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往復(fù)泵

城市排水防澇泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用

發(fā)布日期:2022-04-27 點(diǎn)擊率:74

1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介

泵站作為市政建設(shè)和管理工程的主要設(shè)施,擔(dān)負(fù)著城市排水防澇的重要任務(wù)。泵站控制系統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控和管理具有重要意義,能達(dá)到減員增效和提高管理水平的目的,易控應(yīng)用于某泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)雨水泵房和污水泵房的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制。

泵站建立獨(dú)立的功能完善的就地自動(dòng)化控制系統(tǒng),建立集中監(jiān)測(cè)和控制室,實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)化運(yùn)行控制。泵站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)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(yùn)行工況來(lái)進(jìn)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(yùn)行數(shù)據(jù)和調(diào)控指令,作為泵站自動(dòng)控制的條件參數(shù),以配合實(shí)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(gòu)成

泵站系統(tǒng)采用分層控制結(jié)構(gòu),系統(tǒng)分為三層:

信息層:監(jiān)控計(jì)算機(jī)
控制層:PLC與遠(yuǎn)程IO子站
設(shè)備層:閥門、水泵、流量計(jì)、水位計(jì)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備

信息層位于中央控制室,利用易控(INSPEC)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的圖形界面,以及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)報(bào)表等??蓪?duì)全泵站生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集以及集中控制,設(shè)有上位機(jī)2臺(tái)(工程師站、操作員站各一臺(tái))以及相關(guān)打印機(jī)與不間斷電源UPS,上位機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與PLC分站連接;設(shè)有模擬屏,顯示全泵站的電力監(jiān)控情況。

控制層負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)的采集,以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。PLC主站通過(guò)以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行連接,通過(guò)DeviceNet與遠(yuǎn)程IO子站進(jìn)行連接。

設(shè)備層由現(xiàn)場(chǎng)儀表、電機(jī)、閥門及其他執(zhí)行設(shè)備等組成。這些儀表設(shè)備通過(guò)24VDC開關(guān)量信號(hào)及4-20mA模擬信號(hào)與PLC遠(yuǎn)程IO站連接,把工藝參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)送到PLC,而PLC則實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。

上位監(jiān)控系統(tǒng)完成全站的自動(dòng)化運(yùn)行及其管理。下位PLC采用GE公司的90-30系列PLC、遠(yuǎn)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(tái),分別負(fù)責(zé)水位測(cè)量、電力監(jiān)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(jī)進(jìn)行通訊,下位PLC與遠(yuǎn)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(yuǎn)程IO子站,PLC3共有11個(gè)遠(yuǎn)程IO子站,PLC2沒有帶子站。泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下:


泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yùn)行模式,該泵站全年運(yùn)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(yùn)行或滿負(fù)荷運(yùn)行。
模式二:初雨且已超過(guò)截流水量時(shí),截流污水泵滿負(fù)荷運(yùn)行,雨水調(diào)節(jié)池啟用。
模式三:降雨繼續(xù),雨水調(diào)節(jié)池已儲(chǔ)滿時(shí),截流污水泵滿負(fù)荷運(yùn)行,雨水泵開始防汛排澇運(yùn)行。
模式四:降雨結(jié)束,雨水泵停運(yùn),調(diào)節(jié)池開始放空時(shí),僅有截流污水泵交替運(yùn)行。
模式五:旱季無(wú)雨,雨水泵試車時(shí),截流污水泵暫時(shí)停止運(yùn)行。
模式六:泵站大修。

3.系統(tǒng)特點(diǎn)

? 系統(tǒng)運(yùn)行可靠。提供雨污水外排工程的運(yùn)行監(jiān)視,提供工程范圍內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視,提供故障報(bào)警和事故狀態(tài)下應(yīng)急處理的方案及手段。

? 系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)。充分發(fā)揮泵組的提升能力和管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)雨污水的運(yùn)載能力,動(dòng)用最少的機(jī)電設(shè)備,最小的能耗,達(dá)到最大的排放能力。

? 實(shí)現(xiàn)對(duì)包括泵站等設(shè)施內(nèi)的全部?jī)x表和機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控。污水泵房的控制分三層實(shí)現(xiàn),即中央控制、就地控制和基本控制,雨水泵房不設(shè)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(duì)全廠主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)定時(shí)的進(jìn)行采集,并存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫面顯示、制表打印及完成各種計(jì)算、控制等功能時(shí)使用。

? 安全運(yùn)行監(jiān)視:中控室值班運(yùn)行人員借助監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面,監(jiān)視泵站的生產(chǎn)過(guò)程和運(yùn)行情況,各點(diǎn)參數(shù)及其變化趨勢(shì)和設(shè)備狀態(tài),在運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)能及時(shí)進(jìn)行分析和處理。

? 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,減輕泵站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高安全運(yùn)行水平。

4.系統(tǒng)方案

污水泵房和雨水泵房的控制相對(duì)獨(dú)立,分別設(shè)置各自的基于可編程序邏輯控制器(PLC)所構(gòu)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(shè)置獨(dú)立的自動(dòng)化控制系統(tǒng),并和集控室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。在集控室設(shè)置兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)(一用一備)用以管理、協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的工作,其顯示屏和鍵盤構(gòu)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(fù)責(zé)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(jì)算機(jī)、污水泵房控制PLC、雨水泵房控制PLC、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集總器等設(shè)備采用工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet)相互連接。PLC與水泵、閘門等機(jī)械設(shè)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(hào)則通過(guò)遠(yuǎn)端I/O模塊轉(zhuǎn)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(gè)信道:常用信道采用市數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) (DDN);備用信道為無(wú)線通信信道,經(jīng)SA泵站轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)輪詢方式下的逢變則報(bào)。

泵站與市區(qū)排水信息系統(tǒng)的常用通信方式為無(wú)線通信方式,備用為撥號(hào)電話線路。

污水泵房的控制分三層實(shí)現(xiàn),即中央控制、就地控制和基本控制。

雨水泵房不設(shè)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(diào)度,維持系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)。本工程污水泵房的(遠(yuǎn)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?qū)υ摫谜具M(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行參數(shù)設(shè)定,但不直接控制該泵站的設(shè)備。

就地控制層:就地控制的優(yōu)先級(jí)高于中央控制,利用PLC的邏輯控制功能,提供設(shè)備的自動(dòng)控制及關(guān)聯(lián)設(shè)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(jiān)控計(jì)算機(jī)屏幕,PLC能根據(jù)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令及預(yù)先制定的規(guī)則和調(diào)節(jié)方法自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

基本控制層:基本控制具有最高的控制優(yōu)先級(jí),當(dāng)設(shè)備操作箱的控制方式手柄處于“手動(dòng)操作”時(shí),監(jiān)控計(jì)算機(jī)和PLC發(fā)出的控制命令被屏蔽,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以在配電屏或控制柜上實(shí)現(xiàn)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(yīng)用

泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的上位監(jiān)控由易控(INSPEC)組態(tài)軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn),建立獨(dú)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(cè)、控制室,實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)化運(yùn)行控制功能,其中監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括實(shí)時(shí)檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù),定時(shí)打印數(shù)據(jù)報(bào)表,查詢歷史數(shù)據(jù)、報(bào)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(tái),電站檢測(cè),報(bào)警查詢,報(bào)表瀏覽,系統(tǒng)維護(hù),系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),首先進(jìn)入主控平臺(tái)界面,該界面可以顯示整個(gè)泵站所有設(shè)備的信息,點(diǎn)擊每個(gè)設(shè)備可以查看設(shè)備的詳細(xì)信息,電站檢測(cè)界面可以顯示系統(tǒng)電氣連接網(wǎng)絡(luò)圖,報(bào)警查詢和報(bào)表瀏覽界面可以查看報(bào)警情況和歷史數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(tái)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(duì)各個(gè)泵、閘門及格柵等的操作。

1、泵的啟停及主要參數(shù): “機(jī)泵監(jiān)測(cè)”窗口集中顯示了該泵的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)、累積運(yùn)行時(shí)間與次數(shù)、電流值、頻率值、轉(zhuǎn)速值、累積流量等參數(shù)信息;還能對(duì)該泵進(jìn)行遠(yuǎn)程啟??刂?。
2、閘門的啟停及主要參數(shù): “閘門監(jiān)測(cè)”窗口集中顯示了該閘門的當(dāng)前狀態(tài)、累積運(yùn)行時(shí)間與次數(shù)等參數(shù)信息;還能對(duì)該閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)閘控制。
3、格柵的主要參數(shù): “格柵監(jiān)測(cè)”窗口集中顯示了格柵的當(dāng)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(duì)雨水或污水排放的操作模式。

下圖為泵站監(jiān)測(cè)界面


電站監(jiān)測(cè)界面示意圖

數(shù)據(jù)采集

本系統(tǒng)對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行巡回采集和存儲(chǔ),數(shù)據(jù)采樣周期小于100ms,其中機(jī)組重要參數(shù)按性質(zhì)分為兩大類。

(1)開關(guān)類參數(shù):這類參數(shù)來(lái)源是PLC,如:機(jī)組控制開機(jī)、停機(jī),閘門開關(guān)等;
(2)流量類參數(shù):測(cè)量污水和雨水流量,它們來(lái)自液位儀,流量計(jì),雨量計(jì)。如:機(jī)組各項(xiàng)繞組溫度及軸承溫度等。上位機(jī)對(duì)于不同設(shè)備分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,對(duì)于PLC設(shè)備,使用時(shí)只需添加設(shè)備并進(jìn)行一些參數(shù)設(shè)置,便可實(shí)現(xiàn)信息傳送;。根據(jù)用戶要求進(jìn)行不同的數(shù)據(jù)處理,動(dòng)態(tài)顯示或者保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

報(bào)表

報(bào)表是泵站管理的一項(xiàng)重要功能,系統(tǒng)要求上位機(jī)定時(shí)或召喚自動(dòng)出報(bào)表,設(shè)計(jì)的報(bào)表包括:泵站所有機(jī)組的運(yùn)行日志;污水和雨水流量統(tǒng)計(jì)報(bào)表(分為年、月、日統(tǒng)計(jì)報(bào)表);故障報(bào)警報(bào)表等。

6.結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)具有完善的泵站監(jiān)測(cè)和控制功能,滿足安全監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)及生產(chǎn)管理等多方面的要求,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)能,大大減輕了泵站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)易控(INSPEC)組態(tài)的人機(jī)界面具有強(qiáng)大的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)管理功能,而且整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,為用戶的泵站泵站監(jiān)控自動(dòng)化提供了理想的信息化解決方案。(e

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