一级提水泵站自动化概述

一级提水泵站自动化概述

宁继勇

济南市邢家渡引黄灌溉管理处山东济南250100

摘要：济南市邢家渡引黄灌溉管理处是济南市最大的引黄灌区，管理处担负着沿渠济阳县、商河县、天桥区共190.3万亩农田灌溉及工业、生活用水任务。近年来，随着黄河大量的调流调沙，黄河灌溉期的水位不断下降，灌溉期靠自流的传统供水模式，已经无法满足灌区农业灌溉的用水需求。为了完成灌区群众、企业的供水任务，在市水利局大力支持之下，管理处在引水口建立了一级提水泵站。从之前单一的自流供水模式转变为高水位自流、低水位泵站提水的复合供水模式，弥补了低水位上水不足的短板，保障了灌区群众的用水安全。

关键词：用水安全；高清远程监控系统；数据采集系统；PLC控制系统；自动保护系统；办公自动化系统

一级提水泵站主要由有四个提水闸门、两个自流闸门、四台630KW提水水泵等组成。整个泵站按照现代化自动控制系统设计建设，能够满足高清远程监控、远程开闭闸门和水泵、前后池水位实时监测和闸门开合度监测等技术要求，并设置了多重电气保护，防止误操作，提高了泵站运行的可靠性，大大加强了供水安全系数。

一级泵站的自动化控制系统，主要有高清远程监控系统、数据采集系统、PLC控制系统、自动保护系统、办公自动化系统组成。

1高清远程监控系统

高清远程监控系统是对整个泵站进行全方位的监视和管理。运行人员在中央控制室通过闭路电视监控系统能够及时、直接的观察各处的运行状态。通过通信传输系统，获得安全管理权限以后，可以在10公里以外的指挥中心实现对泵站的全面监控管理，以达到组织协调的目的。

监控系统由前端设备、传输设备、控制设备、显示设备四大部分组成。前段设备由安装在现场的高分辨率的网络红外高速智能球机、半球机组成，完成前段设备和图像的采集及信号处理；传输设备根据传输距离和图像质量的要求选用不同的线缆、接口设备；通过存储设备、监控管理平台等，完成前段设备和图像的切换的控制、云台和镜头的控制、系统可分区控制和分组同步控制以及图像检索与处理等诸多功能；显示设备根据不同的图像显示要求，选择在不同的显示设备上进行图像显示，使值班人员能够在泵站控制室实时直观的看到来自前端监控点的任意图像以及监控系统运行控制参数。可以根据需要实现单画面、四、九分割显示功能。

泵站分别在前池、后池、主变室、闸室、主机室、机房、中控室、电容式、平台等布置高速数字球机2套，室内红外数字半球机7套用于监控人员进出和设备工作情况。在平台东西两侧，各布置红外报警装置1套，用于夜间防盗。

2数据采集系统

泵站数据采集系统一共分为三个部分。

2.1水位、扬程的数据采集

水位数据利用浮漂带动滑轮，转动旋转编码器，将编码器的模拟信号转化成数字信号，继而达到数据采集的目的。扬程的数据是由前后池的水位数据，加上管道参数，利用公式计算得出。

2.2电机、水泵的数据采集

在电机的每一相、电机轴承、水泵轴承上都装有温度传感器，能够精确完成温度的数据采集。另外对电机的每一相的电流数据也进行了采集。采集的数据和工控柜中的可编程逻辑控制器(PLC)相连，如果出现温度过高，或者电流偏相过大，可编程逻辑控制器（PLC）立即发出停机信号，设备停止运行，避免电机、水泵的损坏。

2.3闸门开合度的数据采集

每个闸门分别有两台启闭机控制起落。在启闭机的电机一端，装有一台旋转编码器，启闭电机每正转一周，吊装闸门的绳索向上提高滚轮一个周长的高度，反之，下降一个滚轮周长高度。编码器通过记录启闭电机的旋转周数，发出模拟信号，通过可编程逻辑控制器运算出实际提升或者下降的高度，继而达到闸门开合度的数据采集。

3PLC控制系统

一级泵站的控制系统主要有一台西门子S7-300可编程逻辑控制器（PLC）、与之相匹配的上位机及其外围设备组成。

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC,是在继电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程逻辑控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

一级泵站的西门子S7-300可编程逻辑控制器,将数据采集系统中采集到信号通过数字式和模拟式输入方式输入，根据一级泵站设备实际运行需要所编写的程序，通过逻辑运算、算术运算等得出相应的指令，通过模拟式和数字式输出方式，对外围设备（继电器、接触器等）发出相应的指令，从而实现自动控制的目的。

一级泵站的自动控制系统还包括与西门子S7-300可编程逻辑控制器相匹配连接的上位机。上位机是指：人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般模拟量），转化成数字信号反馈给上位机。一级泵站的上位机与S7-300PLC通过RS485串行通讯模块进行数据和操控指令的数据传输。可以在安装有上位机的计算机上，实现远程操作、监视设备运行、查看各项数据的功能。

（四）自动保护系统

一级泵站自动保护系统分两大部分。

一部分是高压开关柜自带的缺相、过压、欠压、过流、欠流等自动保护装置。当外界电压、电流超出正常范围时，开关柜自动执行断电操作，防止电气设备受到冲击、损害。

另一部分是通过可编程逻辑控制器根据泵站设备实际运行情况，编制的保护程序。当出现电机的电流过大或者过低，电机和水泵的轴承温度过高，前池水位过低等情况时，可编程逻辑控制器能自动执行断电操作，并发出相应的警告，防止设备损坏。为了加强安全操作，增加了防止误操作系统。在上位机上执行操作指令时，必须输入相应的权限密码，防止外来人员或者职工的误操作。

（五）办公自动化系统

在监控室的上位机电脑上，建立了一个SQL数据库，把数据库与PLC相关联，把PLC中采集到的数据和所执行的操作指令进行了记录、分析、制表、存储。这样可以详细的查询、打印、传输设备的运行记录和数据参数，能够方便找出设备运行中出现的问题和完成各项报表的记录。与值班人员的值班记录表相结合，形成了一级泵站完整的数据资料。

总结：黄河小浪底水库建成后将河床的淤沙适时送入大海，减少河床淤积，增大了主槽的行洪能力，但造成引黄灌区河水相同流量闸前水位低于原设计相应水位，进而引水能力降低。引黄处一级提水泵站的建设，有效的缓解引黄灌区水资源紧缺的状况，提高灌区的应急抗旱能力，进而提高灌区的灌溉保证率，为实现灌区粮食增产目标、保障国家粮食安全提供基本支撑。一级提水泵站自动化设施的建设，提高了安全操作性，保障了操作人员的工作效率和人身安全，增加了设备运行的可靠性，为灌区群众的用水安全多加了一层安全保障。

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