智能泵站远程监控泵站无人值守。

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综合泵站远程监控流程逻辑的设计与应用

(无人值守泵站的工作逻辑设计及应用)

姚、庞传龙、陆、

结合实例，阐述了无人值守泵站的设计思路和实现方法，重点总结了多水源井向储水池补水的自动控制逻辑设计，为此类给水泵站的自动化改造提供了新的思路。

摘要:本文主要介绍其设计与实现。对于无人值守的泵站，总结了多台水泵向一个储水箱供水的自动控制逻辑。？为这类泵站的自动化提供了一种新的思路。

关键词:水源井改造，给水泵站，泵站，无人值守，自动控制逻辑

1.项目背景

华北油田廊坊万庄矿区生活区常住人口8万人，有100多栋板楼。宿舍的生活用水由分布在宿舍东、南、西、北的四个给水泵站提供。四个泵站全部采用人工值班模式，32名工人24小时值班，管理成本极高。

为了降低泵站的运行成本，管理部门要求将所有泵站改造成无人值守的自动化泵站，希望只需要少量的设备维护人员就能保证泵站的正常运行。

2.设计思路和改造要求

首先要解决数据传输的问题，即将所有泵站的数据集中到中控室的电脑上，进行远程监控。考虑到小区比较大，如果采用光纤传输，布线施工难度大，耗时长，成本大。鉴于生活小区手机信号好，GPRS传输完全可以满足实时数据传输的要求，而且转换速度快，成本低，最终确定了GPRS传输方式。

其次，需要解决给水泵站的无人值守改造，需要解决大量现场设备的控制顺序和逻辑以及各种自动故障处理机制。这些问题在有人值班的情况下很容易解决，但一旦所有人都疏散了，保证泵站的正常运行就比较困难了。

给水泵站概况:泵站内水源来自地下水，每个泵站有1-3口水井供水。大部分水源井分布在站内，部分水源井距离泵站较远。给水泵站内安装有1-5个不同容量的地上储水箱(大储水箱容量为700m3，小储水箱容量为300 m3)。储水箱的底部通过管道连接，水箱中的水位不断变化。此外，站内还安装了三台加压泵，以恒定的频率和压力将储水箱中的水输送到小区的供水管网。流程图如下:

改造思路:主监控终端安装在加压泵组控制室，用于采集水池水位、管网流量、管网压力，自动控制加压泵组运行。站内外水源井分别安装分监控终端，每个分监控终端监控一口水源井。站内子监控终端通过串行电缆与主监控终端相连，站外子监控终端通过GPRS网络与主监控终端相连。泵站的控制逻辑由主监控终端处理。

主监控终端采用DATA-7301逻辑控制器，接口丰富，I/O扩展方便。逻辑控制器有三个RS485串口，第一个接一个DATA-6106 GPRS模块，设置为A型，可同时与站外水源井监控中心和监控终端通信；第二条道路连接站内水源井监控终端；第三种方式是保留。同时，逻辑控制器通过CAN总线连接到三个I/O扩展模块(DATA-7302)，分别控制三台变频增压泵。

泵站监控框架图:

现场控制要求:多个水源井向储水箱供水，储水箱内的水由增压泵组加压后对外供应。各水源井可根据储水箱水位的变化趋势(由于加压泵无规律排水)，自动控制潜水泵的启停，自动调整启动水泵的数量，使各水源井均衡用水，保证地下水位稳定，延长潜水泵的使用寿命，保持储水箱水位始终在标准范围内， 并在水位超限、水池过低时自动关闭所有加压泵。

3.控制逻辑的总体结构设计

水源自动供水系统分为储水池端和水源井端两部分。蓄水端主要采集水箱水位，设置预期水位值、预期水位变化值△和水位报警四个限值，根据当前水位状态和水位变化值计算所需流量，水位过低时自动关闭增压泵组。水源井端主要采集水泵的水位、水源井流量、水泵状态和累计运行时间，根据水泵状态和运行时间选择水泵，然后根据池端输出的需求流量控制水泵。

3.1计算需求流量△Q

系统定时计算得到需要加池或减池的瞬时进水值△Q，从而得到精确控制启闭泵的数量和时机。因此，准确及时地计算△Q值是水池逻辑控制的核心。

△Q是根据水位信息、时间信息和各种设定参数，遵循一套水位控制策略计算出来的。

要从池中加入和减去的瞬时流入值△Q的计算过程如下:

(1)计算当前水位值l

需要过滤当前水位值，设置水位过滤间隔T1。

每个采集周期T采集一个水位值Li，所有采集的水位值在T1时间内取平均值。

如果采集时间小于T1，将采集的水位值求和，计算采集次数n，根据采集次数计算水位值的平均值；

如果采集时间长于T1，T1内的所有水位值总是取平均值。即每采集一个新的水位值，从上一个平均水位值中减去水位值之和，加上新的水位值；采集次数n不变，然后计算水位的平均值。

(2)计算当前水位变化值△ L

计算当前水位值后备份Lbak = L，然后每个T2时间取当前水位值，计算当前水位变化值△ l

△L = L–Lbak

△L > 0表示水位在上升；

△L < 0表示水位呈下降趋势。

(3)计算需求流量

△Q =△L * S/T2 * 3600；

△L:上一步得到的结果。

s:池底区域。

T2:水位的间隔时间。

之后将计算结果*3600换算成每小时的需求流量。

3.2水池水位控制策略

根据水池的状态，开启和关闭泵来控制水池的水位。

(1)水位下降

即水位线触及预期水位下限后，系统进入控制状态，保证水池水位继续上升。直到水位达到所需的水位，控制器才被释放。

在该控制阶段，定期执行逻辑操作以控制泵的启动操作，使得水位保持上升。在这个过程中，只开启泵，不关闭泵。

(2)水位上升

即水位线触及预期水位上限后，系统进入控制状态，保证水池水位继续下降。直到水位达到期望的水位，此时控制结束。

在这个控制阶段，定时进行逻辑运算，控制水泵关闭，保持水位下降。在这个过程中，只关泵，不开泵。

这一过程控制的目标是保持水位处于持续下降的趋势。

3.3过冲

超调量是指当需要用开关泵调节水位时，除了抵消△Q外，增加的流量或开关泵的数量，以提高水位调节的速度；

△Q1=△Q+相应水位的超调量

它是用查表法实现的。下表是一个示例表。

4.转化效应

经过上述逻辑改造后，四台供水泵站已经完全满足了无人值守泵站的要求，即无论在供水高峰期还是枯水期，都能保证水箱水位在预期范围内。主、子监控终端根据水箱水位智能控制水源井的启动次数和运行时间，避免水源井频繁启动造成的泵损坏和增压泵空转，提高水泵运行能效，节约电能，完美实现供水设备的自动化运行和给水泵站的无人值守管理。

四台给水泵站改造已近两年，整个系统运行良好，经济效益显著。两年内有两次故障，都是继电器故障。监控中心及时得到报警信息，故障很快得到解决。泵站无人值守改造后，去掉了29名值班人员，增加了2名维护人员，大大降低了泵站运行成本，提高了故障响应速度。

从2014年开始，这套泵站自动控制逻辑先后在山西、甘肃、内蒙古等地的多个泵站改造工程中得到应用。系统运行稳定可靠，效果大大超出预期，得到了用户的好评。

泵站控制系统，远程泵站控制系统

适用范围

泵站控制系统适用于城市供水系统加压泵站的远程监控和管理。

泵站管理人员可以在监控中心远程监控泵站水池的水位或入口压力、增压泵组的工作状态、出口流量和出口压力；可以远程控制和自动控制加压泵组的启动和停止；光纤通信时，可对站内全景和重要站场进行图像监控，实现泵站无人值守。

构成

系统功能

软件界面

现场展示

主要设备组成

1.监控现场(单个测量点)

备注:以“GPRS/CDMA/4G/NB-IOT”通信为例。

2。监控中心

备注:客户也可以直接租用平声云平台，详情点击“云平台软件”。

应用案例

案例一。华北油田万庄矿区供水泵站远程监控系统

项目要求:

华北油田万庄生活区的生活用水分别由东、南、西、北四座恒压供水泵站供给，每座泵站的水源来自1~3口水源井。供水系统由人工值班管理，32名工人24小时值班，管理成本极高。

为了降低泵站的运行成本，管理部门要求将所有泵站改造成无人值守的自动化泵站，希望只需要少量的设备维护人员就能保证泵站的正常运行。

工艺流程图:

系统描述:

1.通信和网络

这四个泵站分布在居民区的东、南、西、北四个方向。如果系统采用有线传输，布线和施工难度大，耗时长，费用高。鉴于小区GPRS信号较好，GPRS通信完全可以满足实时数据传输的要求，且转换速度快，成本低，最终采用GPRS无线传输。

监控中心不具备上网条件，水源井监控设备与泵站之间需要独立通信，因此系统需要以VPN方式组网，每套设备内安装GPRS-VPN专网的SIM卡。

2.系统功能

①泵站DATA-9201作为主要监控终端，安装在供水泵站，采集储水箱水位、管网压力、管网流量、泵组运行状态和参数，根据管网压力自动控制加压泵组运行。

②水源井监控终端DATA-9201安装在各水源井泵房内。每个分监控终端监控一口水源井，采集水位、流量、泵的累计运行时间和泵的运行状态，根据供水泵站的水位和每台泵的累计运行时间，自动控制每口水源井向储水箱补水。

(3)将各泵站和水源井的水泵状态和运行参数、管道压力、管道流量、储水箱水位等数据全部上报监控中心；当数据超限，设备出现故障时，系统会自动向管理人员手机发送报警信息。

3.自动供水的实现原理

自动供水系统分为两部分，即供水泵站的储水池端和水源井端。

供水泵站储水箱端:泵站监控终端DATA-9201采集水箱水位，设置预期水位、预期水位变化值△和水位报警四个限值，根据当前水位状态和水位变化值计算所需流量。水位过低时，自动关闭泵站增压泵组，停止外部供水。

水源端:DATA-9201，水源井监控终端，采集水位、水源井流量、水泵状态、水泵累计运行时间，根据水泵状态和运行时间选择水泵(实现所有水源井水泵均衡运行)，根据泵站监控终端输出的需求流量独立启停水泵，为水箱补水，使储水箱水位始终在预期范围内。

应用效果:

升级后的供水系统无论在供水高峰还是低峰期，都能保证水箱水位在预期范围内。主、子监控终端根据储水箱的水位智能控制水源井水泵的启动次数和运行时间，避免水泵频繁启动和空转。

泵站远程监控系统的建设，提高了水泵运行效率，大大节约了电能，减少了27名工作人员，实现了用户的无人值守需求，达到了减员增效的目的。

二、安徽省某水厂取水泵站远程监控系统

项目要求:

安徽某水厂的水源来自5公里外的一条河。长期以来，河道内的取水泵站一直由人工值班管理。

当水厂内水池水位低时，调度人员需打
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