深井供水泵站远程自动化控制应用

吴 雪

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，山东莱芜，271104）

引言

在钢铁生产中需要消耗大量水资源[1]，工业新水的稳定供应对冶炼生产各个环节都具有十分重要的作用。山东某大型钢铁企业近年来产能达到千万吨以上，工业新水供应系统也伴随着产能的增加而逐步扩大；为适应当前钢企提质增效形势要求，针对当前部分供水环节自动化程度较低、管理较为落后的问题，积极探索在供水系统中进行自动化改造，努力提高自动化控制水平及劳动生产效率，实现智慧供水。

1 项目背景

该钢企目前使用的工业新水水源包括水库水、地下水等，其中地下水由内部自备地下水源地供给，具有多处深井水源地，水源地由一级深井群泵站、二级加压泵站组成。生产工艺为一级取水后，经管道输送至二级泵站进行加压，再供至生产厂区各用户。本次自动化改造的里辛水源地，其一级深井泵站（1#泵站）包括5 眼深井，采用潜水电泵（250QJ200-120）进行抽水，通过两根供水管道输送至附近的二级加压站（2#泵站），供水量最大1000 m3/h。

1#泵站目前现场设备较为老旧，已运行近三十年，水泵及控制系统自动化程度较低，各项设备操作、抄表记录、设备点检、水位测量等均需要依赖人工进行，潜在危险因素较多；各深井存在不同程度的水表损坏、阀门锈蚀、泵出口压力表损坏等问题，影响了正常生产运行。同时，由于该泵站位置较为偏远，远离厂区及生活区，无法通过铺设光缆的方式进行生产数据传递。

除此以外，该泵站供配电系统也存在一定问题：高压柜老化严重，柜体缺少五防措施，其配置的GL 系列电磁式综保单元老旧无法满足电力系统的可靠性要求；高压系统仅设有2 面进线柜、1 面PT柜，没有配置母联等设备，导致接线运行方式单一、不够灵活，无法支撑整个泵站内部的电力可靠运行。

通过改造，一方面将1#泵站潜水泵的远程启停控制、水泵运行参数监控、供水生产趋势记录、开关异常报警、现场视频监控等功能全部集中在2#泵站[2]，减少1#泵站运行人员，实现人力资源的优化整合；另一方面，一并实施电气系统优化改造，提高供配电系统的稳定可靠性。

2 改造内容

该项供水深井远程自动化改造工程是以智能水泵控制系统为基础，利用云技术管理平台进行开发[3]，重新建立现场控制层，采用PLC及4G通信传输将各项信息及生产参数等上传至云服务器，实现生产信息共享[3]，以及水泵运行管控和现场监控等功能，并进行配套的电气系统改造，改造内容包括以下几个方面。平台架构见图1。

图1 泵房远程控制架构平台

2.1 安装智能水泵控制器及传感器

对5 眼深井安装配套的FTS-P432 智能水泵控制器，根据现场情况，选择在原操作盘柜附近安装，增加远方就地转换开关，既可实现远程操作，也保留就地操作方式。智能水泵控制器可以自动监视潜水泵运行情况，当运行水位较低或者电机异常时进行报警。开出接点可以控制水泵启停、阀门开关。

安装水位传感器、压力测控仪、数字式水表、电能采集器、电压/电流互感器等，并改造控制回路，以上传感器均具有数据远传功能。水泵控制箱内电力仪表可以监测水泵电压电流，水位传感器监测水井水位，压力测控仪检测管道水压，所有的数据均通过智能控制器采集上传到云服务器，见图2。

这样就实现了单台潜水泵的电压、电流、电能、压力、水量以及水位等重要运行数据采集和启停控制功能，满足系统运行需求。

改造还在1#泵站现场安装了3 套视频监控系统，实现对现场实时监控。

图2 数据采集架构

2.2 更换潜水电泵及出水控制阀门

由于原有的潜水电泵运行年限较久，通过提泵检修发现4#潜水泵存在泵管穿孔、叶轮腐蚀问题，还有的泵在运行过程中电机烧毁，造成机组无法正常出水，对该套潜水泵进行了更换。

对5 眼深井出水均安装了电动蝶阀，电动蝶阀具有启动较为快速、体积较小等优点，使用220 V电源即可带动阀板转动，实现启闭、调节功能。同时配备有手动操作装置，一旦出现断电情况，可由人工进行操作。需要注意的是，由于水源为地下水，硬度较高，必须采用质量过关的阀门产品，防止水结垢对阀门的影响。

2.3 电气系统优化改造

电气系统的稳定运行是整个泵站稳定运行的基础，一旦电力出现问题，整个泵站将失去功能，无法供水。借助本次改造，一并对泵站供配电系统进行改造。改造主要是对高、低压柜进行更新，主要包括分段安装8 面SF6高压柜（2 面进线柜、2 面主变柜、2面PT柜、1面母联开关柜、1面母联隔离柜）；低压室分段安装7面GGD 柜（2面进线柜、1面母联柜、4 面馈电柜）。与传统开关柜相比，SF6式开关柜具有体积小、构造简单、绝缘性能优等特点[4]，与泵站现场条件较为适应。

通过改造淘汰了老旧的电气设备，为整个泵站的安全生产运行提供了有效电力支撑；消除了设备安全隐患，保障人员操作安全。

2.4 安装集中监控主机及手机端APP

1#泵站现场设备改造完成后，在2#泵站安装了集中监控主机，并为操作人员安装了手机端APP。集中监控平台能够实现对1#泵站设备运行、现场情况的全部实时监控，可形成水泵日报表、月报表、年报表，见图3。并实时显示每台水泵的运行电流电压、用电量、流量、历史曲线等信息，见图4。

图3 监控后台画面

图4 历史数据查询

系统信息通过4G网络传给手机端APP，可通过APP远程操作水泵启停、阀门开闭，并监视电气运行参数、水位和设备状态，见图5。这样，1#泵即可实现无人值守，只需要定期现场巡视即可。

图5 手机端APP

3 改造效果

本次改造完成后，可以实现水泵运行状态的全监测（电压、电流、压力、水位、流量等），视频监控可完成水泵周围环境的监视，且以上数据可在手机APP 及任何一台联网的电脑上进行远程监视，只要连接网络，就能任何时间、任何地点进行访问[5]，实现了随时随地监视的需求。系统可设置人员权限，查看和操作权限可分别设置，且登陆信息、操作信息实时记录，能够提高操作人员的责任意识。

改造前各类数据报表均需要人工进行记录后传递上报给各层级人员，改造后可以不需要人工统计，大大提升工作效率。

通过智能水泵控制系统，能够对水泵运行情况进行实时监测，利用云技术的可扩展性及数据海量存储性能，可以形成水泵机组运行的大数据库[6]，对设备运行状态进行判断分析，及时发现设备运行缺陷。如出现设备隐患或故障会出现报警信息，可进行预防性维修[7]。

4 结语

该套系统的应用全面提高了企业供水系统的自动化装备水平，达到远程操控、无人值守要求，大幅提高了劳动生产效率，该泵站无人值守每年可降低人力资源成本30万元以上，适应了企业降本增效要求。