无人值守泵站自动化控制系统的技术探讨

李锋

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）

泵站是供水管理单位提供供水服务的基础配置，能有效地保证农业灌溉和城市居民用水的要求，因此探讨无人值守泵站落实自动化控制系统对供水管理单位的发展和进步是十分重要的。目前最常见的就是利用相关计算机软件对泵站系统进行远程控制、运行状态监控以及实现泵站的自动化运行。随着目前中国居民对供水质量以及稳定性的要求不断提高，中国的人力资源成本也在逐年上涨，因此无人值守泵站自动化控制系统具有极强的发展前景。

1 实现无人值守的基础要求

由于泵站的运行质量直接关系到城市居民的用水质量以及用水稳定性，所以实现无人值守的基础要求具体为：①泵站自动系统PLC 控制程序应该满足自适应闭环控制的各种要求，其安全保护和容错逻辑应该进一步加强。也就是说，在落实无人值守泵站工作的过程中，工作人员应该先保证无人值守泵站的基础功能运行，避免出现由于自控系统失控或者是泵站远程控制失控从而导致泵站运行质量下降，影响居民的实际用水质量的现象[1]。②要建设良好的机泵设备健康状况实时跟踪监测系统，以有效地帮助工作人员实时对机泵设备进行全面的监控，发现问题时，应该及时采取相关处理措施对机泵设备进行管理，从而保证居民用水。③配置良好的视频监控系统，保证上级监控中心对泵站现场状况的实际掌控。上文中提到的机泵设备健康实施跟踪系统往往是需要感应元件来对健康情况进行监测，而这里的视频监控系统是上级监控中心对机泵设备的运转环境进行良好的监控。④配备泵站日常维护以及应急抢修的机动队伍和相关制度，通过这种方式来有效地保证泵站的健康运行，在泵站运转出现问题时及时对其进行抢修，从而有效地提高泵站的运行质量和效率。

2 无人值守泵站的自动化控制系统配置要求

城市内部无人值守泵站的自动化目标实现一定要满足2 个要求：①自动化控制系统具备对泵站的运行数据进行监测和远程控制泵站操作的功能；②自动控制化系统自身具有良好的自检功能以及控制可靠性[2]。运行监测和远程操控的可靠性能有效地保证泵站的无人值守正常运行，即使出现了小的状况，工作人员也能通过远程操控系统对泵站设备进行调整，进而有效地提高泵站的运行质量。自检功能和配置功能的可靠性能够降低人工成本，尤其是能够降低抢修工作人员的成本，对泵站的高质量运行和运转能够起到积极的促进作用。

2.1 网络控制技术

网络控制技术是无人值守泵站自动化控制系统中的重要构成部分和基础构成部分。目前无人值守泵站最常用的网络控制技术就是使用工业控制以太网协议。工业控制以太网技术就是利用控制与信息协议来对工业设备进行控制的一种技术，其是由国际相关标准以及中国相关控制网络共同推出和研究的符合行业发展要求的技术标准，工业控制技术能够利用现阶段较为成熟的通讯芯片、电子元件以及物理设施，在工业生产过程中使用相关协议以及技术标准，将工业网络的技术优势和以太网应用的经济优势结合在一起。工业控制以太网技术具备3 个最基础的功能技术：①实时控制技术。实时控制是远程操控技术能够具体落实的基础，因此实时控制技术的落实能有效帮助泵站实现设备的及时操作以及管控，在泵站运行过程中，工作人员能通过工作中心根据实际泵站设备的运行情况来对设备进行调控，这样一个工作人员能够负责多个泵站，进而有效地降低了泵站运转过程中所需要的人力资源成本。②网络集中控制功能。也就是要求泵站在运转过程中能够允许中心位置启动工业网络或者是处于网络中的某个具体设备设施，启动其他基于工业网络的工业控制协议网络。工作人员能在网络启动时对网络设备进行组态，在线修改设备参数，或者工作人员能通过网络修改PLC 程序，不要将编程工作从一个网络转移至另一个网络，所以能够提高技术工作人员工作的质量和效率。③数据采集功能。无论是无人值守泵站的运行还是需要人工值守泵站的运行，其运行的数据都是泵站之后操作的基础。所以数据收集工作是极为重要的，数据采集功能能够实现趋势和分析、配方管理、系统维护以及故障诊断等目标，同时在整个数据采集的过程中都不需要PLC 参与数据流量控制。

2.2 PLC 控制技术

泵站PLC 系统是现阶段泵站自动化运转过程中常用的一种技术，其主要的作用就是对泵站内部的仪表和设备进行监控和检测[3]，工作人员能通过局域网络或者是泵站管理网络对泵站内部的相关设备进行监督，其监控内容主要有：①对泵房机组根据PLC 指令实现机组开关的统一化闭环操作，不需要人工对其进行干预；②泵站水量需要能根据管网压力大小实现自动调节；③泵站内部的水泵机组能够结合既定程序实现自动化切换的目标，进而保护输泵机组设备的健康；④对水泵的进水流量以及出水流量数据进行读取，查看监控泵站流量和既定流量数据是否相同；⑤通过数据模块来及时接收各种电子感应器件的信号，如进线断路器、联络断路器以及其他电流电压等因素监控软件的相关数据；⑥通过通讯模块来实现水泵站内部的各元件之间进行信息交流和信号采集；⑦及时接收水泵的温度信息，设定好预警值，对水泵电机和内部相关设备进行保护，同时水泵也能根据内部工作设备的实际情况来进行保护调节。

2.3 泵站操作平台技术

泵站的操作平台是工作人员来对泵站设备运行状态进行监督和控制的直接接触介质，无人值守泵站操作平台既能够安装在台式计算机电脑中，也能够安装在手机或者是平板电脑等移动信息终端中来对泵站进行管理和监测，相较于台式计算机，平板电脑的管理模式能有效帮助工作人员突破工作空间和时间的限制，更好地提高对泵站的监督和管理质量[4]。

泵站的操作平台主要实现的功能有：①工作人员能通过平台监控泵站的运行数据，如水质参数、瞬时流量等，自动保存一些较为重要的数据。这样一旦遇到通讯故障时，能通过变化情况以及计算模型来对泵站的实际运行状态进行预测，在通讯恢复之后，将相关重要参数打包发送给监控中心。②能按照既定程序和运行模式对泵站进行全自动闭环控制，如调节水泵、阀门开闭等操作。③能实现自动越限保护处理，及时上报参数越限情况以及故障信息。对于自带PLC 的智能设备，能通过通讯系统读取数据进行上报。④对于一些故障问题，能够实现自我保护和处理，比如在实际使用泵站操作平台的过程中，如果出现电流预警或者是设备故障的信息，平台能够及时断联，通过这种方式来保护泵站以及平台。平台内置了可靠的系统安全措施，具有良好的保护口令，除了直接管理人员，其他人不能进行越权修改程序，从而能有效地保证泵站的正常运行，为城市居民稳定供水。

3 无人值守泵站自动化控制系统技术

3.1 采用冗余PLC 结构

冗余模块间能通过高速光纤实现信息以及操作的同步，冗余功能完全依靠冗余模块硬件来保证，主备控制器的切换时间应该控制在1 s 之内，尽可能缩短主备控制器的切换时间能有效保护泵站的运行安全[5]。PLC 机架电源使用冗余外置电源的方式，共同供电给PLC 机架，这样能有效保证泵站自动化控制系统正常运行，另一部分泵站使用独立PLC 结构，基于PLC 设备以及系统的可靠性，能够满足泵站运行安全稳定的要求[6]。需要技术工作人员注意的是，在实际落实工作的过程中，要通过独立架构的形式来对冗余结构进行设置，这样一旦在实际泵站运转过程中出现故障或者是断电现象时，能有效地实现主备控制器的切换，避免对供水泵站的实际供水质量和效率产生不良影响。

3.2 具备容错性能的控制系统

当前中国无人值守泵站使用的容错系统主要是被动式容错的程序，也就是工作人员在实际设计无人值守泵站的过程中先考虑了各种可能出现故障的情况，针对各种错误情况进行容错设计和应急处理[7]。这种程序的使用优势就是在发生故障或者时错误时，自动化控制系统能直接对相关内容进行操作和处理，无需使用在线故障诊断，进而能够缩短处理故障以及错误的时间，保证泵站的安全运行。但是这种技术的使用劣势就是一旦遇到没有预先想好的故障或者是错误时，可能就会出现报错系统、预警系统以及处理系统故障。主动容错控制系统就是在故障发生后通过控制器参数的调整来实现控制器对控制频率的重新构建，从而保证整体的应用质量。所以对于目前使用的容错控制系统而言，应该强化主动容错控制力度，可通过对原始信号的前端清洗以及设计实现控制逻辑的宽容算法。

4 泵站视频监控系统和自控系统的联动技术

单独的视频监控系统应用和自动控制化应用范围是有限的，不能充分满足无人值守泵站安全运行的要求，因此应该建立泵站视频监控系统和自动化控制系统的联动机制，通过这种方式来充分发挥视频监控系统的监控作用以及自动化控系统的控制管理作用。视频监控系统应该对泵站的重点环境、主要设备现场、人员操作以及事故隐患等进行实时的监控，并且将视频监控系统和自动化控制系统进行连接，要求在自动化控制系统报警和调整时，视频监控系统能够对需要调整的位置进行及时的监控。工作人员能够在泵站目前现有的视频监控体系中，将摄像头接入局域网，使用视频设备提供的开发包编制和泵站自动化控制系统的接口程序，通过这种方式来接收来自PLC 系统的报警。当PLC 系统在工作中检测到故障或者是设备动作时，应该向视频监控系统发送信息，由视频监控系统监督报警点以及动作设备位置，实现泵站视频监控系统和自动化控制系统的联动。

5 无人值守泵站远程控制技术的应用

最后就是要强化无人值守泵站对远程控制技术的应用。无人值守泵站应该在泵站监控中心的可控范围内，所以对远程传输网络的通信质量和速度具有极高的要求。比如现阶段相关泵站管理部门能够使用5G 网络技术来实现泵站内部的数据信息快速传递目标，将泵站运行的监控信息及时传递给监控中心。在实际使用远程控制技术的过程中，由于泵站设置的环境各不相同，同时泵站设置的主要目标也不同，所以数据信息传输的数量较多、密度较高，而且传输量相对较大。在这种背景下，泵站内部设备很容易受到城市中的谐波影响，所以会增加数据传输的丢包漏包现象。因此在实际远程控制系统设计的过程中，应该根据泵站所处的环境合理选择设备，选择应用较少的波段进行数据传输。比如说在有条件的情况下，使用2 种通信通道，通过这种方式来满足无人值守泵站对远程通信和控制系统使用的要求。或者相关技术人员在泵站内部建立良好的抗谐波干扰器，通过这种方式来降低城市中谐波对泵站自动化运行的影响，从而有效提高泵站运行工作质量和效率，为中国无人值守泵站的发展奠定坚实的基础，提供鲜活的例子。

6 结束语

总而言之，无人值守泵站是一个集自动化技术、视频传输技术、视频监控技术、网络技术以及远程控制技术于一体的综合性工程，所以除了需要建设良好的自动化控制系统之外，还应该建立配套的管理制度以及规范业务流程，通过这种方式对泵站的设备、自动化水平、人员素质以及管理制度进行良好的应用，有效地保障泵站的应用质量，满足居民用水需求。