1 泵站自动化技术的发展现状
1.1 数据采集和处理技术
数据采集和处理技术是整个泵站信息化系统的基础,主要承担着泵站信息的采集和数据处理功能。通过现场控制单元来采集泵站日常运行过程中的各类电气量信息(电压、电流、功率等)、非电气量信息(测点的温度、压力、流量等)、状态量信息(机组的工作及检修状态等)、开关量信息(主变及线路的投退、机泵的启停、排水泵和风机等附属设备的控制等)、继电保护信息(各类继电保护的动作情况),采集信息后经过数据处理和逻辑判断,对设备进行控制并输出相应的告警信息。
目前,在监控信息化方面,新建的泵站都配备了计算机监控系统,基本实现了视频监控技术,同时结合包括Wincc、intouch等在内的众多国际品牌计算机监控软件及网络等共同完成泵站监控系统架构。
1.2 运行调度技术
运行调度系统是泵站自动化的“神经”,能够根据泵站实际运行情况来进行实时调度。在满足泵站扬程与流量的前提下,寻找较优的运行方式,在成本较优的情况下实现泵站效益的较大化。运行调度系统通过计算机技术建立泵站控制对象模型,包括泵机经济运行模型、泵站调度管理模型等,并结合效率、成本、流量等相关约束条件,根据目标函数实施优化控制、科学调度,通过对数学模型求解选择较优的机组联合运行模式,确定不同时段、不同流量的较优运行状态,实现泵站的运行。
目前,在运行调度方面,供水泵站都基本实现了不同水平的半自动化,数据通信已经实现“四遥”,有些大中型泵站可以达到以机待人、少人值守,甚至无人值守的自动化水平。
1.3 运行信息管理技术
泵站在运行中将产生大量信息,做好运行信息管理是泵站自动化的基础。泵站实时运行信息管理包括实时数据采集和显示、历史数据综合统计、泵站运行数据管理三大环节。其中实时数据采集主要包括泵站压力、流量、水位等信息,能够通过这些数据进行泵站可靠性分析,一旦发现异常能够实时报警。数信息综合统计主要监测和存储历史数据,包括设备操作记录、故障录波等,便于进行统计、查询和故障回溯。泵站运行数据管理主要包括泵站设备的配置维护和监测数据库维护,为泵站正常运行提供数据和平台支撑。
随着计算机信息技术、数据库技术、现场总线技术等的发展,很多泵站已经建设了光纤环网形式的站级测控局域网,实现了泵站数据的高速采集,并与上级信息中心可靠地联网,进行统一的运行信息管理。
2 泵站自动化技术的发展需求
2.1 功能需求
泵站自动化技术发展的较低层次需求,主要包括泵机控制、异常报警、数据采集、办公自动化等,目前已经实现。
包括泵站自动化系统的自调节、自诊断、自恢复功能,基于SQL Server与Visual Studio等数据库开发平台,构建更适合泵站自动化的信息管理系统。
2.2 性能需求
可靠性:泵站自动化水平与供水安全息息相关,泵站可靠性包括系统的稳定性、鲁棒性、抗干扰性、防误操作能力、短时故障恢复能力等。
适用性:泵站运行具有自身的特殊性,自动化系统的运行能够适应泵站运行的实际情况。为泵站开展水情测报、调度计划、供水计量、信息管理等业务服务。
节能性:泵站运行优化以低能耗、供水效率高为目标,因此,自动化系统应该在运行时间、启机次数、工艺选择、算法优化等方面加强研究,提升节能性。
3 泵站自动化技术的发展趋势
基于上文对泵站自动化技术的发展现状和需求的分析,结合泵站自动化技术的发展情况,将泵站自动化技术的发展趋势总结如下:
3.1 测量、控制、管理一体化
高速发展的科学技术为泵站自动化的业务集成提供了良好条件,嵌入式智能控制器以及集PLC、HMI、I/O 及通信于一体的“显触控一体化”OCS控制器等技术不断出现,泵站自动化朝着测量、控制、管理的一体化方向发展,新型的综合自动化监控系统在能够测量与控制泵站内关键机电设备的同时,还能够以多泵站整体运行较优为目的进行调度优化,集成泵站工作各个环节,将信号采集、设备控制、远程监控、调度优化、运行管理进行一体化管理。
3.2 自诊断功能不断完善
响应泵站自动化技术发展的功能和可靠性需求,新型的泵站自动化应不断完善自诊断功能,实现智能故障诊断和自愈控制。目前,我国正在进行大规模的大中型泵站升级与改造工作,BP神经网络、模糊运算、频谱分析、状态检修、多信息融合等新技术将不断应用于泵站故障诊断领域,提升泵站自动化的人机协作水平,推动泵站管理系统向自动化和智能化方向不断发展,从简单的数据监测向故障诊断、智能分析、专家会诊等深层次应用转变。
3.3 运行信息实时化管理
运行信息的实时化管理有助于更加便捷地掌握泵站运行情况,进行科学决策,辅助泵站管理。未来泵站运行信息的实时化将能够实现泵站运行实时监测、新卫星云图实时接收、实时在线巡视、设备状态实时上送,基于实时性平台实现数信息多方共享,数中心和各个子站之间以专线接入,泵站检测库、水情库、设备库、决策支持库等数据库集成管理、专人维护。
4 安科瑞为泵站自动化管理提供以下解决方案
4.1 泵站电气监测与计量产品选型
4.1.1 RS485/以太网有线通讯电能计量仪表
4.2 泵站非电量信息监测产品选型
PZ96B系列数显工控仪表是一种用于电力及工业自动化测量的智能仪表,集多种功能于一身,一表多用,可测量直流电压,直流电流,带DC24V电源输出可给外部两线式变送器直接供电。仪表带有多种可选功能:RS485接口,模拟量输出,开关量输入,继电器报警输出等。广泛应用于电力直流屏监测,工业自动化控制领域的压力,温度,位移等的测量和控制。
备注:*号参考表格一的功能代号。
4.3 泵站不解地/漏电保护产品选型
ASJ系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器,主要适用于交流50Hz,人身触电危险提供间接接触保护。
功能特点:
该装置主要应用于系统保护,在直接 防护中只作为补充防护,此时额定剩余动作电流不 超过30mA。
下列设备和场所安装保护装置:移动式电器设备及手持式电动工具,生产用的电器设备,额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路,防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故,也可用于对施工工 地的电气机械设备,安装在户外的电器装置等。
额定剩余动作电流应充分考虑系统正常泄漏电流值。一般不小于正常实测泄漏电流较大值的2-4 倍:分支线4倍;支线2.5倍;干线2倍。根据经验公式:单相回路:I△n≥In/2000(照明) 三相回路:I△n≥In/1000(动力或动力照明混合)式中In为线路较大供电电流。
为了保证分级保护动作的选择性,上下级间的电流和时间配合应符合下列规定:I△n1(上级)≥I△n2(下级) tF(上级 ASJ 返回时间)>tFa(下级 ASJ 分断时间),时间差不小于 0.2s。一般分支线和末端:30~100mA、≤0.1s;支线:300~500mA、0.2~0.8s;干线:500~1000mA、≤2s 。
4.4 泵站马达/智能电动机保护产品选型
ALP300保护器采用新的单片机技术,具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、数字化、智能化等特点。保护器能对电动机运行过程中出现的起动超时、过压、欠压、过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、阻塞、短路、外部故障等多种情况进行保护,现场维护人员可通过数码管显示屏快速查找故障原因。本保护器具有RS485远程通讯接口,DC4~20mA模拟量输出,方便与PLC、PC等控制机组成网络系统,实现电动机运行的远程监控。
功能特点:
过载/欠载保护
接地/漏电保护
断相保护
堵转保护
阻塞保护
流不平衡保护
过压/欠压保护
定时限过载保护
外部故障保护
ARD3T智能型电动机保护器可划分为主体模块、测量模块、开关量模块、模拟量模块、温度模块、通讯模块、液晶模块共7个模块。产品体积小巧,结构紧凑,适用于额定电压至AC 660V、额定电流至AC 800A、额定频率为50/60Hz的电动机。在低压控制终端柜和1/4模数及以上各种抽屉柜中可直接安装使用,提高了控制回路的可靠性和自动化水平。
功能特点:
辅助电源支持AC/DC 110/220V或AC 380V(需另配380V电源模块)。
模块式设计,分为主体模块、测量模块、开关量模块、模拟量模块、温度模块、通讯模块、液晶模块等7个模块。
模块体积小巧,支持导轨安装、螺丝固定安装。
附加模块采用总线供电,不需要外接辅助电源。
带有上位机配置软件,方便客户配置参数,编程设置。
DI/DO可自由编程。
DI支持干接点(弱电)或湿节点(强电)输入,湿接点可选交流或直流供电。
标配过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、PTC保护、外部故障等电动机综合保护功能。
标配保护模块模式、直接起动、星三角起动、自耦降压起动、双向起动、单绕组双速起动、双绕双速起动 等多种起动方式,起动方式可现场设定。
标配故障记录、运行管理信息,方便查询故障原因,进行电机维护。
标配自起动功能,可通过附加抗晃电模块实现抗晃电、失压重起功能。
显示部分采用全中文液晶显示。
可通过添加模拟量模块实现2路4~20mA输入测量和2路4~20mA变送输出。4~20mA变送输出对应参数可 自由设定。
可通过添加温度模块实现3路温度测量保护,可外接传感器类型:PT100、PT1000、Cu50、PTC、NTC。
可通过添加Profibus模块实现Profibus-Dp通讯。