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)時間點不同，現(xiàn)今很多地方的污水泵房內(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，無法及時的更新設(shè)備系統(tǒng)，而污水泵房一旦出現(xiàn)故障，肯定會導(dǎo)致無法及時有效地將污水排出。公司5#泵房就是一種建設(shè)年限較長的老式污水泵房，泵房內(nèi)主要排水設(shè)備是3 臺混流泵。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。泵房內(nèi)原有的電氣控制系統(tǒng)由于運行時間過久，并且泵房內(nèi)環(huán)境較為惡劣，常年陰暗潮濕，控制柜內(nèi)電氣元件腐蝕嚴重，運行時故障頻發(fā)，并且原有的水泵驅(qū)動方式采用的是傳統(tǒng)的接觸器Y-△降壓啟動及接觸器角接自鎖運行模式，首先從經(jīng)濟性角度考慮這種運行及啟動方式會消耗很大的電能，從用電穩(wěn)定性的角度考慮此種運行及啟動方式對電網(wǎng)沖擊很大，從設(shè)備保護的角度考慮，此種運行及啟動方式對電機及水泵無任何保護作用，加大了設(shè)備的損耗。

1 項目分析

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，鑒于目前情況實施較為困難。此次改造結(jié)合各泵房的目前狀況，在泵房內(nèi)設(shè)備及土建設(shè)施不改動的前提下，重新設(shè)計泵房控制系統(tǒng)，增加電氣設(shè)備的可靠性，使新的電氣系統(tǒng)與泵房內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備形成聯(lián)動，滿足使用需求的同時又能降低投資成本。主要創(chuàng)新的思路是利用成熟電氣技術(shù)驅(qū)動老式可靠的設(shè)備，將新舊設(shè)備的優(yōu)點有效結(jié)合，進而達到改造目的。

2 設(shè)計思路

由于各泵房原有的電氣控制系統(tǒng)采用的是簡單的接觸器控制原理，目前各泵房的控制柜老化嚴重，有漏電、觸電的風(fēng)險，并且電氣設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，無法保證設(shè)備有效安全的運轉(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，無法實現(xiàn)智能化組網(wǎng)及智能升級，無拓展空間。受泵房地理環(huán)境因素影響，無法改變泵房的小蓄水池深度，進而無法將混流泵更換為時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，無法使水泵自動啟動，但經(jīng)過設(shè)計研究，可以做到自動停止。

針對以上這些泵房的待解決問題，基本的設(shè)計思路是重新設(shè)計電氣控制系統(tǒng)，對3 臺混流泵安裝變頻器以驅(qū)動水泵運行。如果在泵房內(nèi)安裝共3 臺變頻器來驅(qū)動水泵運行，增加設(shè)備運行的可靠性，變頻器運行的特性也會使水泵運行更加節(jié)能及安全。

3 技術(shù)方案

（1）更換泵房內(nèi)的控制柜及原有水泵的操作臺，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 臺混流泵和2 臺真空泵的啟動和停止的帶燈按鈕、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)實際需求，增加200 Smart PLC（帶以太網(wǎng)口）和模擬量輸入模塊來控制泵的啟動和停止會更加穩(wěn)定，同時為后續(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，對泵房內(nèi)的3 臺混流泵增加3 臺變頻器，經(jīng)過核算需配置3 臺45 kW 的ABB-ACS510 系列變頻器。

（5）在泵房蓄水池上各安裝1 個帶4～20 mA 輸出變送器的超聲波液位傳感器，將信號給PLC 進行處理比較，作為自動停機的液位保護。

（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)場實際情況，設(shè)計新柜尺寸為1400 mm×600 mm×1900 mm（含底座）。

（8）采用STEP 7 MicroWIN SMART V2.3.0.2 編程軟件對泵房控制系統(tǒng)進行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）操作柜操作流程說明如下：①確認“緊急停止”未按下既可；②按下真空泵1、2 啟動按鈕，啟動真空泵1、2；③當真空表達到要求的數(shù)字后，打開欲啟動的混流泵氣路管道閥門；④當真空表達到要求的數(shù)字后，按下欲啟動的混流泵的啟動按鈕，該混流泵啟動；⑤重復(fù)3，4 步驟，啟動所有欲啟動的混流泵；⑥關(guān)閉已啟動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如需停止單臺混流泵，按下相對應(yīng)的混流泵停止按鈕即可；⑧當水池水位降到自定高度，所有工作的混流泵自動停止運行。該高度由程序內(nèi)部設(shè)定參數(shù)，當現(xiàn)場超聲波液位儀發(fā)送的數(shù)據(jù)大于等于該參數(shù)既為到達該高度。

4 實施效果及系統(tǒng)優(yōu)點

（1）目前泵房的升級改造已經(jīng)完成，并已投入使用1 年多，整套系統(tǒng)運行穩(wěn)定，并已平穩(wěn)度過2 個汛期。在不對原設(shè)備及設(shè)施進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，并且在汛期時也體現(xiàn)出設(shè)備更新后的明顯變化，設(shè)備運行更加穩(wěn)定，液位控制更加準確。

（2）升級改造所有控制柜，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)備運行平穩(wěn)，并且實現(xiàn)自動停車功能，減輕人員的工作強度，也保證設(shè)備運行的可靠性。

（3）保留泵房內(nèi)的老舊設(shè)備精華，并用新的配電系統(tǒng)進行驅(qū)動，以相對小的資金投入實現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定而有效的運行。實現(xiàn)新舊設(shè)備相結(jié)合的理念，在降低成本的同時實現(xiàn)了目標。

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

（5）重新設(shè)計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，對泵房的3 臺混流泵增加匹配3 臺45 kW 的ABBACS510 系列變頻器。由于變頻器通過內(nèi)部IGBT模塊對電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、加速度的曲線、啟動模式等運行數(shù)據(jù)有著內(nèi)部設(shè)定及復(fù)雜的運算邏輯，可以通過各項數(shù)據(jù)分析，如管道壓力及流量、轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)，判斷當前運行狀態(tài)，也可分析設(shè)備是否出現(xiàn)故障，并瞬間保護停機，對驅(qū)動的設(shè)備進行智能控制及保護，所以變頻驅(qū)動有著啟動穩(wěn)定、運行可靠及擁有強大的保護功能的特性，通過變頻驅(qū)動降低設(shè)備的啟動沖擊，也起到節(jié)約電能的作用，同時起到電機不過載運行功能及對電機驅(qū)動下的各項保護。

（6）在泵房蓄水池上各安裝1 個帶4～20 mA 輸出變送器的超聲波液位傳感器，將信號給PLC 進行處理比較，作為自動停機的液位保護，不需要操作人員在場監(jiān)視設(shè)備運行，設(shè)備自己可以可靠的運行并能準確的檢測液位并停止。

5 結(jié)束語

在使用方面泵房經(jīng)過投入運行，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，并且在汛期時也體現(xiàn)出設(shè)備更新后的明顯變化，設(shè)備運行更加穩(wěn)定，液位控制更加準確。通過此項技術(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控制泵的啟動和停止，同時為后續(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)備運行通過畫面操作及觀看會更加直觀，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行組網(wǎng)連接，通過遠程可以監(jiān)控泵房設(shè)備狀態(tài)，同時可以進行遠程操作，這樣就可以真正的實現(xiàn)無人化操作。如果日后對泵房內(nèi)的設(shè)備、設(shè)施繼續(xù)升級改造，只需要在控制上進行調(diào)整，就可滿足需求。

老式泵房的升級改造，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。按照此思路進行老式泵房升級改造，可以在節(jié)約成本的同時降低設(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。