泵站电气自动化设计分析与思考

【摘 要】本文通过分析实施泵站电气自动化设计的基本原则，以及设计时应注重的主要问题，探讨了实现自动化设计的主要内容。

【关键词】泵站；电气自动化；设计原则；设计内容

泵站电气自动化设计是一门综合性较强的工作，涉及电气设备、计算机、网络通信和控制技术等，不同类型的泵站自动化需求也不同，因此在设计过程中可以根据泵站的重要程度和投资力度等要求综合考量。

1.实施泵站自动化的主要原则

（1）效益原则。在泵站的建设过程中，需要投入的资金量大，这主要出现在设计、建设、改造和维护环节。但是在泵站建设完成后，其现实运行工作的时间因自身的特点以及运行环境的影响，通常会出现闲置时间较多的情况，这样导致泵站所发挥的效益低于投入的资金价值，并且在后期还会有电气自动化系统升级改造和维护的资金，会给建设单位带来一定的经济压力。因此要注重泵站自动化运行中效益的发挥。

（2）求是原则。在进行泵站的自动化设计工作中，要以事实求是的原则和态度，结合当地的规划、投入等实际情况来设计。泵站的自动化类型可以分为数据采集型、部分自动化型和综合自动化型三种，所以应用到的技术和设备都相对先进，如果没有对泵站的自动化建设进行科学合理的定位，将不同类型的泵站建设在合适的地方，不仅是经济上的浪费，也是对先进科学技术的不尊重。

（3）可靠原则。保证泵站运行过程中的稳定可靠是自动化建设的核心，因此在其电气自动化的设计中就应对所用的技术、设备和系统结构等进行可靠性分析研究，以及各项试验和考量，这都是奠定泵站电气自动化良好运行的基础。

2.泵站自动化设计中的问题分析

当前，我国国内的泵站电气自动化水平提升速度较快，尤其一些大型泵站的自动化水平已经达到了很高的水准，但是在更为广泛的实际应用中还存在一定问题，这对泵站电气自动化的发展也产生了一定阻碍。

（1）设计过程中对测量、控制和保护的协调。传统的泵站在升级改造的过程中主要是围绕测量、控制和保护三方面进行，但是随着科学技术的快速发展，越来越多的高新科技应用于泵站的自动化设计过程，在新兴技术的影响下，测量、控制和保护之间的界限也越来越小，并逐渐过渡和融合。例如继电保护是泵站运行过程中的重要系统，它工作时是对泵站的电量进行保护，也同时起到了测量和保护的功能，大大地提高了电气设备的安全运行和使用寿命，这样的系统也就同时起到了测量和保护的作用。然而，又因为继电保护过程中的作用对象和人工操作一样是电气设备的开关，也通过对开关的控制来对设备的运行管理，因此这样起到了控制的作用，所以在泵站电气自动化设计中要考虑到新设备和新技术的应用，注重和处理好测量、控制和保护之间的关系。

（2）设计过程中对自控环节的划分。泵站电气自动化控制系统结构主要分为一个顺序控制和多个独立控制单元。因此在设计中应注重系统的层次划分，即在设计时先处理好对多个独立控制单元，再设计这些单元的关键控制线路对信息进行处理和发出指令，各个独立控制单元可进行独立的操控，这样就能够很大程度降低泵站运行过程中产生的风险。

3.泵站电气自动化要实现的基本功能

（1）数据采集与处理。通过自动周期性地采集或由操作员通过应用程序发命令采集泵站现场各种实时数据，进行必要的数据预处理并以一定的格式存入实时数据库，按照信号性质的不同把它细分为模拟量、开关量及脉冲数字量等。

（2）安全运行与监视。对主设备及辅机设备的运行状态进行实时监视，包括当前各主要设备的运行及停止情况、闸门启闭情况，并对各运行参数进行实时显示。

（3）控制与调节。泵站电气自动化系统的控制功能应该满足泵站机组启、停和变电所操作规范规定的要求。机组启、停控制有一条指令完成，计算机自动检测机组启、停条件并顺序执行，当满足条件时，执行操作。对变电所开关的操作应该自动检测操作条件，并按照预定的步骤进行分合闸。对所有设备应该设置手动控制方式和自动控制方式，并设有静态试验方式。机组事故停机时，应该同时关闭相关的辅助设备。

4.泵站的电气自动化设计

（1）首先是对于泵站电气自动化设计的定位。通过泵站自动化的原则我们可以知道，其自动化建设是一项系统性很强的工作，因此要多方面分析，如投入、技术、运行环境等，之后再结合各种实际情况确定其自动化的需求程度，设计出符合实际应用的自动化泵站。即为注重实际，科学定位。

（2）其次是对所建泵站电气自动化系统机构进行选择，常见的系统结构有以下三种：

监控主机+通讯协议设备。该结构是将指令交给监控主机来调整和控制的，而对通讯协议设备的要求较低，因此要重视监控主机的选择，因为它是泵站自动化控制的关键，如果出现问题就会影响指令的正常专递，自控系统也就没法正常运行。

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三个部分，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以及通过以太网通讯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作用。但此系统结构也有一定的局限性，就是PLC和下层通讯能力较弱，对通讯速度造成了阻碍。

监控主机+RTU。监控主机加以太网通讯RTU结构既有继电保护的作用，同时也有可编程序控制器的功用，不仅如此，还能对开关量输入、输出以及模拟量输入输出有着保护作用。在该系统结构中，以太网是监控主机进行通讯的主要媒介，对于泵站的自动化控制发挥着巨大作用。但要选用这种系统结构必须投入较多的资金才能实现。

（3）三是泵站电气自动化设计思路。泵站电气自动化系统实现的目的，不仅仅只是在开停设备上的控制，自动化系统需要完成的工作很多，如水位、流量的监控；电气设备运行的监控和保护；事故和故障的预警；信息的采集与交换；实现无人值班等等。当然在实际设计时要以泵站的具体要求为前提，并分清设计的重点和次重点，作出切合实际的设计，主要设计思路有：信息设计，是以信息为导向的设计活动，泵站运行中所采集的信息数据是水利系统实现信息化管理的基点，能为水利信息系统提供准确的动态数据；典型设计，在没有相应标准和规范的前提下典型设计可以起到标志性作用，通过典型设计固定下来的技术和方案可以为同类型的泵站建设提供参考作用；模块化典型设计，由于泵站类型不多，但自动化系统要求不一，各个泵站还是存在机组台数和形式的区别。通过典型设计可以设计出若干个模块，整个泵站综合自动化系统就是由数个基本模块通过积木式叠加组合而成，再根据不同泵站的建设要求就可将其应用到泵站设计之中了。

5.结语

总之，在进行泵站的电气自动化设计过程中，首先要遵循泵站建设的基本原则，再结合实际需求定位泵站的电气自动化类型，通过优化泵站电气自动化设计，为泵站电气自动化的实现及良好运行创造条件。 [科]

【参考文献】

[1]陈导.泵站电气自动化的必要性和设计思路[J].中国高新技术企业，2009，13.

[2]谢波.我国泵站自动化设备运行现状及建议[J].中国水能及电气化，2009，Z1.

[3]周元.自动化控制技术在泵站中的应用[J].科技资讯，2009，31.

[4]葛强，沈昌荣，袁长治等.大型泵站的电气技术改造[J].水泵技术，2010.