淺談地下水廠的電氣自控設(shè)計(jì)

　　文章通過地下水廠水源地電氣自控系統(tǒng)的介紹，對(duì)于地下水廠工程在設(shè)計(jì)及實(shí)施過程中遇到的一般性問題進(jìn)行探討，可以對(duì)今后的設(shè)計(jì)及工程實(shí)施工作起到一定的借鑒作用。

　　《電氣工程應(yīng)用》以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想為指導(dǎo)，全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”，理論聯(lián)系實(shí)際，開展教育科學(xué)研究和學(xué)科基礎(chǔ)理論研究，交流科技成果，促進(jìn)學(xué)院教學(xué)、科研工作的發(fā)展，為教育改革和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

　　隨著國(guó)家對(duì)引用水源的重視，在關(guān)系國(guó)民基本生活保證的市政給水設(shè)施建設(shè)方面投入很大，近年來(lái)新建和改擴(kuò)建水廠工程項(xiàng)目很多，其中大多以縣級(jí)中小型供水工程居多，這類工程供水規(guī)模一般不大，且水源大多為深井地下水源，水廠占地面積較小，日變化系數(shù)和時(shí)變化系數(shù)均較大，水廠技術(shù)力量較薄弱，管理水平較低，財(cái)力也較為緊張，這就決定了設(shè)計(jì)思路有別于大中型水廠，不能搞大而全的工程投資，加之各個(gè)縣鎮(zhèn)具體情況不一，不能生搬硬套。這就對(duì)電氣自控設(shè)計(jì)提出許多具體要求，要求在有限的財(cái)力下，應(yīng)堅(jiān)持設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、合理、可靠、安全的原則，設(shè)備和系統(tǒng)要能滿足當(dāng)前和未來(lái)幾年內(nèi)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

　　本文結(jié)合具體工程對(duì)中小型供水系統(tǒng)電氣自控設(shè)計(jì)實(shí)踐談幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

　　1.工程介紹

　　某縣城區(qū)給水?dāng)U建工程建設(shè)規(guī)模為5.0萬(wàn)m3/d。電氣自控設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括：1.新水源地電氣自控工程;2.自來(lái)水公司總調(diào)自控系統(tǒng);3.舊水源地電氣自控改造。

　　本工程電氣自控工程于2001年開始分兩期實(shí)施。一期工程以新建項(xiàng)目為主，主要包括新水源地11座深井泵房的建設(shè)，自來(lái)水公司總調(diào)自控系統(tǒng);二期工程以改造項(xiàng)目為主，包括舊水源地10座深井泵房電氣自控改造及自來(lái)水公司總調(diào)自控系統(tǒng)擴(kuò)充。

　　2.系統(tǒng)介紹

　　根據(jù)當(dāng)前水源地井群監(jiān)控的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，本工程采用水源地井群遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用現(xiàn)代化的通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)各遠(yuǎn)端設(shè)備及水質(zhì)、流量等參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了管理的自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化。可減少大量值班維護(hù)人員，節(jié)省運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，綜合造價(jià)較低。

　　此系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制的監(jiān)控中心臺(tái)和若干分臺(tái)(集中了控制水質(zhì)、水量的在線檢測(cè)設(shè)備及泵房泵閥控制設(shè)備等)組成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　監(jiān)控中心臺(tái)包括監(jiān)控臺(tái)計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)等，并可通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

　　分臺(tái)包括集中控制器、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU、泵閥開關(guān)控制器、鍵盤顯示器、流量計(jì)、PH計(jì)、水位、壓力檢測(cè)儀表及水處理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀等。

　　由于本系統(tǒng)點(diǎn)多而分散, 地理環(huán)境復(fù)雜，所以非常適合采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，中心臺(tái)與分臺(tái)通過無(wú)線方式進(jìn)行通訊連接，具體在中心臺(tái)和分臺(tái)各連接一臺(tái)無(wú)線電臺(tái)，各分臺(tái)監(jiān)控設(shè)備能實(shí)時(shí)采集和記錄每個(gè)點(diǎn)的水處理設(shè)備運(yùn)行情況及水質(zhì)和流量等數(shù)據(jù)，并通過無(wú)線電臺(tái)發(fā)送給中心臺(tái);中心臺(tái)工作人員作出判斷并發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的運(yùn)行。記錄的數(shù)據(jù)存放在中心臺(tái)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以隨時(shí)查詢或打印，其它計(jì)算機(jī)也可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。

　　3.電氣保護(hù)

　　電氣保護(hù)主要包括配電保護(hù)及防雷保護(hù)。其中設(shè)計(jì)需要特別注意的保護(hù)設(shè)置主要有一下幾點(diǎn)：

　　水源地井群因?yàn)榫嗍袇^(qū)較遠(yuǎn)，分布比較分散，供電通常采用高壓架空線路配電到深井泵房戶外，采用桿上變電站方式供電。戶外變壓器保護(hù)采用高壓負(fù)荷開關(guān)加熔斷器保護(hù)。因?yàn)槿蹟嗥鞅Ｗo(hù)動(dòng)作通常會(huì)某一相提前熔斷，造成深井泵電機(jī)缺相運(yùn)行工作，因此電機(jī)應(yīng)設(shè)置缺相保護(hù)功能，同時(shí)根據(jù)《通用用電設(shè)備配電設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求設(shè)置過電流和短路保護(hù)等。

　　深井泵房選用潛水電機(jī)，可配備其專用的繼承電子監(jiān)控裝置，用以監(jiān)控和防護(hù)電機(jī)，可監(jiān)控以下參數(shù)：在啟動(dòng)前系統(tǒng)對(duì)地的絕緣性;電機(jī)溫度;電機(jī)電流及電流不平衡狀態(tài);供電電壓;相序。可防護(hù)以下情況的發(fā)生：水泵干轉(zhuǎn);電機(jī)的早期故障，如絕緣等級(jí)下降;電機(jī)溫度過高;電機(jī)燒毀，同時(shí)對(duì)于持續(xù)的欠壓、過壓，欠電流、過電流，冷卻不足、過載、超溫有可靠的保護(hù)。但是，此電子監(jiān)控裝置對(duì)于瞬間的電壓波動(dòng)脈沖(如雷電),電機(jī)堵轉(zhuǎn)等情況無(wú)保護(hù)功能，必要時(shí)應(yīng)另外增加相應(yīng)必要保護(hù)措施。

　　水源地井群防雷設(shè)計(jì)的好壞是保證電氣自控系統(tǒng)工作能否正常的重要保證。系統(tǒng)主要包括：變壓器高壓進(jìn)線防雷保護(hù)，采用高壓閥型避雷器保護(hù);低壓側(cè)進(jìn)線的過電壓保護(hù)，可采用防浪涌電流保護(hù)器件SPD;無(wú)線電臺(tái)天線饋線應(yīng)采用專用避雷器保護(hù)，同時(shí)應(yīng)做好天線支架的防雷接地措施。保證天線在避雷針保護(hù)范圍內(nèi)。另外，做好泵房的等電位聯(lián)結(jié)，是保證處于經(jīng)常潮濕環(huán)境的泵房的操作維護(hù)人員人身安全的重要措施。

　　水源地深井泵房控制柜一般由以下設(shè)備組成：配電斷路器，SPD元件，電機(jī)啟動(dòng)器(如軟啟動(dòng)器)，工控設(shè)備RTU等，高頻開關(guān)電源，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，無(wú)線電臺(tái)，電氣二次儀表，液位、壓力及流量等儀表的二次顯示儀表等，通常設(shè)計(jì)采用一體化控制柜，將所有元件安裝在整個(gè)柜內(nèi)，便于運(yùn)輸及安裝。一體化控制柜柜內(nèi)存在多個(gè)高頻干擾源，其能否保證設(shè)備能夠正常工作，柜內(nèi)設(shè)備布置應(yīng)考慮其相互間要有一定防護(hù)距離外，還應(yīng)做好屏蔽措施及良好的接地。控制柜的抗干擾能力和電磁兼容性EMC應(yīng)在柜體生產(chǎn)出廠前有相關(guān)性能測(cè)試，應(yīng)能滿足設(shè)備正常工作，并且符合環(huán)保及對(duì)人體健康的要求。

　　4.電臺(tái)的選擇

　　無(wú)線電臺(tái)作為一種通訊媒介，與光纖、微波、明線一樣，有一定的適用范圍：它提供某些特殊條件下專網(wǎng)中監(jiān)控信號(hào)可靠的數(shù)據(jù)傳輸，具有成本低、安裝維護(hù)方便、繞射能力強(qiáng)、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、覆蓋范圍遠(yuǎn)的特點(diǎn)，適合點(diǎn)多而分散、地理環(huán)境復(fù)雜等的場(chǎng)合。在很多專網(wǎng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本工程四周山巒較多，水源地深井布置在城區(qū)外，分散在城區(qū)四周農(nóng)村中，點(diǎn)多而分散，如果采用有線方式，直接面臨復(fù)雜的布線工程，施工及征地以將困難重重，結(jié)合本工程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用無(wú)線方式完成水處理遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了水處理的自動(dòng)化程度，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　本工程電氣自控工程分兩期實(shí)施。 本工程采用公開招標(biāo)方式確定系統(tǒng)集成商，根據(jù)招標(biāo)結(jié)果， 一期工程采用了松下Panasonic模擬數(shù)傳電臺(tái)，電臺(tái)由工作于230MHz頻段的模擬調(diào)頻對(duì)講收發(fā)信機(jī)加MODEM改制而成的。此電臺(tái)報(bào)格便宜，非常有商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，基本能滿足水源地井群調(diào)度要求。但是通過半年調(diào)試和試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)許多通訊問題。故二期工程根據(jù)一期工程時(shí)實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，改用美國(guó)MDS公司2710數(shù)字電臺(tái)，兩種電臺(tái)選用具體差別為：1。可靠性——一期模擬電臺(tái)要求不能連續(xù)發(fā)射，否則燒功放，為了滿足工程需要，本工程電臺(tái)根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，選用功率為80W，遠(yuǎn)大于MDS公司2710數(shù)字電臺(tái)最大發(fā)射功率25瓦。2.技術(shù)指標(biāo)低——一期模擬電臺(tái)傳輸速率2400bps，需用反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到較好的10-6誤碼靈敏度，數(shù)字電臺(tái)傳輸速率可達(dá)19200bps,并可連續(xù)發(fā)射工作。3.誤碼高——一期模擬電臺(tái)中心臺(tái)和分臺(tái)經(jīng)常發(fā)生通訊錯(cuò)誤，因?yàn)槟M電臺(tái)采用單鎖相環(huán)及PTT時(shí)延造成收發(fā)轉(zhuǎn)換時(shí)間50ms以上，發(fā)射端容易丟掉字頭數(shù)據(jù)，調(diào)頻靜噪尾噪聲造成在接收端出現(xiàn)多余的字符，無(wú)糾錯(cuò)編碼，容易受干擾。為了彌補(bǔ)通訊故障缺陷，設(shè)計(jì)采用中心臺(tái)上位機(jī)軟件延時(shí)，增加編碼校驗(yàn)，保證通訊的可靠性。這樣整個(gè)中心臺(tái)對(duì)分臺(tái)的輪尋時(shí)間增加。數(shù)字電臺(tái)采用數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字調(diào)制、糾錯(cuò)編碼、SMT一體化設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)。很容易完成通訊任務(wù)，信號(hào)準(zhǔn)確，使工程調(diào)試周期縮短。4.無(wú)網(wǎng)管——一期模擬電臺(tái)如果數(shù)據(jù)傳不回來(lái)或者控制不能下達(dá)，無(wú)法判斷是停電、電源壞、信號(hào)差、天饋線不匹配、溫度高還是RTU無(wú)數(shù)據(jù)。采用數(shù)字電臺(tái)后，可在中心站遠(yuǎn)程監(jiān)視遠(yuǎn)端電臺(tái)狀態(tài)(電壓、溫度、誤碼、功率、接收電平等)，可遠(yuǎn)程提示遠(yuǎn)端電臺(tái)的告警信號(hào)(低電壓、數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤、溫度過高、不匹配等)，遠(yuǎn)程設(shè)置遠(yuǎn)端電臺(tái)參數(shù)(串口速率、發(fā)射功率等)。

　　5.組態(tài)軟件選擇

　　一期由自控工程公司采用Visual C++編程自行開發(fā)水源地管理系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控軟件，軟件基本不涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題，造價(jià)較低，針對(duì)性強(qiáng)，基本能滿足業(yè)主的要求。但是，因?yàn)檐浖脚_(tái)選擇為通用開發(fā)軟件，很難做到良好的人機(jī)界面，同時(shí)，因?yàn)椴煌司幊田L(fēng)格不同，編程人員更換后，當(dāng)需要增加功能時(shí)，工作量很大，反映出可擴(kuò)展性差。二期采用國(guó)產(chǎn)正版軟件 \"組態(tài)王\"監(jiān)控軟件，該軟件系統(tǒng)功能豐富且靈活易用，實(shí)時(shí)性好，且支持支持?jǐn)?shù)百種國(guó)內(nèi)流行的外備，在系統(tǒng)配置和維護(hù)方面非常方便。軟件以優(yōu)秀的性能、純中文界面、編程風(fēng)格簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性能好，且與其他應(yīng)用程序交換方便，易調(diào)試，具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，編制的上位機(jī)監(jiān)控軟件具有的多媒體技術(shù)，將語(yǔ)音，圖像以及視頻文件融入其中，不但滿足了監(jiān)控要求，還可以滿足參觀演示的功能。同時(shí)采用采用電子表格軟件EXCEL內(nèi)嵌的VBA開發(fā)軟件，自動(dòng)生成EXCEL報(bào)表文件。

　　6. 遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU的選擇

　　當(dāng)今作為水源地井群深井泵房遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU的設(shè)備主要有三種：可變程邏輯控制器PLC、專用RTU設(shè)備(如摩托羅拉公司MOSCAD等)以及電臺(tái)與RTU一體化產(chǎn)品(如澳大利亞APOLLO等)，因?yàn)樯罹梅縄/O測(cè)控點(diǎn)數(shù)量較少，通訊要求簡(jiǎn)單，所以對(duì)于RTU選擇無(wú)特別要求。

　　對(duì)于中小型地下水廠，電氣自控的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)密切結(jié)合，設(shè)計(jì)人員應(yīng)把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)難點(diǎn)，在設(shè)備采購(gòu)及招標(biāo)中嚴(yán)把技術(shù)關(guān)，保證工程的順利實(shí)施。同時(shí)因?yàn)橥ǔＶ行⌒退畯S投資有限，在系統(tǒng)方案及設(shè)備選擇方面經(jīng)濟(jì)因素經(jīng)常占據(jù)了主導(dǎo)地位，造成工程完成后，設(shè)備調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)需要投入比較大的時(shí)間的精力，甚至可能會(huì)影響工程質(zhì)量，造成不必要的浪費(fèi)。一個(gè)工程能否順利完滿的完成，有賴于整個(gè)工程的投資單位、建設(shè)單位、勘察單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位等的配合，在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，如何合理利用投資方的資金，建成一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理、先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)的工程，值得工程單位各方的共同努力和探索。

　　參考文獻(xiàn)：

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