摘要：基于泵站對我國水利及水務事業的重要性，文章以城市供水行業大型泵站為對象，分析了泵站自動化技術 發展現狀，結合泵站自動化技術的發展需求，從管控一體化、系統自診斷、運行信息實時化管理等方面展望了泵 站自動化技術的發展趨勢。
關鍵詞：大型輸配水泵站；自動化技術；城市供水；管控一體化；運行信息管理
0 前言
大型輸配水泵站是我國城市供水行業重要的工程設施，是輸供水的動力來源，承擔著為城市及地區供水的重任，隨著科學技術的飛速發展，我國大型供水泵站自動化技術也已經初步實現了集散控制，并向著測量、控制、管理一體化方向發展。
1 泵站自動化技術的發展現狀
1.1 數據采集和處理技術
數據采集和處理技術是整個泵站信息化系統的基礎，主要承擔著泵站信息的采集和數據處理功能。通過現場控制單元來采集泵站日常運行過程中的各類電氣量信息（電壓、電流、功率等）、非電氣量信息（測點的溫度、壓力、流量等）、狀態量信息（機組的工作及檢修狀態等）、開關量信息（主變及線路的投退、機泵的啟停、排水泵和風機等附屬設備的控制等）、繼電保護信息（各類繼電保護的動作情況），采集信息后經過數據處理和邏輯判斷，對設備進行控制并輸出相應的告警信息。
目前，在監控信息化方面，新建的泵站都配備了計算機監控系統，基本實現了*的視頻監控技術，同時結合包括Wincc、intouch等在內的眾多國際品牌計算機監控軟件及網絡等共同完成泵站監控系統架構。
1.2 運行調度技術
運行調度系統是泵站自動化的“神經”，能夠根據泵站實際運行情況來進行實時調度。在滿足泵站揚程與流量的前提下，尋找較優的運行方式，在成本較優的情況下實現泵站效益的較大化。運行調度系統通過計算機技術建立泵站控制對象模型，包括泵機經濟運行模型、泵站調度管理模型等，并結合效率、成本、流量等相關約束條件，根據目標函數實施優化控制、科學調度，通過對數學模型求解選擇較優的機組聯合運行模式，確定不同時段、不同流量的較優運行狀態，實現泵站的高效、優質、經濟運行。
目前，在運行調度方面，供水泵站都基本實現了不同水平的半自動化，數據通信已經實現“四遙”，有些大中型泵站可以達到以機待人、少人值守，甚至無人值守的自動化水平。
1.3 運行信息管理技術
泵站在運行中將產生大量信息，做好運行信息管理是泵站自動化的基礎。泵站實時運行信息管理包括實時數據采集和顯示、歷史數據綜合統計、泵站運行數據管理三大環節。其中實時數據采集主要包括泵站壓力、流量、水位等信息，能夠通過這些數據進行泵站可靠性分析，一旦發現異常能夠實時報警。數據信息綜合統計主要監測和存儲歷史數據，包括設備操作記錄、故障錄波等，便于進行統計、查詢和故障回溯。泵站運行數據管理主要包括泵站設備的配置維護和監測數據庫維護，為泵站正常運行提供數據和平臺支撐。
隨著計算機信息技術、數據庫技術、現場總線技術等的發展，很多泵站已經建設了光纖環網形式的站級測控局域網，實現了泵站數據的高速采集，并與上級信息中心可靠地聯網，進行統一的運行信息管理。
2 泵站自動化技術的發展需求
2.1 功能需求
（1）基本功能：泵站自動化技術發展的較低層次需求，主要包括泵機控制、異常報警、數據采集、
辦公自動化等，目前已經實現。
（2）高級功能：包括泵站自動化系統的自調節、自診斷、自恢復功能，基于SQL Server與Visual Studio等數據庫開發平臺，構建更適合泵站自動化的信息管理系統。
2.2 性能需求
（1）可靠性：泵站自動化水平與供水安全息息相關，泵站可靠性包括系統的穩定性、魯棒性、抗干
擾性、防誤操作能力、短時故障恢復能力等。
（2）適用性：泵站運行具有自身的特殊性，自動化系統的運行必須能夠適應泵站運行的實際情況，
為泵站開展水情測報、調度計劃、供水計量、信息管理等業務服務。
（3）節能性：泵站運行優化以低能耗、供水效率高為目標，因此，自動化系統應該在運行時
間、啟機次數、工藝選擇、算法優化等方面加強研究，提升節能性。
3 泵站自動化技術的發展趨勢
基于上文對泵站自動化技術的發展現狀和需求的分析，結合泵站自動化技術的發展情況，將泵站自動化技術的發展趨勢總結如下：
3.1 測量、控制、管理一體化
高速發展的科學技術為泵站自動化的業務集成提供了良好條件，嵌入式智能控制器以及集PLC、HMI、I/O 及通信于一體的“顯觸控一體化”OCS控制器等技術不斷出現，泵站自動化朝著測量、控制、管理的一體化方向發展，新型的綜合自動化監控系統在能夠測量與控制泵站內關鍵機電設備的同時，還能夠以多泵站整體運行較優為目的進行調度優化，集成泵站工作各個環節，將信號采集、設備控制、遠程監控、調度優化、運行管理進行一體化管理。
3.2 自診斷功能不斷完善
響應泵站自動化技術發展的高級功能和可靠性需求，新型的泵站自動化應不斷完善自診斷功能，實現智能故障診斷和自愈控制。目前，我國正在進行大規模的大中型泵站升級與改造工作，BP神經網絡、模糊運算、頻譜分析、狀態檢修、多信息融合等新技術將不斷應用于泵站故障診斷領域，提升泵站自動化的人機協作水平，推動泵站管理系統向自動化和智能化方向不斷發展，從簡單的數據監測向故障診斷、智能分析、專家會診等深層次應用轉變。
3.3 運行信息實時化管理
運行信息的實時化管理有助于更加便捷、高效地掌握泵站運行情況，進行科學決策，輔助泵站管理。未來泵站運行信息的實時化將能夠實現泵站運行實時監測、新衛星云圖實時接收、實時在線巡視、設備狀態實時上送，基于實時性平臺實現數據信息多方共享，數據中心和各個子站之間以專線接入，泵站檢測庫、水情庫、設備庫、決策支持庫等數據庫集成管理、專人維護。
4 安科瑞為泵站自動化管理提供以下解決方案
4.1 泵站電氣監測與計量產品選型
4.1.1 RS485/以太網有線通訊電能計量儀表
APM系列網絡電力儀表按IEC標準設計，具有全電量測量，電能統計，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。
功能特點：
?測量參數：全電量測量，四象限電能測量。
?脈沖輸出：有功無功電能脈沖輸出
?需量測量：三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及大需
量(包含時間戳)
?極值統計：電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功 率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月極值和上月極值(包含時間戳)
?電能質量：電流、線電壓、相電壓不平衡度；電壓相間角度、電流相間角度；電壓電流總(奇、偶)諧波含量；電壓電流分次諧波(2-63 次)諧波含量；電壓波峰系數；電話波形因子；電流 K 系數。
?報警記錄；共 66 種報警類型，每種類型可記錄較近 16 條報警記錄，支持SD 卡擴展記錄。
?事件記錄；可記錄較近 128 條事件記錄，支持 Micro SD 卡擴展記錄。
?擴展功能：復費率電能統計(總復費率電能及近 12 月復費率電能)；8 路開關量輸入+2 路轉換觸點繼電器輸出(8DI+2DO)；Micro SD 卡(TF 卡)存儲(報警記錄，事件記錄，電參量和電能定時記錄等)；8 路模擬量輸入(0.5 級)+4 路模擬量輸出(0.5級)(8AI+4AO)；1 路 RS485/Modbus-RTU，支持主站模式或從站模式；1 路 Profibus-DP；1 路以太網，支持 Modbus-TCP、http、SMTP、DHCP 協 議；
DTSD系列產品采用DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。
功能特點：
?測量功能：能測量全電力參數包括電壓 U、電流 I、有功功率 P、無功功率 Q、視在功率 S、功率 因數 PF、頻率、31 次分次諧波及總諧波含量。其中電壓 U 保留 1 位小數，頻率 F 保留 2 位 小數，電流 I 保留 2 位小數，功率 P 保留 3 位小數。
?計量功能： 能計量當前組合有功電能，正向有功電能，反向有功電能，正向無功電能，反向無功電能。
?分時功能：兩套時段表，一年可以分為 4 個時區，每套時段表可設 14 個日時段，4 個費率(F1、F2、 F3、F4 即尖峰平谷) 。分時計費的基本思想就是把電能作為一種商品，利用經濟杠桿，用 電高峰期電價高，低谷時電價低，以便削峰填谷，改善用電質量，提高綜合經濟效益。
?歷史數據統計功能：能統計上 48 月的歷史電能（各費率電能）和上 90 日的歷史電能（各費率電能）。
?開關量輸入輸出功能：有一路開關量輸出，一路開關量輸入，開關量輸出為繼電器輸出，可以實現“遙控”和 報警輸出。開關量輸入不僅能夠采集和顯示本地的開關信息，同時可以通過儀表的 RS485 實現遠程傳輸功能，即“遙信”功能。
?測溫功能：支持三路外置 NTC 測溫功能，測溫范圍為-40℃~99℃。
?通信：RS485 口：Modbus RTU 規約、DL/T645 規約。
4.1.2 無線通訊電能計量儀表
ADW300無線計量儀表主要用于計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。
功能特點
?電能計量：有功電能計量（正、反向）， 四象限無功電能。
?電量測量：電壓、電流、功率因數、頻率、有功功率、無功功率、視在功率。
?諧波功能：總諧波含量、分次諧波含量（2～31 次）。
?脈沖輸出：有功脈沖輸出。
?三相不平衡度：電壓、電流不平衡度。
?測溫功能：A、B、C、N 四路測溫（選配 T）。
?開關量DI/DO：4DI,2DO（選配 K）。
?電參量報警：欠壓、過壓、欠流、過流、欠載、過載等。
?通訊：紅外通訊，RS485 接口（選配 C），470MHz 無線傳輸（選配 LR），GPRS 無線通訊（選配 2G），NB-IOT 無線通訊（選配 NB）。
4.1.3 與自動化系統配套用的電力變送器
安科瑞BD系列電力變送器是一種將電網中的電流、電壓、頻率、功率、功率因數等電參量，經隔離變送成線性的直流模擬信號4-20mA或數字信號0-5V的裝置。
4.2 泵站非電量信息監測產品選型
PZ96B系列數顯工控儀表是一種用于電力及工業自動化測量的智能儀表，集多種功能于一身，一表多用，可測量直流電壓，直流電流，帶DC24V電源輸出可給外部兩線式變送器直接供電。儀表帶有多種可選功能：rs485接口，模擬量輸出，開關量輸入，繼電器報警輸出等。廣泛應用于電力直流屏監測，工業自動化控制領域的壓力，溫度，位移等的測量和控制。
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