泵站电气自动化设计分析与思考

时间：2024-05-18

奚智清，杜晓康，陈珺炜

（上海城投原水有限公司黄浦江原水厂，上海 201114）

1 泵站电气自动化设计的必要性

泵站是重要的市政配套设施，尤其是供水泵站，更是关系到城市居民的日常用水。在供不应求的时代背景中，国家实行“节能减排”的战略方针，建设电气自动化泵站，达到环保节能的目的。在计算机技术的快速发展下，泵站自动化技术有了一定的提高。

加强泵站自动化设计的研究，积累设计经验，扩大泵站自动化的投资规模与设计范围，能够为日后标准、规范的泵站自动化设计提供参考资料。

2 泵站电气自动化的设计原则

2.1 效益原则

自动化泵站建设需要将大量资金投入泵站电气自动化设计、建设、改造和维护等环节中。但在泵站工程竣工验收后，会因为其本身的工作特性和运行环境，大多数时间被闲置，泵站投入使用后的回收效益低于投入的资金价值，因此在泵站电气自动化设计中，应注重发挥泵站工程的运行效益。

2.2 实事求是原则

在设计泵站电气自动化工程之前，需要做好工程勘察和调研工作，根据当地的规划与实际需求，进行泵站电气自动化设计。设计工作要秉承“实事求是”的原则，保证泵站电气自动化与实际相结合，根据不同的地理条件和投入资金力度，建设不同类型的泵站。按照泵站的自动化类型，通常将其分为采集型、部分自动化型和综合自动化型。

2.3 可靠原则

泵站工程的质量是泵站电气自动化建设的核心，在设计泵站工程方案时，需要对设计过程中的应用技术、设备、系统进行试验和考量，保证设计工作中的各项指标正常，提高设计方案的精准度，保证泵站电气自动化系统能够良好运行。

3 泵站电气自动化要实现的基本功能

3.1 数据采集与处理

泵站电气设备具有自动控制、测量、保护、监视和通讯等功能，在泵站电气自动化设计中使用电气设备完成周期性的数据采集和整理。建设企业的操作人员能够通过应用程序发布，命令电气自动化系统采集泵站施工现场的各种实时数据，对于一些重要的数据，需要预处理并实时存储。

3.2 安全运行与监视

泵站电气自动化系统需要在主设备和辅助设备运行状态下完成实时监视，保证系统设备的安全运行。泵站对系统的运行情况、停止情况、闸门启闭情况和运行的各项参数进行实时显示，方便工作人员掌握泵站的实际运行情况。

3.3 控制与调节

泵站电气自动化系统由多个模块组成，在设计泵站电气自动化系统时，需要保证其控制功能满足泵站机组启动、停止、变电等操作规范规定的要求。

泵站机组的开关控制由一条指令完成，计算机自动检测泵站机组的启、停条件，当满足启动和停止条件时系统执行操作；自动检测变电所开关的操作条件，按照预定的步骤进行分合闸；对泵站中的所有设备设置手动控制方式、自动控制方式、静态试验方式。

4 泵站的电气自动化设计内容

4.1 科学定位设计方向

从以上对泵站电气自动化的设计原则中我们可以了解到电气自动化建设是一项系统性很强的工作，投入资金、技术、运行环境都会影响到设计方向的确定。设计人员需要综合考虑各方面的因素，结合当地的实际情况和泵站电气自动化的需求程度科学定位，设计出符合实际应用的自动化泵站。

4.2 选择泵站电气自动化的系统结构

4.2.1 监控主机+通讯协议设备

“监控主机+通讯协议设备”结构可以将指令下发给监控主机，用来调整和控制系统。这种结构对通讯协议的设备要求较低，设计人员应该重视监控主机的选择，这是泵站自动化控制的关键。监控主机会影响指令的正常传递，进而影响自控系统的正常运行。

4.2.2 监控主机+PLC+通讯协议设备

泵站的电气自动化系统按其单元构成可分为3个部分，分别是若干可编程控制器PLC、监控下层设备的通讯监控主机和通过以太网通讯的PLC。其中，PLC是控制节点，对于提高系统运行的可靠性起着一定的作用。但此系统结构也有一定的局限性，就是PLC与下层的通讯能力较弱，对通讯速度造成了阻碍。

4.2.3 监控主机+以太网通讯RTU

“监控主机+以太网通讯RTU”结构具有继电保护和可编程序控制器的作用，能对开关量的输入、输出和模拟量的输入、输出起到保护效果。在泵站电气自动化系统的结构中，以太网是监控主机进行通讯的主要媒介，能够发挥泵站自动化控制的水平。不过选择这种系统需要有大量的资金来支持。

4.3 明确泵站电气自动化的设计思路

要想实现泵站电气自动化系统的设计目标，不仅需要控制泵站中的开停设备，还需要加大对自动化系统的研究，实现对水位、流量的监控，电气设备运行的保护和监控，事故和故障的预警，信息的采集与共享，无人值班等。泵站电气自动化的设计思路有以下3点：①信息设计。以信息为导向，用泵站电气自动化系统运行中采集到的信息数据作为水利系统信息化管理的基点，为水利信息系统提供准确的动态数据。②典型设计。在泵站电气自动化的设计中，如果没有相应的标准和规范，那么这时典型设计就具有标识性的作用，通过典型设计确定下来的设计方案可以为同类型的泵站建设提供参考依据。③模块化典型设计。不同地区对泵站类型的需求不同，不同的泵站类型对自动化系统的要求不一，泵站之间存在着机组台数和形式的区别，需要在典型设计的基础上设计若干模块，将数个基本模块通过积木式叠加组合成整个泵站电气自动化系统，根据不同泵站的建设要求将其应用到泵站的电气自动化设计中。