張 輝

（秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

在日常的生活及生產(chǎn)工作中污水泵房隨處可見，其泵房的建設(shè)目的主要解決的就是排水問題，由于建設(shè)時(shí)間點(diǎn)不同，現(xiàn)今很多地方的污水泵房?jī)?nèi)的設(shè)備系統(tǒng)比較落后，迫于資金、環(huán)境等諸多因素所限，無(wú)法及時(shí)的更新設(shè)備系統(tǒng)，而污水泵房一旦出現(xiàn)故障，肯定會(huì)導(dǎo)致無(wú)法及時(shí)有效地將污水排出。公司5#泵房就是一種建設(shè)年限較長(zhǎng)的老式污水泵房，泵房?jī)?nèi)主要排水設(shè)備是3 臺(tái)混流泵。該混流泵需要搭配真空泵使用，使用前需要用真空泵將管道內(nèi)抽成真空，隨后啟用混流泵抽水。泵房?jī)?nèi)原有的電氣控制系統(tǒng)由于運(yùn)行時(shí)間過久，并且泵房?jī)?nèi)環(huán)境較為惡劣，常年陰暗潮濕，控制柜內(nèi)電氣元件腐蝕嚴(yán)重，運(yùn)行時(shí)故障頻發(fā)，并且原有的水泵驅(qū)動(dòng)方式采用的是傳統(tǒng)的接觸器Y-△降壓?jiǎn)?dòng)及接觸器角接自鎖運(yùn)行模式，首先從經(jīng)濟(jì)性角度考慮這種運(yùn)行及啟動(dòng)方式會(huì)消耗很大的電能，從用電穩(wěn)定性的角度考慮此種運(yùn)行及啟動(dòng)方式對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，從設(shè)備保護(hù)的角度考慮，此種運(yùn)行及啟動(dòng)方式對(duì)電機(jī)及水泵無(wú)任何保護(hù)作用，加大了設(shè)備的損耗。

1 項(xiàng)目分析

受環(huán)境限制，如果大規(guī)模的改造泵房所有設(shè)施、設(shè)備，經(jīng)初步核算，投資規(guī)模巨大，鑒于目前情況實(shí)施較為困難。此次改造結(jié)合各泵房的目前狀況，在泵房?jī)?nèi)設(shè)備及土建設(shè)施不改動(dòng)的前提下，重新設(shè)計(jì)泵房控制系統(tǒng)，增加電氣設(shè)備的可靠性，使新的電氣系統(tǒng)與泵房?jī)?nèi)現(xiàn)有設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，滿足使用需求的同時(shí)又能降低投資成本。主要?jiǎng)?chuàng)新的思路是利用成熟電氣技術(shù)驅(qū)動(dòng)老式可靠的設(shè)備，將新舊設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)有效結(jié)合，進(jìn)而達(dá)到改造目的。

2 設(shè)計(jì)思路

由于各泵房原有的電氣控制系統(tǒng)采用的是簡(jiǎn)單的接觸器控制原理，目前各泵房的控制柜老化嚴(yán)重，有漏電、觸電的風(fēng)險(xiǎn)，并且電氣設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，無(wú)法保證設(shè)備有效安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且原有控制線路雜亂，加大了維修的工作難度。并且原有的控制模式落后，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化組網(wǎng)及智能升級(jí)，無(wú)拓展空間。受泵房地理環(huán)境因素影響，無(wú)法改變泵房的小蓄水池深度，進(jìn)而無(wú)法將混流泵更換為時(shí)下較為流行的潛水泵，設(shè)備形式還是要采用混流泵的抽水形式，受抽水形式限制，無(wú)法使水泵自動(dòng)啟動(dòng)，但經(jīng)過設(shè)計(jì)研究，可以做到自動(dòng)停止。

針對(duì)以上這些泵房的待解決問題，基本的設(shè)計(jì)思路是重新設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，對(duì)3 臺(tái)混流泵安裝變頻器以驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)行。如果在泵房?jī)?nèi)安裝共3 臺(tái)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵運(yùn)行，增加設(shè)備運(yùn)行的可靠性，變頻器運(yùn)行的特性也會(huì)使水泵運(yùn)行更加節(jié)能及安全。

3 技術(shù)方案

（1）更換泵房?jī)?nèi)的控制柜及原有水泵的操作臺(tái)，統(tǒng)一安裝到新型配電柜內(nèi)。更換柜內(nèi)所有老式元件包括斷路器、接觸器等。柜門安裝相應(yīng)3 臺(tái)混流泵和2 臺(tái)真空泵的啟動(dòng)和停止的帶燈按鈕、超聲波投入的轉(zhuǎn)換開關(guān)、電源指示燈、電壓表、電流表、多功能功率表、急停按鈕等元件。

（2）根據(jù)實(shí)際需求，增加200 Smart PLC（帶以太網(wǎng)口）和模擬量輸入模塊來(lái)控制泵的啟動(dòng)和停止會(huì)更加穩(wěn)定，同時(shí)為后續(xù)的更新、改造預(yù)留空間。

（3）更換水位開關(guān)電纜和照明等輔助設(shè)備的電纜，并配套相應(yīng)的橋架、鍍鋅管、角鐵等附件。將原有的不更換的線纜和新敷設(shè)電纜進(jìn)到橋架、鍍鋅管內(nèi)，橋架、鍍鋅管、軟管按照規(guī)范安裝。

（4）按照水泵的額定功率，對(duì)泵房?jī)?nèi)的3 臺(tái)混流泵增加3 臺(tái)變頻器，經(jīng)過核算需配置3 臺(tái)45 kW 的ABB-ACS510 系列變頻器。

（5）在泵房蓄水池上各安裝1 個(gè)帶4～20 mA 輸出變送器的超聲波液位傳感器，將信號(hào)給PLC 進(jìn)行處理比較，作為自動(dòng)停機(jī)的液位保護(hù)。

（6）控制柜內(nèi)安裝維修插座、電腦托架、圖紙盒、風(fēng)扇及風(fēng)扇罩、吊裝環(huán)等。

（7）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)新柜尺寸為1400 mm×600 mm×1900 mm（含底座）。

（8）采用STEP 7 MicroWIN SMART V2.3.0.2 編程軟件對(duì)泵房控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC 程序的編寫。

（9）泵房主要電氣原理如圖1 所示。

圖1 泵房主要電氣原理

（10）操作柜操作流程說(shuō)明如下：①確認(rèn)“緊急停止”未按下既可；②按下真空泵1、2 啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)真空泵1、2；③當(dāng)真空表達(dá)到要求的數(shù)字后，打開欲啟動(dòng)的混流泵氣路管道閥門；④當(dāng)真空表達(dá)到要求的數(shù)字后，按下欲啟動(dòng)的混流泵的啟動(dòng)按鈕，該混流泵啟動(dòng)；⑤重復(fù)3，4 步驟，啟動(dòng)所有欲啟動(dòng)的混流泵；⑥關(guān)閉已啟動(dòng)的混流泵氣路管道閥門，按下真空泵1、2 停止按鈕，停止真空泵1、2 工作；⑦如需停止單臺(tái)混流泵，按下相對(duì)應(yīng)的混流泵停止按鈕即可；⑧當(dāng)水池水位降到自定高度，所有工作的混流泵自動(dòng)停止運(yùn)行。該高度由程序內(nèi)部設(shè)定參數(shù)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)超聲波液位儀發(fā)送的數(shù)據(jù)大于等于該參數(shù)既為到達(dá)該高度。

4 實(shí)施效果及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）目前泵房的升級(jí)改造已經(jīng)完成，并已投入使用1 年多，整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并已平穩(wěn)度過2 個(gè)汛期。在不對(duì)原設(shè)備及設(shè)施進(jìn)行大的改造的前提下，更改了原控制系統(tǒng)中不科學(xué)的控制方式，提高了設(shè)備的使用效果，改造后的控制設(shè)備操作簡(jiǎn)單，容易上手，相關(guān)的操作人員很快便熟練掌握操作方法，并且在汛期時(shí)也體現(xiàn)出設(shè)備更新后的明顯變化，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，液位控制更加準(zhǔn)確。

（2）升級(jí)改造所有控制柜，更換控制元件，從而降低設(shè)備的故障率以及維修難度。泵房設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車功能，減輕人員的工作強(qiáng)度，也保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

（3）保留泵房?jī)?nèi)的老舊設(shè)備精華，并用新的配電系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以相對(duì)小的資金投入實(shí)現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定而有效的運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)新舊設(shè)備相結(jié)合的理念，在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。

（4）選擇200 Smart 系列PLC 和模擬量輸入模塊來(lái)控制泵的啟動(dòng)和停止會(huì)更加穩(wěn)定及智能化，同時(shí)使設(shè)備控制系統(tǒng)具備升級(jí)拓展能力，目前各個(gè)泵房具備直接組網(wǎng)合并的功能，并且針對(duì)外部設(shè)備的功能及運(yùn)行方式更改PLC 程序就可以對(duì)整體進(jìn)行升級(jí)改造。

（5）重新設(shè)計(jì)并安裝控制柜在柜內(nèi)安裝元件包括斷路器、接觸器，按照水泵的額定功率，對(duì)泵房的3 臺(tái)混流泵增加匹配3 臺(tái)45 kW 的ABBACS510 系列變頻器。由于變頻器通過內(nèi)部IGBT模塊對(duì)電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、加速度的曲線、啟動(dòng)模式等運(yùn)行數(shù)據(jù)有著內(nèi)部設(shè)定及復(fù)雜的運(yùn)算邏輯，可以通過各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析，如管道壓力及流量、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，也可分析設(shè)備是否出現(xiàn)故障，并瞬間保護(hù)停機(jī)，對(duì)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行智能控制及保護(hù)，所以變頻驅(qū)動(dòng)有著啟動(dòng)穩(wěn)定、運(yùn)行可靠及擁有強(qiáng)大的保護(hù)功能的特性，通過變頻驅(qū)動(dòng)降低設(shè)備的啟動(dòng)沖擊，也起到節(jié)約電能的作用，同時(shí)起到電機(jī)不過載運(yùn)行功能及對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的各項(xiàng)保護(hù)。

（6）在泵房蓄水池上各安裝1 個(gè)帶4～20 mA 輸出變送器的超聲波液位傳感器，將信號(hào)給PLC 進(jìn)行處理比較，作為自動(dòng)停機(jī)的液位保護(hù)，不需要操作人員在場(chǎng)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行，設(shè)備自己可以可靠的運(yùn)行并能準(zhǔn)確的檢測(cè)液位并停止。

5 結(jié)束語(yǔ)

在使用方面泵房經(jīng)過投入運(yùn)行，更改了原控制系統(tǒng)不科學(xué)的控制方式，提高設(shè)備的使用效果，改造后的控制設(shè)備操作步驟簡(jiǎn)單，容易上手，目前相關(guān)操作人員已經(jīng)可以熟練掌握操作方法，并且在汛期時(shí)也體現(xiàn)出設(shè)備更新后的明顯變化，設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，液位控制更加準(zhǔn)確。通過此項(xiàng)技術(shù)改造，有效的提高生產(chǎn)區(qū)域的排水能力，更好的保證汛期的平穩(wěn)度過。

在技術(shù)方面安裝200 Smart 系列PLC（帶以太網(wǎng)口）和模擬量輸入模塊來(lái)控制泵的啟動(dòng)和停止，同時(shí)為后續(xù)的更新、改造預(yù)留空間，并且可匹配12 觸摸屏（帶以太網(wǎng)口），使設(shè)備運(yùn)行通過畫面操作及觀看會(huì)更加直觀，之后如果匹配觸摸屏，可以按鈕操作也可以通過觸摸屏操作。并且在日后各泵房之間可進(jìn)行組網(wǎng)連接，通過遠(yuǎn)程可以監(jiān)控泵房設(shè)備狀態(tài)，同時(shí)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，這樣就可以真正的實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。如果日后對(duì)泵房?jī)?nèi)的設(shè)備、設(shè)施繼續(xù)升級(jí)改造，只需要在控制上進(jìn)行調(diào)整，就可滿足需求。

老式泵房的升級(jí)改造，可以大大提高泵房排水能力，并且在同類老式泵房上也可以推廣借鑒。按照此思路進(jìn)行老式泵房升級(jí)改造，可以在節(jié)約成本的同時(shí)降低設(shè)備的故障率以及維修難度，降低因配電柜老舊所造成的漏電及觸電事故的發(fā)生。