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摘要：自动化控制系统是城市泵站的重要组成部分，其运行质量直接影响到泵站供水系统的工作效率及工作质量。为此，本文通过阐述城市泵站综合自动化控制系统的结构设计，重点探讨了优化控制算法对自动化控制系统进行的优化设计工作，以供类似研究工作借鉴。
关键词：城市泵站；自动化；控制系统；优化设计
1 概述
随着我国社会经济建设步伐的加快，国家对于城市水利基础设施的投资加大，大型泵站基础设施数量日益增加，这对泵站的运行效率及质量也提出了更高的要求。近些年，综合自动化控制系统以其诸多的优点在泵站等基设施中得到了广泛的应用，也为泵站带来了较好的经济效益。但是，一些早期建设的泵站自动化水平较低，泵站机组的启动、运行等操作需要人工手动操作才能完成，泵站的电气设备、自动化调控系统无法满足现代化智能泵站调控的需要。若技术人员不对现有的泵站自动化控制系统进行优化改造，很可能会造成泵站出现泵站频繁开停机、发生弃水等，严重影响到泵站的工作效率及经济效益。因此，本文以12座泵站为实例，深入探讨了泵站自动化控制系统的优化设计工作。
2 综合自动化控制系统结构设计
泵站自动化监控系统以“先进实用、安全可靠”为总体设计目标，主要任务是实现基于遥控、遥信、遥测、遥视的水泵机组自动控制、水位自动测报，水闸自动控制、干渠流量监控、监视系统、良好的系统监控软件、连接上级调度中心等目标。整个系统采用分层分布式结构的自动化监控系统，以保证系统有较高的安全性及可靠性。
2.1 分层分布式监控的特点
分层分布式监控系统就是将自动化监控系统分成独立的单元和层次，每个监控节点都是一个相对独立的单元，各单元都分别直接与上层的上机位工作站或数据服务器通信，实现了真正意义上的分布式监控，与一般监控系统相比，减少了系统中的MCU/DAU环节，使得某个节点一旦发生故障，只会丢失一个数据，而不会涉及整个系统的数据采集与自动控制，将影响降低到最小。
分层分布式监控系统具备高效可靠的顺控流程、物理量数据采集、设备自动调节和实时控制、实时图像监视、完备的报警处理、数据管理与分析、人机接口与可扩展性、网络服务与远程控制等功能，可保障水利设施的安全、高效运行。
2.2 基于分层分布式监控的泵站自动化系统结构
在本次建设中，根据泵站的实际情况及监控目标，分层分布式监控系统控制权限分为三层，分别是：泵站内LCU现地控制、泵站站控级控制和调度中心控制。
在管理处设立调度控制中心1座，在排涝站设立流量监测中心1座，在各泵站设立站级控制中心共12座，在渠系分水口/斗口处设立水量监测点16个。在各泵站对自动化测控设备进行改造完善和增设，新建泵站LCU现地控制单元和站级控制系统，视频监控系统，并通过新建SDH光纤通讯网与调度控制中心连通，实现对12座泵站的远程调度、监测和控制。各渠系水位监测点数据通过光纤通讯网传至就近泵站，然后送至调度中心，实现对14处渠系分水口/斗口实现水位监测和水量计算。
（1）调度中心远端管理/调度网络与各泵站站控级控制/管理网络之间的通讯连接通过SDH光纤环网以TCP/IP方式实现；
（2）各泵站站控级控制/管理网络和各泵站内LCU现地控制单元之间的通讯连接，通过网络交换机以TCP/IP方式连接；
（3）泵站内LCU现地控制单元与前端测量/执行设备通过模拟量、开关量信号线缆连接；
（4）在泵站建设视频服务器，通过在SDH光纤环网内单独设立2M带宽，通过光纤环网进入管理处调度中心。
2.2.1 LCU现地控制
各泵站站内机组设备均具有遥控与手动操作功能，现地手动操作为最高优先级，主要高压配电装置柜、重要的水泵出水液控阀门多在就地保护屏（箱）手动操作，水工公用系统设备多在站级集中式的LCU（现地控制单元）屏上操作。所有允许手动操作的间隔层设备、单元二次系统设计功能完善可靠，配有运行方式选择切换开关（SA-自动/手动）及控制开关（KK）按钮及信号灯。当处于现地控制模式时，操作人员可以根据工艺情况直接对设备进行启停的操作。该控制方式作为一种后备方式存在，但有最高的优先权。当各设备电控盘上控制方式处于现地操作时，上级的控制干预将被屏蔽。
现地级测控单元主要实现数据采集与处理、显示监视、控制调节、通信控制等功能。
2.2.2 泵站站控级控制
各泵站站控级控制是由泵站内站级计算机监控系统对本站设备控制的模式，能够监测全站信号量、测量值等实时工况及运行参数，执行和记录调度员发出的本站设备调节及控制命令信息。站级控制系统由监控计算机、LCU控制盘、现场测控保护单元及仪表、网络设备及软件组成，既可接受调度中心主控级指令，又可在站级操作，当调度中心系统设置成“站级控制”模式或调度中心系统失效时，闭锁主控级控制指令，但不影响上送信息。
2.2.3 调度中心控制
调度中心控制是对系统远程调度的方式，能够监测各泵站、分水闸、干渠流量监测点的信号量、测量值等实时工况及运行参数，执行和记录中心调度员工作站发出的各泵站设备调节及控制命令信息，还可以根据渠道中的水量、流量以及各个泵站的运行情况协调控制相关泵站泵组的运行和起停，并对各泵站设备的运行状况进行统计、诊断等。
调度中心远程控制系统包括监控主机、服务器、路由交换机、GPS、打印机、UPS、网络机柜、组态软件、数据库软件、远程监控软件、安全防护软件等，并配有DLP大屏幕，可形象的显示供水系统全流程的工艺和参数。在工况允许的情况下，调度中心控制层上位机上可以直接对有关设备进行操作，实现远程集中控制。根据采集的信息，上位机可以建立各类信息数据库并对各类工艺参数值做出趋势曲线（含历史数据），供调度员分析比较，改进管理方法，提高经济效益。主控级主要实现数据采集、数据处理、监视、控制、经济运行、记录与打印、运行管理、系统诊断、仿真操作、软件开发、具有操作票功能、具有自恢复功能等功能。
3 自控系统通信方式
3.1 站级控制系统与调度中心通信
站级控制系统与调度中心的通讯通过TCP/IP方式完成。系统正常运行时，全站信号量、测量值等实时工况及运行参数均由站级控制系统转发至调度中心服务器，站级控制系统接受并记录各种调度中心调度员工作站发出的本站设备调节及控制命令信息；当站级控制系统工作站故障离线时，以上信息由调度中心服务器直接从本站通讯服务器取得。传输量应能满足本站无人值班的要求。通讯规约由调度中心提供，通信通道按SDH上两个E1信道（一个E1为2.048M链路）设计，并能完成自动热备切换。
4 泵站调度方法优化
为提高泵站运行效率，达到经济运行目的，运用数学手段找到最优运行组合，对机组运行进行合理优化调度，使梯级泵站系统能耗最小。在本次泵站改造中，将引入“动态规划法”优化调度，发挥泵站工程的最大效益。
5 结语
泵站自动化改造是实现泵站自动化监控和泵站信息化管理的重要举措，对泵站的工作效率及经济效益具有重要的影响。本工程泵站自动化控制系统通过优化设计后，泵站在稳定性、可靠性和经济性等方面得到了有效的提高，同时解决了沿线区域水资源不足的问题，推动了区域经济间的发展。
参考文献：
[1]闭政金.泵站自动化监控系统设计[J].中国高新技术企业.2012年第15期
[2]陳金法.泵站自动化控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用.2011年第02期
关键词：城市泵站；自动化；控制系统；优化设计
1 概述
随着我国社会经济建设步伐的加快，国家对于城市水利基础设施的投资加大，大型泵站基础设施数量日益增加，这对泵站的运行效率及质量也提出了更高的要求。近些年，综合自动化控制系统以其诸多的优点在泵站等基设施中得到了广泛的应用，也为泵站带来了较好的经济效益。但是，一些早期建设的泵站自动化水平较低，泵站机组的启动、运行等操作需要人工手动操作才能完成，泵站的电气设备、自动化调控系统无法满足现代化智能泵站调控的需要。若技术人员不对现有的泵站自动化控制系统进行优化改造，很可能会造成泵站出现泵站频繁开停机、发生弃水等，严重影响到泵站的工作效率及经济效益。因此，本文以12座泵站为实例，深入探讨了泵站自动化控制系统的优化设计工作。
2 综合自动化控制系统结构设计
泵站自动化监控系统以“先进实用、安全可靠”为总体设计目标，主要任务是实现基于遥控、遥信、遥测、遥视的水泵机组自动控制、水位自动测报，水闸自动控制、干渠流量监控、监视系统、良好的系统监控软件、连接上级调度中心等目标。整个系统采用分层分布式结构的自动化监控系统，以保证系统有较高的安全性及可靠性。
2.1 分层分布式监控的特点
分层分布式监控系统就是将自动化监控系统分成独立的单元和层次，每个监控节点都是一个相对独立的单元，各单元都分别直接与上层的上机位工作站或数据服务器通信，实现了真正意义上的分布式监控，与一般监控系统相比，减少了系统中的MCU/DAU环节，使得某个节点一旦发生故障，只会丢失一个数据，而不会涉及整个系统的数据采集与自动控制，将影响降低到最小。
分层分布式监控系统具备高效可靠的顺控流程、物理量数据采集、设备自动调节和实时控制、实时图像监视、完备的报警处理、数据管理与分析、人机接口与可扩展性、网络服务与远程控制等功能，可保障水利设施的安全、高效运行。
2.2 基于分层分布式监控的泵站自动化系统结构
在本次建设中，根据泵站的实际情况及监控目标，分层分布式监控系统控制权限分为三层，分别是：泵站内LCU现地控制、泵站站控级控制和调度中心控制。
在管理处设立调度控制中心1座，在排涝站设立流量监测中心1座，在各泵站设立站级控制中心共12座，在渠系分水口/斗口处设立水量监测点16个。在各泵站对自动化测控设备进行改造完善和增设，新建泵站LCU现地控制单元和站级控制系统，视频监控系统，并通过新建SDH光纤通讯网与调度控制中心连通，实现对12座泵站的远程调度、监测和控制。各渠系水位监测点数据通过光纤通讯网传至就近泵站，然后送至调度中心，实现对14处渠系分水口/斗口实现水位监测和水量计算。
（1）调度中心远端管理/调度网络与各泵站站控级控制/管理网络之间的通讯连接通过SDH光纤环网以TCP/IP方式实现；
（2）各泵站站控级控制/管理网络和各泵站内LCU现地控制单元之间的通讯连接，通过网络交换机以TCP/IP方式连接；
（3）泵站内LCU现地控制单元与前端测量/执行设备通过模拟量、开关量信号线缆连接；
（4）在泵站建设视频服务器，通过在SDH光纤环网内单独设立2M带宽，通过光纤环网进入管理处调度中心。
2.2.1 LCU现地控制
各泵站站内机组设备均具有遥控与手动操作功能，现地手动操作为最高优先级，主要高压配电装置柜、重要的水泵出水液控阀门多在就地保护屏（箱）手动操作，水工公用系统设备多在站级集中式的LCU（现地控制单元）屏上操作。所有允许手动操作的间隔层设备、单元二次系统设计功能完善可靠，配有运行方式选择切换开关（SA-自动/手动）及控制开关（KK）按钮及信号灯。当处于现地控制模式时，操作人员可以根据工艺情况直接对设备进行启停的操作。该控制方式作为一种后备方式存在，但有最高的优先权。当各设备电控盘上控制方式处于现地操作时，上级的控制干预将被屏蔽。
现地级测控单元主要实现数据采集与处理、显示监视、控制调节、通信控制等功能。
2.2.2 泵站站控级控制
各泵站站控级控制是由泵站内站级计算机监控系统对本站设备控制的模式，能够监测全站信号量、测量值等实时工况及运行参数，执行和记录调度员发出的本站设备调节及控制命令信息。站级控制系统由监控计算机、LCU控制盘、现场测控保护单元及仪表、网络设备及软件组成，既可接受调度中心主控级指令，又可在站级操作，当调度中心系统设置成“站级控制”模式或调度中心系统失效时，闭锁主控级控制指令，但不影响上送信息。
2.2.3 调度中心控制
调度中心控制是对系统远程调度的方式，能够监测各泵站、分水闸、干渠流量监测点的信号量、测量值等实时工况及运行参数，执行和记录中心调度员工作站发出的各泵站设备调节及控制命令信息，还可以根据渠道中的水量、流量以及各个泵站的运行情况协调控制相关泵站泵组的运行和起停，并对各泵站设备的运行状况进行统计、诊断等。
调度中心远程控制系统包括监控主机、服务器、路由交换机、GPS、打印机、UPS、网络机柜、组态软件、数据库软件、远程监控软件、安全防护软件等，并配有DLP大屏幕，可形象的显示供水系统全流程的工艺和参数。在工况允许的情况下，调度中心控制层上位机上可以直接对有关设备进行操作，实现远程集中控制。根据采集的信息，上位机可以建立各类信息数据库并对各类工艺参数值做出趋势曲线（含历史数据），供调度员分析比较，改进管理方法，提高经济效益。主控级主要实现数据采集、数据处理、监视、控制、经济运行、记录与打印、运行管理、系统诊断、仿真操作、软件开发、具有操作票功能、具有自恢复功能等功能。
3 自控系统通信方式
3.1 站级控制系统与调度中心通信
站级控制系统与调度中心的通讯通过TCP/IP方式完成。系统正常运行时，全站信号量、测量值等实时工况及运行参数均由站级控制系统转发至调度中心服务器，站级控制系统接受并记录各种调度中心调度员工作站发出的本站设备调节及控制命令信息；当站级控制系统工作站故障离线时，以上信息由调度中心服务器直接从本站通讯服务器取得。传输量应能满足本站无人值班的要求。通讯规约由调度中心提供，通信通道按SDH上两个E1信道（一个E1为2.048M链路）设计，并能完成自动热备切换。
4 泵站调度方法优化
为提高泵站运行效率，达到经济运行目的，运用数学手段找到最优运行组合，对机组运行进行合理优化调度，使梯级泵站系统能耗最小。在本次泵站改造中，将引入“动态规划法”优化调度，发挥泵站工程的最大效益。
5 结语
泵站自动化改造是实现泵站自动化监控和泵站信息化管理的重要举措，对泵站的工作效率及经济效益具有重要的影响。本工程泵站自动化控制系统通过优化设计后，泵站在稳定性、可靠性和经济性等方面得到了有效的提高，同时解决了沿线区域水资源不足的问题，推动了区域经济间的发展。
参考文献：
[1]闭政金.泵站自动化监控系统设计[J].中国高新技术企业.2012年第15期
[2]陳金法.泵站自动化控制系统的设计与实现[J].自动化技术与应用.2011年第02期