李国俊
上海城投原水有限公司青草沙水库管理分公司 上海 201913
摘要：随着科技水平技术不断发展，城投集团“十四五规划”要求生产供水设备的数字化、智能化程度需不断提高，本文主要介绍探讨青草沙水库长兴支线输水泵站从设备自控升级、供电稳定性提升、控制设备线路改良以及智能调度改造等多个方面、在安全可靠供水的基础上结合具体措施来实现长兴支线供水及调度的智能化、数字化提升，从而确保完成供水安全、精准调度的生产目标。
关键词：设备自控升级、应急柜改造、智能调度升级
引言
青草沙长兴输水泵房2014年6月正式通水投运，主要提供整个长兴岛原水供应，管线长度3.92km，设计供水能力23万m3/吨。泵站内有4台变频调速卧式离心泵，以满足出口流量和压力要求。随着发展要求不断提高，水务供水运营模式逐渐转向精细化、数字化、智能化，尤其在调度方式上从依仗传统“人工经验”逐渐转向现代化“智能调度”，不断完善水量自动测算以及闭环控制流程技术的可靠性及稳定性，通过设备智能化改造、升级等措施，从而采取针对性控制能耗、降低成本、提升效率。
1、阀门自动控制升级
目前长兴支线输水泵站虽已经基本实现了常规设备的自动化控制，但出水管道H-C3、H-C4、H-C5阀门仍采用大口径蝶阀进行手动就地启闭，单次操作时间超过30分钟并不具备远程控制功能。在管道检修或运行模式切换时无法达到智能自动化调度的要求，因此需全面升级阀门自控装置，提升阀门运行速度，实现远程控制要求。阀门通过安装电动执行机构并对开关限位、启闭速度进行调试，输水公共PLC系统对其进行监控，采集阀门开、停、关状态，故障报警等信号，PLC系统采集后通过交换机用以太网将信号传输给上位机，值班人员根据操作指令以及实际需求对阀门进行远程操控，从而进一步完善整个供水装置的自动化程度。
2、供电稳定性升级
通过对目前生产运行状况分析：缓闭止回阀控制箱电源由市电供电、机泵PLC柜控制电源引自公用PLC柜，以上两处电源均易受到外电网波动影响，曾出现过因雷击导致止回阀异常关闭以及PLC系统瘫痪导致机泵停止、通讯中断现象。因此为提高设备可靠性、生产安全稳定，4台机泵PLC柜以及就地控制柜、液控阀应急箱各自配备独立UPS供电，满足至少10-15min后备延时要求,在突发失电情况下，保持控制电源的稳定。
3、机泵自控系统改良
输水泵站4台变频泵的动力电为：1#、3#泵采用400VⅠ段电源，2#、4#泵采用Ⅱ段电源，此已满足分段分管的要求，但其自控模式为1#、2#机组共用一套PLC冗余架构，3#、4#机组共用另一套PLC冗余架构，且各自采用一台7007网关进行数据通讯。由于为2台机组共用一套PLC系统及IO机架，虽设置了冗余结构，但仍然存在一旦出现故障，2台机组同时无法供水的严重情况，对生产安全极为不利，也不利于维护检修。因此为提升系统稳定性达到智能调度要求，对机组自控系统进行拆分，使每台机组单独对应1套PLC系统，从而使所有电源、信号接入、控制输出等均独立，在发生故障时能进行隔离，不扩大事故范围。通过改良后，除了各机组控制系统独立外，位于400V开关室的变频器将敷设485屏蔽双绞线至输水泵站内，采集变频器相关数据接入PLC系统，加强长距离数据传输的抗干扰。另外，原先PLC系统采用的是1756系列6代L61CPU，冗余形式，已经服役近10年，处理数据能力、响应速度较低，日常人工点击操作尚能满足需求，后续智能调度平台要求秒级甚至毫秒级相应速度，老一代CPU能力已不足以应付；软件系统版本为16.04，已经老旧过时，无法与现在常用模块兼容；原先1756-IR6I温度采集模块已停产；原有电源模块、以太网通信模块也服役多年，维护过程中曾出现故障情况，且一旦通信模块或电源模块故障，将导致整套自控系统失效，严重影响生产安全稳定；因此所有PLC硬件将升级为cotrollogix5580控制器及最新软件版本，从而满足智能调度的软硬条件。
4、智能调度升级：
目前供应自来水的长兴水厂内采用的网络与青草沙水库不在同一网段，长兴水厂与青草沙水库之间采用的是无线方式进行数据交互。数据传输稳定性差，且厂内需要的出站流量、压力等数据缺失；长兴水厂原先需求为通过当班人员按经验估计得出，再通过人工打电话到原水综合调度平台，通过电话确认需求和流量，误差大、时效性差，操作繁琐，不利于智能调度系统的实施。
因此计划对长兴支线调度系统进行智能化升级：为提高需水量数据的准确性和及时性，不再通过人工估算形式，在厂内自控系统中升级自动运算程序，根据流量、压力等自动计算需水量，提高数据准确性与时效性；在原水综合调度平台的基础上，升级长兴支线智能调度模块，长兴支线智能调度模块以长兴支线为应用范围，根据长兴支线的原水管网、水泵机组、供配电设施的特性参数作为依据，运用长兴支线的水力模型对调度运行情况进行模拟，从而生成调度方案，根据调度方案对设备进行自动控制，从而达到长兴支线水量智能调配的目的。
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图1 智能调度网络图
5、应急控制柜线路改良并增设远程控制
由于长兴支线输水泵站机组控制均由PLC系统负责，一旦系统瘫痪将直接导致供水中断。因此搭建4台应急控制柜，其均由继电器硬节点组成，完全独立于PLC控制系统之外，当自控系统故障，通过应急柜就能对机泵进行启停、转速调节以及温度、电流监控。目前受限于变频器本身模块功能设置，自控系统所用的启停接口需要持续保持接受高电平信号方能保持机泵运行，因此一旦自控系统因外部原因产生波动，信号极有可能中断导致变频器停止工作。为解决此问题，设想增加一块ABB的IO接口扩展模块，将自控系统的启停接入脉冲信号端口，并通过变频器内部程序将其设置为启停作用，同时配合自控系统的UPS，即可有效解决控制信号波动而跳车的问题。
另外，由于长兴支线中控室与机泵所在地相聚400多米，且在值班人员只有2名的情况下，处理应急事故时极为不便。因此，在中控室再增加一台应急远程操作台，专门控制应急操作柜，独立于原自控网络，装配一套PLC系统及HMI系统，所有数据均只与应急柜的智能操作、温度巡检仪表进行通讯，从而形成自控双保险。
结束语：
综上所述，通过针对自控系统、供电系统、调度系统等各方面的升级、改良，能有效实现长兴支线原水调度、供应的智能化、数字化以及安全保障，同时以传感器数据流量为基础、人工经验为辅助，进一步加强原水系统与自来水系统的供需关系，提升原水调度的及时性、精确性，为节能增效、安全供应打下坚实基础。
参考文献：
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[3]、ABB ACS800 固件手册
[4]、青草沙水库初步设计