1.項目簡(jiǎn)介

    泵站作為市政建設和管理工程的主要設施，擔負著(zhù)城市排水防澇的重要任務(wù)。泵站控制系統的自動(dòng)化監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(dòng)化監控系統實(shí)現了對雨水泵房和污水泵房的自動(dòng)化監測和控制。

    泵站建立獨立的功能完善的就地自動(dòng)化控制系統，建立集中監測和控制室，實(shí)現泵站的自動(dòng)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直接控制，泵站就地控制系統是根據液位等泵站運行工況來(lái)進(jìn)行控制的。泵站接收污水治理工程中央監控系統下載的全局性運行數據和調控指令，作為泵站自動(dòng)控制的條件參數，以配合實(shí)現污水治理工程中央監控系統規定的基于流量的控制。

   2.系統構成

    泵站系統采用分層控制結構，系統分為三層：

信息層：監控計算機
控制層：PLC與遠程IO子站
設備層：閥門(mén)、水泵、流量計、水位計等現場(chǎng)設備

    信息層位于中央控制室，利用易控(INSPEC)組態(tài)軟件設計完成整個(gè)監控系統的圖形界面，以及監控數據報表等?？蓪θ谜旧a(chǎn)數據進(jìn)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(guān)打印機與不間斷電源UPS，上位機通過(guò)以太網(wǎng)與PLC分站連接；設有模擬屏，顯示全泵站的電力監控情況。

    控制層負責對現場(chǎng)儀表數據的采集，以及對現場(chǎng)設備進(jìn)行監控。PLC主站通過(guò)以太網(wǎng)與上位機進(jìn)行連接，通過(guò)DeviceNet與遠程IO子站進(jìn)行連接。 

    設備層由現場(chǎng)儀表、電機、閥門(mén)及其他執行設備等組成。這些儀表設備通過(guò)24VDC開(kāi)關(guān)量信號及4－20mA模擬信號與PLC遠程IO站連接，把工藝參數、運行狀態(tài)送到PLC，而PLC則實(shí)現對設備的控制。

    上位監控系統完成全站的自動(dòng)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、電力監控、水泵啟停等工作。下位PLC通過(guò)以太網(wǎng)模塊接入Hub與上位機進(jìn)行通訊，下位PLC與遠程IO子站通過(guò)Device net網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通訊。PLC1共有6個(gè)遠程IO子站，PLC3共有11個(gè)遠程IO子站，PLC2沒(méi)有帶子站。泵站系統結構圖如下：

                
                                   泵站系統結構示意圖

   由于季節性變化，所有泵站在不同季節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(wú)雨時(shí)或初雨且尚未超過(guò)截流水量時(shí)，僅有截流污水泵交替運行或滿(mǎn)負荷運行。
模式二：初雨且已超過(guò)截流水量時(shí)，截流污水泵滿(mǎn)負荷運行，雨水調節池啟用。
模式三：降雨繼續，雨水調節池已儲滿(mǎn)時(shí)，截流污水泵滿(mǎn)負荷運行，雨水泵開(kāi)始防汛排澇運行。
模式四：降雨結束，雨水泵停運，調節池開(kāi)始放空時(shí)，僅有截流污水泵交替運行。
模式五：旱季無(wú)雨，雨水泵試車(chē)時(shí)，截流污水泵暫時(shí)停止運行。
模式六：泵站大修。

    3.系統特點(diǎn)
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    系統運行可靠。提供雨污水外排工程的運行監視，提供工程范圍內主要設備的運行監視，提供故障報警和事故狀態(tài)下應急處理的方案及手段。
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    系統運行經(jīng)濟。充分發(fā)揮泵組的提升能力和管網(wǎng)系統對雨污水的運載能力，動(dòng)用最少的機電設備，最小的能耗，達到最大的排放能力。
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    實(shí)現對包括泵站等設施內的全部?jì)x表和機電設備的監控。污水泵房的控制分三層實(shí)現，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。
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    完善的數據采集，對全廠(chǎng)主要設備的運行狀態(tài)和運行參數自動(dòng)定時(shí)的進(jìn)行采集，并存于實(shí)時(shí)數據庫，供計算機系統實(shí)現畫(huà)面顯示、制表打印及完成各種計算、控制等功能時(shí)使用。
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    安全運行監視：中控室值班運行人員借助監控系統人機界面，監視泵站的生產(chǎn)過(guò)程和運行情況，各點(diǎn)參數及其變化趨勢和設備狀態(tài)，在運行狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)能及時(shí)進(jìn)行分析和處理。
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   實(shí)現自動(dòng)控制，減輕泵站運行人員的勞動(dòng)強度，提高安全運行水平。

    4.系統方案

    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和雨水泵房控制子系統。變電所設置獨立的自動(dòng)化控制系統，并和集控室的計算機系統連接。在集控室設置兩臺監控計算機（一用一備）用以管理、協(xié)調各子系統的工作，其顯示屏和鍵盤(pán)構成泵站就地控制系統的操作界面。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控主站及市區排水信息系統的通信。

    監控計算機、污水泵房控制PLC、雨水泵房控制PLC、變電所自動(dòng)化系統的數據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(mén)等機械設備的控制箱之間采用DeviceNet總線(xiàn)相互連接。儀表的模擬量和脈沖量信號則通過(guò)遠端I/O模塊轉接入DeviceNet。

    泵站與污水治理工程中央監控主站的通信使用兩個(gè)信道：常用信道采用市數字數據網(wǎng) (DDN)；備用信道為無(wú)線(xiàn)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控主站。通信規約采用IEC60870.5-101，非平衡傳輸模式，實(shí)現輪詢(xún)方式下的逢變則報。

    泵站與市區排水信息系統的常用通信方式為無(wú)線(xiàn)通信方式，備用為撥號電話(huà)線(xiàn)路。

    污水泵房的控制分三層實(shí)現，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的宏觀(guān)調度，維持系統的整體協(xié)調。本工程污水泵房的（遠程）中央控制室是位于M2泵站的中央監控主站。中央控制室能夠對該泵站進(jìn)行遠程的數據采集和運行參數設定，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(dòng)控制及關(guān)聯(lián)設備的聯(lián)動(dòng)、連鎖控制。本工程的就地控制操作界面是集中控制室的監控計算機屏幕，PLC能根據監控計算機發(fā)出的指令及預先制定的規則和調節方法自動(dòng)控制現場(chǎng)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(dòng)操作”時(shí)，監控計算機和PLC發(fā)出的控制命令被屏蔽，現場(chǎng)設備可以在配電屏或控制柜上實(shí)現手動(dòng)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(dòng)。

    5.軟件應用

    泵站自動(dòng)化監控系統的上位監控由易控(INSPEC)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)實(shí)現，建立獨立的、功能完善的雨水泵房和污水泵房統一控制系統，具備集中監測、控制室，實(shí)現泵站的自動(dòng)化運行控制功能，其中監控系統的主要功能包括實(shí)時(shí)檢測各項數據，定時(shí)打印數據報表，查詢(xún)歷史數據、報警信息、顯示流量曲線(xiàn)等。
  
 系統圖形顯示界面

    泵站監控系統的地顯示界面按功能分為主控平臺，電站檢測，報警查詢(xún)，報表瀏覽，系統維護，系統運行時(shí)，首先進(jìn)入主控平臺界面，該界面可以顯示整個(gè)泵站所有設備的信息，點(diǎn)擊每個(gè)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電氣連接網(wǎng)絡(luò )圖，報警查詢(xún)和報表瀏覽界面可以查看報警情況和歷史數據實(shí)時(shí)數據的瀏覽曲線(xiàn)圖。以下是泵站監控畫(huà)面圖：

                   
                                        泵站監控畫(huà)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(lèi)參數信息以及對各個(gè)泵、閘門(mén)及格柵等的操作。

    1、泵的啟停及主要參數： “機泵監測”窗口集中顯示了該泵的當前運行狀態(tài)、累積運行時(shí)間與次數、電流值、頻率值、轉速值、累積流量等參數信息；還能對該泵進(jìn)行遠程啟?？刂?。

    2、閘門(mén)的啟停及主要參數： “閘門(mén)監測”窗口集中顯示了該閘門(mén)的當前狀態(tài)、累積運行時(shí)間與次數等參數信息；還能對該閘門(mén)進(jìn)行遠程開(kāi)關(guān)閘控制。

   3、格柵的主要參數： “格柵監測”窗口集中顯示了格柵的當前狀態(tài)等參數信息。

    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。
下圖為泵站監測界面
            
                    
                                        電站監測界面示意圖

   數據采集

   本系統對過(guò)程數據自動(dòng)進(jìn)行巡回采集和存儲，數據采樣周期小于100ms，其中機組重要參數按性質(zhì)分為兩大類(lèi)。

   (1)開(kāi)關(guān)類(lèi)參數:這類(lèi)參數來(lái)源是PLC，如：機組控制開(kāi)機、停機，閘門(mén)開(kāi)關(guān)等；

   (2)流量類(lèi)參數：測量污水和雨水流量，它們來(lái)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(jìn)行數據采集，對于PLC設備，使用時(shí)只需添加設備并進(jìn)行一些參數設置，便可實(shí)現信息傳送;。根據用戶(hù)要求進(jìn)行不同的數據處理，動(dòng)態(tài)顯示或者保存到數據庫中。

   報表

   報表是泵站管理的一項重要功能，系統要求上位機定時(shí)或召喚自動(dòng)出報表，設計的報表包括：泵站所有機組的運行日志；污水和雨水流量統計報表(分為年、月、日統計報表)；故障報警報表等。

   6.結束語(yǔ)

   該系統具有完善的泵站監測和控制功能，滿(mǎn)足安全監視、控制調節及生產(chǎn)管理等多方面的要求，現場(chǎng)運行穩定可靠、經(jīng)濟節能，大大減輕了泵站運行人員的勞動(dòng)強度。通過(guò)易控(INSPEC)組態(tài)的人機界面具有強大的自動(dòng)控制和數據管理功能，而且整個(gè)監控系統運行穩定可靠，為用戶(hù)的泵站泵站監控自動(dòng)化提供了理想的信息化解決方案。