诊断和自恢复等功能。进行在线诊断时,应不影响计算机系统对泵站设备的监控功能。8、远程诊断 泵站主控层应能接受远方在线诊断的功能,为防止病毒的感染,设置必要的软硬件防火墙,保证网络信息传输的高度安全。9、培训仿真 泵站主控层应具有人员培训仿真功能,可提供操作培训、仿真培训和软件开发培训,如泵站主设备
9、运行工况及工况转换模拟、事故处理仿真模拟以及对监控系统结构、各种操作和运行维护的培训等。 调度控制层的功能如下 :1、调度控制层应实现对下端各泵站整体合理规划、集中调度与控制,并可与其他监控中心联网(例如水情测报系统、气候监测系统、MIS系统等);2、调度控制层控制系统应支持WEB服务器浏览功能,可实现基于Internet网络进行远程监视和控制,此时应设置必要的软硬件防火墙,保证网络信息传输的高度安全。3、可以在调度系统中实时显示图形画面:如全区实时灌排区水流图、排灌区地理图、泵站实时工况图等,可以显示相应的遥测量、遥信量、累计量、考核量等动态值和其它静态参数的显示,最大限度为调度人员实现了各
10、种泵站实时信息的共享。4、事故处理辅助功能:可以将事故追忆的内容在大屏幕上进行回放,为调度人员和相关专家事故分析和讨论提供了一个高分辨率、大画面、多信息的交互式显示平台。5、仿真培训功能 :可以将泵站群的信息在大屏幕上显示,为调度员的培训和技能提高提供了一个现代化的演示平台。6、视频监视功能 :可以实时地显示各泵站的现场情况。实现大屏幕显示集中监控与切换。主要包括:图像监控及信息显示分系统、图像显示系统、大屏幕显示系统等。 图1 现场总线网原理图7、视频监视/会议系统 :为调度中心提供实时可视化监控平台,并可即时召开视频会议。三、泵站计算机网络选型 31 现场总线网泵站的各种LCU屏采用小型P
11、LC,只具有RS485通讯口,采用屏蔽双绞线做通讯线,网络简单,投资较省;通讯速率较慢,多采用9600bps;上位机采用单机,适用小型泵站。32 以太网加现场总线网1、各泵机LCU屏的PLC采用以太网接口,通讯速率达10 100 Mhz;2、许多现场设备只有RS485接口,要采用通讯管理机(规约转换器),与以太网接口;整个泵站通讯速度大为提高,各RS485通讯口基本处在同时工作状态;3、一般均采用二台(或二台以上)上位机;投资性价比较高,适用于中型泵站。 图2 以太网加现场总线网33 环形高速以太网 图3 环形以太网泵站的通讯网络连成环行,通讯线有一处断线不影响通讯,50 ms级别的故障恢复水
12、平是能够满足业务连续性要求的。一般可采用赫斯曼通讯模块,也可采用国内生产的环行通讯模块;通讯可靠、但投资较大,适用于大中型泵站。34 双高速以太网双高速以太网通讯速率高(100Mbps1000Mbps),工作可靠;一般采用光纤通讯;有多台上位机,除操作员工作站外,尚有工程师工作站、总经理工作站、通讯工作站、Web工作站等等;通讯网络复杂,通讯规约繁多;维护较困难;投资大,大中型泵站采用。 图4 双高速以太网四、泵站群调度系统的选型一个地区的泵站群,可以用计算机网络连接在一起,建立一个调度中心,实现远距离控制与监测。通讯通道可采用光纤以太网、GPRS、无线扩频网、Internet网络等方式。 4
13、1泵站群光纤以太网调度系统光纤作为通道介质,具有不怕超高压与雷电电磁干扰、对电场绝缘、传输信息稳定可靠、传输容量大、频带宽、衰耗低和资源丰富等优点。但是,架设光纤是个艰巨的工程,维护工作量也较大。光纤可分为单模光纤和多模光纤。多模光纤的传输距离只有5公里左右,单模光纤传输距离可达100公里。目前电力光纤网络使用的光缆主要有三种:普通非金属光缆、自承式光缆和架空地线复合光缆 。 采用光纤组成泵站群调度系统的示意图如下。为了信息能远距离传输,需要使用光纤收发器。 图5泵站群光纤以太网调度系统 42泵站群GPRS网络调度系统GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Ser
14、vice)的简称,是中国移动公司的通讯网络。它的数据传输速度为115kbps,可以传输数据、声音和视频信号。GPRS的特点是永远在线always online ,仅按数据流量计费,即根据您传输的数据量来计费,而不是按上网时间计费。也就是说,只要不进行数据传输,哪怕您一直“在线”,也无需付费。由于中国移动公司的发射塔在城市星罗密布,故在城市的泵站群利用GPRS网络最为有利,不用架设通讯电缆或光纤。为了使用GPRS网络,每个泵站需要配置GPRS通讯模块。 图6 泵站群GPRS网络调度系统采用GPRS网络组成泵站群调度系统的示意图如下。43 泵站群无线扩频调度系统无线扩频技术它具有很强的抗干扰能力
15、,可进行多址通信 ,安全保密强,抗多径干扰。它使用国际自由频道,不用申请无线电频道使用权。目前,多采用2.8G和5.8G的通讯频率。 图7 泵站群无线扩频调度系统无线扩频不用架设通讯电缆或光纤,它的有效传输距离为50公里,不宜在高山地区使用(高山地区使用应架设中继站)。在城市地区,应将天线架设在高楼的楼顶,但要注意防雷措施。采用无线扩频网络组成泵站群调度系统的示意图如下。五、泵站的运行与调节51 泵站PLC的控制模式 一般有三种控制模式 :1、手动控制 :在泵机组调试使用,并作为自动控制的后备方式;2、按水位的自动控制 :在水位经常变化时采用;3、按时间的自动控制 :在水位相对变化不大时使用,
16、可以按泵机组的运行时间轮流工作。52按水位的自动控制水位的测量有几种方法。一是用浮球液位开关,它的优点是简单、投资少。但是使用寿命不长,大约半年左右就要更换,而且对水位的测量是有级的,不能连续测量。只能用于要求不高的小型泵站。第二种是采用液位传感器,它将水位转换成420ma的电信号,输入到PLC的A/D模块,然后根据测量的水位进行对泵的控制。最好的办法是采用超声波液位计,超声波液位计的测量精度较高,维护、校验也很方便。无论是明渠或是管道均能精确测量。为增进可靠度,可以考虑采用二个超声波液位计,以防因液位计的故障导致进水泵的误操作。超声波液位计有4 20ma 的输出,可输入到PLC的 A / D
17、 模块,进行测量,根据测量值进行对泵的控制。 53按时间的自动控制 在水位相对变化不大时,按泵运行的时间控制是合适的了。PLC内部都有定时器,可以很方便编制梯形图来控制泵组的运行时间,可以根据运行时间让各泵组轮流工作。六、泵站的最佳效率运行61 水泵的变角调节变角调节是通过改变叶片的安放角,可以保证水泵在不同的工况下,均能以较高的效率运行。它适用于叶片可调节的轴流泵和混流泵。变角调节主要是调节水泵的流量。 许多梯级调水泵站和灌溉泵站,由于年运行时期较长,因此希望水泵运行效率较高,以减少泵站的运行费用。由于水位和季节的变化,往往造成抽水流量大部分时间小于设计流量。对这类泵站采用叶片变角度的运行方
18、式,可以在满足抽水量的前提下,泵站装置效率可提高510。在叶片角度的自动调节时,一般采用PLC技术。 在PLC 程序设计中,设置了三种机组叶片角度调节的模式:1、手动模式;容量较小的水泵,没有叶片自动调节装置,调节叶片时,需要停机,手动对机组叶片角度进行正向调节或负向调节。容量较大的水泵,配备了叶片自动调节装置。在手动模式下,用户通过上位机界面的手动按钮,可以直接对机组叶片角度进行正向调节或负向调节。2、限定上限功率调节模式;在自动模式下,叶片角度可采用限定上限功率调节模式,主要在汛期急需排涝的情况下应用。在该模式下,PLC 编程实现各台排涝机组均处于最大上限功率附近运行,从而充分利用机组的潜
19、在排涝能力,并配合开停机模式使其长期处于满负荷运行状态,使机组流量尽可能地大。3、跟踪水泵最优工况调节模式:另一种叶片角度自动调节模式是跟踪水泵最优工况调节模式。在平时排涝量要求不高而需考虑机组的工作效率时,用户可以根据机组的性能曲线来设置合适的叶片角度,PLC 实时跟踪这个角度设置,使机组运行在最优工况下,使机组运行效率最高,达到节约能耗的目的。62 水泵的变速调节水泵的变速调节可以在较大的工况变化范围内,保持水泵以较高的效率运行。图8 水泵在变频运行下的工作曲线变速调节与变角调节相比,具有调节范围宽,调节效率高,调节方法简单,并可简化水泵的结构。但是,由于要采用昂贵的变频器,投资较大。水泵
20、的变角调节主要是调节流量,很难达到调节扬程的目的。而水泵的变速调节主要是调节扬程,当水泵转速改变时,最高效率的扬程按照与转速平方成正比的规律而变化,因此,有着非常明显的调节扬程的能力。例如,如右图所示,在不同的频率下,水泵将工作在A、B、C、D等各点。在相同的管道阻力下,有不同的扬程和流量。但均有较高的效率。七、结束语泵站改造时,应根据泵站的情况选用合适的网络系统;泵站群的调度系统更应该根据本身的具体情况,选择合适的通讯方式。泵站的运行应该注重效率和节能,因此,在改造时应选用合适型号的泵组,选定控制模式(手动调节、变角调节或是变速调节)。本文关于泵站组成与功能方面的论述采用华能自控集团有限公司
21、李昆工程师的论点,表示感谢。参考文献1、泵站更新改造技术与管理 2009年农村水利培训教材 中国灌排水发展中心作者简介 :卢任文 男 1937年10月14日出生,高级工程师,1960年华中科技大学电机工程系毕业,从事电力系统自动化工作多年,现聘为长沙华能自控集团有限公司副总工程师,并为水利部特聘专家。 今年上半年,在交警支队党委的坚强领导下,车辆管理所以科学发展观为统领,深入学习贯彻党的十八大精神,紧紧围绕“创建全国一等车辆管理所”为目标,坚持重实际、办实事、求实效的工作方式,集中精力抓落实,真正把车辆管理工作的各项举措落到实处,切实把握好发展节奏,求新求变、与时俱进,在落实上下功夫,在创新上
22、做文章,在做强上花气力。经过车管所全体民警、职工的共同努力,出色地完成了各项工作任务,取得了队伍建设和车管业务双丰收,车辆管理工作呈现了“五个明显”,主要工作总结如下:一、车管队伍整体素质得到明显提高。今年以来,车辆管理所始终坚持“团结的班子凝聚人,铁的纪律约束人,良好的环境感染人,集体荣誉带动人,教育培训塑造人,先进事迹引导人”,大力加强车管队伍教育管理,努力建设一支政治坚定、业务精通、作风优良、执法公正的公安交警车管队伍。(一)抓思想教育,构建和谐警民关系1、深化核心价值观教育。按照支队的统一部署,车管所在全所集中组织开展开展“忠诚、为民、公正、廉洁”的人民警察核心价值观讨论交流,用交警系
23、统爱民模范、执法标兵先进事迹开展正面教育,所科领导干部带头深刻反思,讨论交流时触及了灵魂,每位民警和职工结合自己的思想及工作实际,围绕主题撰写一篇心得体会文章。2、扎实开展“三访三评”。按照关于交警系统开展“三访三评”深化“大走访”活动的意见,坚持所领导带头,重点走访人大代表、政协委员听取意见建议;多次组织各科室民警集中走访运输单位、驾校、驾驶人,听取对执法、服务和管理工作的意见建议,集中开展评查、研究整改执法突出问题。3、认真组织开展好“四群”工作。按照上级党委开展“四群”工作要求,2月份车管所深入德厚镇写捏村认真组织落实联系群众制度,促使全体民警干部工作重心下移,听民声、知民情、解民忧、化
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 泵站 综合 自动化 系统 功能 选型

限制150内