摘要：基于泵站對(duì)我國水利及水務(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。
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
大型輸配水泵站是我國城市供水行業(yè)重要的工程設(shè)施，是輸供水的動(dòng)力來源，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，并向著測量、控制、管理一體化方向發(fā)展。
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。通過現(xiàn)場控制單元來采集泵站日常運(yùn)行過程中的各類電氣量信息（電壓、電流、功率等）、非電氣量信息（測點(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*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)測數(shù)據(jù)庫維護(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)庫技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(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
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)展趨勢總結(jié)如下：
3.1 測量、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，從簡單的數(shù)據(jù)監(jiān)測向故障診斷、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、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，泵站檢測庫、水情庫、設(shè)備庫、決策支持庫等數(shù)據(jù)庫集成管理、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)量儀表
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)：
?測量參數(shù)：全電量測量，四象限電能測量。
?脈沖輸出：有功無功電能脈沖輸出
?需量測量：三相電流、有功功率、無功功率、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；
DTSD系列產(chǎn)品采用DIN35mm導(dǎo)軌式安裝結(jié)構(gòu)，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進(jìn)行時(shí)鐘、費(fèi)率時(shí)段等參數(shù)設(shè)置，精度高、可靠性好、性能指標(biāo)符合國標(biāo)GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T614-2007對(duì)電能表的各項(xiàng)技術(shù)要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
功能特點(diǎn)：
?測量功能：能測量全電力參數(shù)包括電壓 U、電流 I、有功功率 P、無功功率 Q、視在功率 S、功率 因數(shù) PF、頻率、31 次分次諧波及總諧波含量。其中電壓 U 保留 1 位小數(shù)，頻率 F 保留 2 位 小數(shù)，電流 I 保留 2 位小數(shù)，功率 P 保留 3 位小數(shù)。
?計(jì)量功能： 能計(jì)量當(dāng)前組合有功電能，正向有功電能，反向有功電能，正向無功電能，反向無功電能。
?分時(shí)功能：兩套時(shí)段表，一年可以分為 4 個(gè)時(shí)區(qū)，每套時(shí)段表可設(shè) 14 個(gè)日時(shí)段，4 個(gè)費(fèi)率(F1、F2、 F3、F4 即尖峰平谷) 。分時(shí)計(jì)費(fèi)的基本思想就是把電能作為一種商品，利用經(jīng)濟(jì)杠桿，用 電高峰期電價(jià)高，低谷時(shí)電價(jià)低，以便削峰填谷，改善用電質(zhì)量，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。
?歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能：能統(tǒng)計(jì)上 48 月的歷史電能（各費(fèi)率電能）和上 90 日的歷史電能（各費(fèi)率電能）。
?開關(guān)量輸入輸出功能：有一路開關(guān)量輸出，一路開關(guān)量輸入，開關(guān)量輸出為繼電器輸出，可以實(shí)現(xiàn)“遙控”和 報(bào)警輸出。開關(guān)量輸入不僅能夠采集和顯示本地的開關(guān)信息，同時(shí)可以通過儀表的 RS485 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸功能，即“遙信”功能。
?測溫功能：支持三路外置 NTC 測溫功能，測溫范圍為-40℃~99℃。
?通信：RS485 口：Modbus RTU 規(guī)約、DL/T645 規(guī)約。
4.1.2 無線通訊電能計(jì)量儀表
ADW300無線計(jì)量儀表主要用于計(jì)量低壓網(wǎng)絡(luò)的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進(jìn)行用電監(jiān)測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域和不同負(fù)荷的分項(xiàng)電能計(jì)量，統(tǒng)計(jì)和分析。
功能特點(diǎn)
?電能計(jì)量：有功電能計(jì)量（正、反向）， 四象限無功電能。
?電量測量：電壓、電流、功率因數(shù)、頻率、有功功率、無功功率、視在功率。
?諧波功能：總諧波含量、分次諧波含量（2～31 次）。
?脈沖輸出：有功脈沖輸出。
?三相不平衡度：電壓、電流不平衡度。
?測溫功能：A、B、C、N 四路測溫（選配 T）。
?開關(guān)量DI/DO：4DI,2DO（選配 K）。
?電參量報(bào)警：欠壓、過壓、欠流、過流、欠載、過載等。
?通訊：紅外通訊，RS485 接口（選配 C），470MHz 無線傳輸（選配 LR），GPRS 無線通訊（選配 2G），NB-IOT 無線通訊（選配 NB）。
4.1.3 與自動(dòng)化系統(tǒng)配套用的電力變送器
安科瑞B(yǎng)D系列電力變送器是一種將電網(wǎng)中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數(shù)等電參量，經(jīng)隔離變送成線性的直流模擬信號(hào)4-20mA或數(shù)字信號(hào)0-5V的裝置。
4.2 泵站非電量信息監(jiān)測產(chǎn)品選型
PZ96B系列數(shù)顯工控儀表是一種用于電力及工業(yè)自動(dòng)化測量的智能儀表，集多種功能于一身，一表多用，可測量直流電壓，直流電流，帶DC24V電源輸出可給外部兩線式變送器直接供電。儀表帶有多種可選功能：rs485接口，模擬量輸出，開關(guān)量輸入，繼電器報(bào)警輸出等。廣泛應(yīng)用于電力直流屏監(jiān)測，工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的壓力，溫度，位移等的測量和控制。
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