泵站综合自动化系统的应用研究

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1、泉站综合自动化系统的应用研宄中山市港口镇水利所广东中山528400摘要：综合自动化系统在我国水利工程的各个领域得到广泛应用，在实现水利工程科学化、现代化管理的过程中起着重要作用，木文阐述了泵站的工作原理，分析了其系统的功能需求和体系结构，并通过系统应用实践，提出了一种控制调节优化的策略，提高了泵站运行的安全性。关键词：泉站；综合自动化；设计；校制随着水利事业的快速发展，水利工程的自动化水平不断提高，集监测、控制、保护、管理等功能于一体的泵站综合自动化系统得到了广泛应用。该系统主要对全站机组、电气、油、气系统、闸门控制系统等进行有效监视和控制，保证泵站安全、经

2、济地运行，并通过计算机网络将数据和状态上传。针对泵站在应用过程中出现的问题以及结合泵站实际控制的需求，木文开发了一种优化调节控制策略；该策略通过采用模糊算法，以及PID算法实现了机组的水位优化调节,更好地提高了泵站运行的安全性和泵站机组装置的运行效率。1泵站结构及其自动化设计需求分析1.1泵站的组成及工作原理一个完整的泵站一般括泵房、管道、主机组、进出水建筑物及计量设备等，泵房是安装水泵、电动机、管道及其辅助设施的构筑物，为主机组的安装、检修和运行管理提供良好的工作条件；进出水建筑物中包括前池和吸水井，为水泵或水泵吸水管道的吸水喇叭口提供良好的进水条件。泵站

3、工作时，水流通过进水建筑物进入水泵，经过水泵加压后通过出水建筑物，并流向泵站的输出水利系统，从而实现提水、输水的功能。从能量运动的角度看，通过水泵的运动，泵站将电能转化为机械能，然后传送给待抽送液体，使液体的动能和势能增加，并通过管道将液体输送到高处或远处。水泵的核心装置是离心泵，它由固定的泵体、叶轮、泵轴、轴承、密封环和填料函组成。当电力驱动叶轮高速转动时，带动了叶轮中的待抽送液体快速旋转，由于液体与叶轮间的摩檫力不足以维持其旋转的向心力，因此液体逐渐流向叶轮边缘，最终被甩入泵壳中，再经过扩散椎管的减速，液体的动能大部分转化为势能，从而扬至高处。在水流被甩

4、入泵壳的过程中，内部水流减少形成真空，由于大气压作用，吸水管中的液体被吸入叶轮中央作为补充。由此循环，离心泵达到输送液体的作用。1.2系统的功能需求1.2.1现地数据采集现地数据采集的信息主要包括：（1）电气信息，如泵站机组和主变电压的电流、电压、功率等；（2）非电气信息，如机组温度、水位、水流量、压力等；（3）状态信息，如机组运行、关闭、检修等状态，以及机组开关闭合及辅助设备的状态等；（4）控制和调节，如控制机组开关、变频器频率调整等。1.2.2上层监控（1）系统整体的实时运行状态，包括泵站机组、辅助设施、配电设施等，在系统出现故障时能够提供有效、及吋的报

5、警信息，提供故障所在的泵站设备和故障类型；（2）数据显示和控制，对不冋类型的数据进行分析和可视化显示，帮助泵站控制人员了解数据间的联系，并II提供查询和存储数据的功能；（3）能够监控管理人员的操作记录，并且对操作人员进行权限管理，从而在交互层面保证系统的运行安全。1.2.3数据存储与管理对于历史数据要建立统一的存储与管理平台，从而分析与评估泵站的运行状况，并iL建立接U与上层水利系统信息共享。1.3系统的体系结构本系统主要采用由上位机监控软件、可编程控制逻辑（PLC）和现地检测装置组成的3层自动化管理系统，以实现对泵站现地测控、泵站数据处理和上层监督控制3个

6、层次的要求。2泵站综合自动化系统的应用2.1现地控制层设计在泵站综合自动化系统设计中，现地控制层的主要设备是可编程控制器(PLC)。在压力传感器、流量传感器、水位传感器等底层传感器获得液体压力、流量水位等初始观测数据以及电机机组的运行状态后，现地控制层将数据进行初步处理后经由局域网发送给监督管理层的服务器，同吋PLC还将接收由上层监控器发来的控制命令，从而实现分层自动化系统的远程控制。本系统通过PLC控制逻辑对水源泵站进行控制，对苏下的传感器进行数据采集和机组控制。同时，PLC配备1个触摸屏，用来显示传感器采集的数据和设备当前状态，并在传感器数据超出安全阈值

7、时发出报警信息，从而方便泵站工作人员监控。PLC控制逻辑通过局域网与监督控制层服务器进行信息交互，为了保证泵站的持续正常工作，给PLC控制逻辑配备不间断电源，同吋底层的传感器配备备用电源。本系统选择西门子的S7-200系列PLC阵列，该系列PLC广泛用于分布式系统中的远程控制模块，通过多个PLC的相连可以构建出复杂的分布式网络。系统中使用CPU224XPCN作为现地控制模块的核心，它拥奋丰富的指令集，内置PID调节控制器，可以进行多种指令操作和计算，硬件编程环境采用STEP7/MicroWin,可进行在线和离线调试。该芯片还包含2个RS285通讯端口，可以方

8、便远程调控。2.2监督控制层设计该系统的监督控制层采