無人值守泵站工藝邏輯設計及應用

（The work logic design and applications for unattended water-pumping stations）

姚妍彬、龐傳龍、盧成偉、張曉華

（唐山市水務信息化工程技術研究中心，河北 唐山 063020）

摘要：jieheshilichanshulewurenzhishoubengzhandeshejisiluheshixianfangfa，zhongdianzongjieleduokoushuiyuanjingweixushuiguanbushuidezikongluojisheji，weicileigeishuibengzhandezidonghuagaizaotigonglexinsilu。

Abstract: the paper mainly introduces the design and realization for unattended water-pumping stations, summarizes the auto-control logic of several water-pumps supply water for one water storage tank. It provides a new thought for this kind of pump stations’ automation.

關鍵詞：水源井、給水泵站、泵站改造、無人值守、自控邏輯

1、項目背景

      華北油田廊坊萬莊礦區的生活小區有常駐人口8萬人、板式樓房100餘座，小區內的生活用水分別由分布在小區東、南、西、北的4個給水泵站供給。4個泵站均采用人工值守的工作方式，由32名工人24小時輪流值班，管理成本極高。

       weilejianshaobengzhanyunyingfeiyong，guanlibumenyaoqiujiangsuoyoubengzhangaizaochengweiwurenzhishouzidongyunxingbengzhan，xiwangjinpeizhishaoliangshebeiweihurenyuanjikebaozhangbengzhandezhengchangyunxing。

2、設計思路及改造要求

      首shou先xian要yao解jie決jue的de就jiu是shi數shu據ju傳chuan輸shu問wen題ti，即ji將jiang所suo有you泵beng站zhan的de數shu據ju集ji中zhong至zhi中zhong控kong室shi計ji算suan機ji，以yi便bian於yu遠yuan程cheng監jian控kong。考kao慮lv到dao小xiao區qu占zhan地di麵mian積ji比bi較jiao大da
，如ru果guo采cai用yong光guang纖xian傳chuan輸shu
，布bu線xian
、施工難度大且時間長、費用高。鑒於生活小區內手機信號比較好
，采用GPRS傳輸完全能夠滿足數據實時傳輸的要求，且改造速度快
、成本低，最終確定采用GPRS的傳輸方式。

       其次要解決的是給水泵站無人值守改造
，需要解決大量現場設備的控製順序、luojiyijigezhongguzhangzidongchulijizhi。zhexiewentizaiyourenyuanzhibandeshihouhenrongyijiejue，yidanrenyuanquanbuchelihou，ruhebaozhengbengzhandezhengchangyunxingjiubijiaokunnan。

       給水泵站現場概況：泵站內水源采自地下水，每個泵站均有1-3口水源井提供水源。多數水源井分布在站內，個別水源井離泵站較遠。給水泵站內安裝地上蓄水罐1-5個

，容量不一（大的蓄水罐容積700m³、小的蓄水罐容積為300 m³），蓄水罐底部通過管道連通
，罐內水位變化一致。站內另安裝有3台加壓泵，將蓄水罐內的水變頻恒壓輸送至小區給水管網。工藝示意圖如下：

       改造思路：在加壓泵組控製室安裝主監控終端
，用來采集水池液位、管網流量、管網壓力並自動控製加壓泵組的運行。在站內
、站zhan外wai水shui源yuan井jing處chu分fen別bie安an裝zhuang子zi監jian控kong終zhong端duan
，每mei個ge子zi監jian控kong終zhong端duan監jian控kong一yi台tai水shui源yuan井jing。站zhan內nei子zi監jian控kong終zhong端duan采cai用yong串chuan口kou電dian纜lan與yu主zhu監jian控kong終zhong端duan連lian接jie
，站zhan外wai子zi監jian控kong終zhong端duan通tong過guoGPRS網絡與主監控終端聯網。泵站控製邏輯均由主監控終端來處理。

       主監控終端內采用邏輯控製器DATA-7301，該控製器接口豐富

、I/O擴展方便。邏輯控製器的RS485串口有3個
，第一路連接一台DATA-6106 GPRS模塊，且設置為A型，可同時與監控中心以及站外水源井子監控終端通信；第二路連接站內水源井子監控終端；第三路預留。同時，邏輯控製器通過CAN總線連接3台I/O擴展模塊（DATA-7302）
，分別控製3台變頻加壓泵。

      泵站監控框架圖：

       現場控製要求：多口水源井給蓄水罐供水
，蓄水罐中的水再由加壓泵組加壓對外供出。所有水源井根據蓄水罐水位變化的趨勢（由於加壓泵出水不規則）能自動控製潛水泵的啟、停(ting)

，且(qie)自(zi)動(dong)調(tiao)整(zheng)水(shui)泵(beng)啟(qi)動(dong)個(ge)數(shu)，使(shi)每(mei)口(kou)水(shui)源(yuan)井(jing)均(jun)衡(heng)用(yong)水(shui)，保(bao)證(zheng)地(di)下(xia)水(shui)位(wei)平(ping)穩(wen)和(he)延(yan)長(chang)潛(qian)水(shui)泵(beng)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，保(bao)持(chi)儲(chu)水(shui)罐(guan)水(shui)位(wei)始(shi)終(zhong)在(zai)一(yi)個(ge)標(biao)準(zhun)值(zhi)範(fan)圍(wei)內(nei)，並(bing)支(zhi)持(chi)水(shui)位(wei)超(chao)限(xian)報(bao)警(jing)、水池過低時自動關停所有加壓泵。

3
、控製邏輯總體結構設計

      水源井自動供水係統分為2部分，分別為蓄水罐端和水源井端。蓄水罐端主要采集水罐水位，並設定期望水位值、期望水位變化值△、水位報警的4個限值，根據當前水位的狀態及水位變化值計算出需求流量，當水位過低時自動關停加壓泵組。水源井端主要采集水源井水位

、水源井流量、泵狀態、泵的累計運行時間，並根據水泵狀態及運行時間進行選泵，再根據水池端輸出的需求流量進行控泵。

3.1計算需求流量△Q

        係統定時計算
，得到水池需加減的瞬時流入量值△Q，從而得到精確控製開關泵的數量與時機。因此準確及時地計算△Q值，是水池邏輯控製的核心。

        △Q根據水位信息
、時間信息及各種設定參數，遵循一套水位控製策略計算得來。

         水池需加減的瞬時流入量值△Q的運算過程如下：

            (1) 計算當前水位值L

當前水位值需要進行濾波處理，設定水位濾波間隔T1。

每個采集周期t采集1個水位值Li
，在T1時間內對采集到的所有水位值求平均值。

      如果采集時間沒到T1，則對采集的水位值求和，並計算采集次數n，根據采集次數計算水位值的平均值

；

如果采集時間大於T1，則始終對T1內的所有水位值求平均值。即每次采集到新水位值時，水位值的和減去上一次的水位平均值，再加上新水位值

；采集次數n不變
，之後計算水位值的平均值。

(2) 計算當前水位變化值△L

計算出當前水位值後進行備份Lbak = L，之後每隔T2時間取一次當前水位值，並計算當前水位變化值△L。

△L = L - Lbak

△L > 0表示水位處於上升趨勢；

△L < 0表示水位處於下降趨勢。

(3) 計算需求流量

△Q =△L*S/ T2*3600;

△L:上一步求得的結果。

S:水池底麵積。

T2:取水位的間隔時間。

最後把計算結果*3600轉換成每個小時的需求流量。

3.2水池水位控製策略

      係統根據水池狀態進行開關泵動作，實現對水池水位的控製。

（1）水位下降

      即發生水位線觸碰期望水位下限後，係統進入控製狀態，以確保水池水位持續上升。直到水位觸碰期望水位，解除控製。

      在該控製階段
，定時進行邏輯運算
，控製開泵操作
，使水位持續上升。此過程中

，隻執行開泵動作，不執行關泵動作。

（2）水位上升

       即發生水位線觸碰期望水位上限後，係統進入控製狀態，以確保水池水位持續下降。直到水位觸碰期望水位，此時結束控製。

      在該控製階段
，定時進行邏輯運算
，控製關泵，使水位持續下降。此過程中，隻執行關泵動作，不執行開泵動作。

      此過程控製目標：保持水位處於持續下降趨勢。

3.3超調量

超調量是指需要開關泵調控水位時，除了要抵消△Q外
，要增加水位調控的

速度而額外增加的流量或者開關泵數：

△Q1=△Q+對應水位的超調量

采用查表法實現

，下表是一個表樣例。

4、改造效果

       四si個ge供gong水shui泵beng站zhan經jing過guo以yi上shang邏luo輯ji改gai造zao
，已yi經jing完wan全quan符fu合he無wu人ren值zhi守shou泵beng站zhan的de要yao求qiu，即ji無wu論lun在zai供gong水shui高gao峰feng期qi或huo低di峰feng期qi，水shui罐guan水shui位wei都dou能neng夠gou保bao證zheng在zai期qi望wang範fan圍wei內nei。主zhu
、子(zi)監(jian)控(kong)終(zhong)端(duan)根(gen)據(ju)水(shui)罐(guan)水(shui)位(wei)智(zhi)能(neng)控(kong)製(zhi)水(shui)源(yuan)井(jing)的(de)啟(qi)動(dong)個(ge)數(shu)及(ji)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)

，避(bi)免(mian)水(shui)源(yuan)井(jing)頻(pin)繁(fan)啟(qi)動(dong)造(zao)成(cheng)的(de)泵(beng)損(sun)壞(huai)和(he)加(jia)壓(ya)泵(beng)空(kong)轉(zhuan)現(xian)象(xiang)的(de)發(fa)生(sheng)
，提(ti)高(gao)水(shui)泵(beng)運(yun)行(xing)能(neng)效(xiao)、節約電能

，完美實現了供水設備的自動化運行和給水泵站的無人值守管理。

       4個給水泵站改造至今已近2年的時間，整套係統運轉良好、經濟效益顯著。2年(nian)內(nei)共(gong)發(fa)生(sheng)過(guo)兩(liang)次(ci)故(gu)障(zhang)，均(jun)為(wei)繼(ji)電(dian)器(qi)故(gu)障(zhang)
，監(jian)控(kong)中(zhong)心(xin)及(ji)時(shi)獲(huo)得(de)了(le)報(bao)警(jing)信(xin)息(xi)
，故(gu)障(zhang)得(de)以(yi)迅(xun)速(su)解(jie)決(jue)。泵(beng)站(zhan)經(jing)過(guo)無(wu)人(ren)職(zhi)守(shou)改(gai)造(zao)後(hou)，現(xian)場(chang)去(qu)掉(diao)了(le)值(zhi)班(ban)人(ren)員(yuan)29人、增加了維護人員2人
，大幅度降低了泵站運營成本並提高了故障響應速度。

       自2014年以來，該套泵站自控邏輯先後又在山西、甘肅、內蒙等地的多處泵站改造項目中得到運用，係統運轉穩定
、可靠
，效果大大超出預期，得到了用戶的一致好評。

注：本文已刊登在《中國給水排水》雜誌  2016年6月1日出版  第32卷  第11期（總第415期），如需轉載，請標注轉載來源、作者單位、作者姓名等信息，否則視為侵權。