進(jìn)水泵房自控系統(tǒng)說明

魏君

摘 要：凈水廠進(jìn)水泵房的作用是為水廠一二期和三期以及水廠綠化提供水源，本文從進(jìn)水泵房的控制模式、流量調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)、水泵的停機(jī)保護(hù)、水泵的自動啟泵控制及自動停泵控制等方面進(jìn)行了介紹，綜述了進(jìn)水泵房在各個方面的控制特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：泵房；控制；流量調(diào)節(jié)；壓力調(diào)節(jié)

中圖分類號：TD442 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

該泵站PLC控制系統(tǒng)主要控制三期三臺取水泵（1#、2#、3#），一、二期三臺取水泵（4#、5#、6#）及兩臺綠化泵（7#、8#）。輔助設(shè)備包括抽真空系統(tǒng)及軸流風(fēng)機(jī)。

所有設(shè)備的控制方式主要分為就地控制及遠(yuǎn)程PLC控制，控制方式的切換在設(shè)備的電氣柜上通過撥動模式選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)。

六臺取水泵及兩臺綠化泵當(dāng)電氣柜上的模式選擇開關(guān)在“就地箱手動”、“低壓柜聯(lián)動”及“低壓柜手動”方式下時，對于PLC控制系統(tǒng)來說均為“就地”即PLC控制系統(tǒng)無法控制泵的啟停，無法控制變頻泵的頻率，所有上述操作由操作人員在現(xiàn)場完成。當(dāng)模式選擇開關(guān)在“PLC”方式下時，PLC控制系統(tǒng)才可對泵進(jìn)行操作。

真空系統(tǒng)電氣柜在泵房內(nèi)，有“自動/手動”及“就地/遠(yuǎn)程”兩個選擇開關(guān)，當(dāng)“就地/遠(yuǎn)程”選擇開關(guān)在“就地”位置，則PLC控制系統(tǒng)無法對真空系統(tǒng)進(jìn)行操作，抽真空過程由操作人員在現(xiàn)場完成。當(dāng)選擇開關(guān)在“遠(yuǎn)程”位置，PLC控制系統(tǒng)自動完成抽真空過程。

軸流風(fēng)機(jī)電氣柜上有“開關(guān)柜/PLC”選擇開關(guān)，在“開關(guān)柜”位置時，軸流風(fēng)機(jī)的啟停由操作人員現(xiàn)場完成。當(dāng)在“PLC”位置時，軸流風(fēng)機(jī)的啟停由PLC控制系統(tǒng)自動完成。

1 觸摸屏系統(tǒng)簡介

現(xiàn)場觸摸屏系統(tǒng)是指現(xiàn)場PLC控制柜上安裝的觸摸屏通過圖形、表格等多種形式將生產(chǎn)現(xiàn)場的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時反映，以表明當(dāng)前生產(chǎn)情況，并可通過在觸摸屏上的操作，改變當(dāng)前生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場操作系統(tǒng)。

泰達(dá)開發(fā)區(qū)凈水廠取水泵房觸摸屏使用法國施耐德公司XBT GT7340 15”多功能觸摸屏。LCD顯示屏為彩色TFT，顏色為65536色，清晰度為1024×768像素，供電電壓DC24V。

2 設(shè)備控制方式說明

2.1 取水泵遠(yuǎn)程時的控制模式

1#、2#、3#取水泵為三期取水泵，其中1#取水泵為軟啟泵，2#、3#取水泵為變頻泵。4#、5#、6#取水泵為一、二期取水泵，其中4#取水泵為軟啟泵，5#、6#取水泵為變頻泵。取水泵自動控制主要控制進(jìn)水流量。

取水泵的控制分為“點(diǎn)控”與“聯(lián)控”，“點(diǎn)控”狀態(tài)下，由操作人員在觸摸屏上控制取水泵的啟動與停止。在“聯(lián)控”狀態(tài)下，由PLC系統(tǒng)根據(jù)程序判斷條件，自動對取水泵進(jìn)行啟停操作。當(dāng)取水泵由就地狀態(tài)轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)程狀態(tài)時，初始為“點(diǎn)控”狀態(tài)。

變頻取水泵頻率調(diào)節(jié)分為“頻率強(qiáng)制”及“頻率自動”，在“頻率強(qiáng)制”狀態(tài)下，操作人員可在觸摸屏上設(shè)定取水泵的運(yùn)行頻率。在“頻率自動”狀態(tài)下，取水泵根據(jù)設(shè)定流量，自動調(diào)節(jié)取水泵頻率。在“聯(lián)動”狀態(tài)時，頻率調(diào)節(jié)模式為“頻率自動”無法修改。

2.2 三期取水泵流量調(diào)節(jié)過程

三期取水泵頻率自動方式為調(diào)節(jié)流量，即根據(jù)脈沖澄清池進(jìn)水流量進(jìn)行頻率自動調(diào)節(jié)。脈沖澄清池分單線運(yùn)行和雙線運(yùn)行兩種情況。

單線運(yùn)行時，首先PID方式快速調(diào)整流量至1500m3/h，實(shí)際流量超過1500m3/h以后再按照在觸摸屏“參數(shù)設(shè)置”界面中設(shè)定的“三期每半小時單線步進(jìn)量”中設(shè)定的流量進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，最終調(diào)節(jié)至設(shè)定流量。程序設(shè)計(jì)步進(jìn)時間為5分鐘，因此5分鐘內(nèi)流量上升量不能超過“三期每半小時單線步進(jìn)量”除以6。當(dāng)設(shè)定流量低于實(shí)際流量時，快速降低頻率，使實(shí)際流量快速符合設(shè)定流量。

舉例說明，設(shè)定流量為2400m3/h，當(dāng)前“三期每半小時單線步進(jìn)量”設(shè)定值為300。首先PID方式調(diào)整頻率，讓實(shí)際流量快速達(dá)到1500m3/h，然后按每5分鐘50m3（300除以6）的流量向上調(diào)節(jié)900m3，預(yù)計(jì)1小時30分鐘后調(diào)節(jié)至2400m3/h。若修改設(shè)定流量至2700m3/h，則繼續(xù)按每5分鐘50m3的流量向上調(diào)節(jié)300m3，預(yù)計(jì)30分鐘后調(diào)節(jié)至2700m3/h。若將設(shè)定流量修改至2100m3/h，則按PID方式快速將流量快速調(diào)整至2100m3/h。

雙線運(yùn)行調(diào)節(jié)方式同單線運(yùn)行相似，不同的是首先PID方式快速調(diào)整流量至3000m3/h，實(shí)際流量超過3000m3/h以后再按照在觸摸屏“參數(shù)設(shè)置”界面中設(shè)定的“三期每半小時單線步進(jìn)量”中設(shè)定的流量×2進(jìn)行步進(jìn)調(diào)節(jié)，即若“三期每半小時單線步進(jìn)量”設(shè)定為300，單線運(yùn)行時每5分鐘步進(jìn)量為50m3，雙線運(yùn)行時每5分鐘步進(jìn)量為100m3。

頻率調(diào)節(jié)方式采用等頻調(diào)節(jié)，即若2#、3#取水泵都在“頻率自動”方式下運(yùn)行，則2#、3#取水泵頻率保持一致。若2#、3#取水泵有一臺在“頻率強(qiáng)制”方式下運(yùn)行，另一臺在“頻率自動”方式下運(yùn)行。當(dāng)由“頻率強(qiáng)制”切換至“頻率自動”時，變頻頻率按強(qiáng)制頻率與自動頻率的平均值設(shè)定。舉例說明：2#泵在“頻率自動”方式下運(yùn)行，運(yùn)行頻率為40Hz，3#泵在“頻率強(qiáng)制”方式下運(yùn)行，運(yùn)行頻率設(shè)定為44Hz，當(dāng)3#泵切換至“頻率自動”方式下時，2#、3#泵設(shè)定頻率為（40+44）/2=42Hz進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 一、二期取水泵流量調(diào)節(jié)過程

一、二期取水泵頻率自動方式為調(diào)節(jié)流量，即根據(jù)一、二期進(jìn)水流量進(jìn)行頻率自動調(diào)節(jié)。

由于一、二期流量計(jì)與取水泵房相隔較遠(yuǎn)，因此當(dāng)取水泵頻率改變后需要4～5分鐘流量計(jì)才能監(jiān)控到變換。在這種情況下，一、二期取水泵的流量調(diào)節(jié)采用步進(jìn)調(diào)節(jié)方式，即每5分鐘，根據(jù)實(shí)際流量與設(shè)定流量的差值范圍，自動加、減取水泵頻率一次。差值越大加、減頻率越大。最終將流量調(diào)節(jié)至設(shè)定流量。

2.4 綠化泵壓力調(diào)節(jié)過程

7#、8#泵為綠化泵，其中7#綠化泵為軟啟泵，8#綠化泵為變頻泵。綠化泵自動控制主要控制供水壓力。

綠化泵控制模式與取水泵相似。

綠化泵壓力調(diào)節(jié)采用PID調(diào)節(jié)方式，保證壓力能很快的達(dá)到設(shè)定壓力。

2.5 設(shè)備的停機(jī)保護(hù)

為保證取水泵及綠化泵安全可靠運(yùn)行，程序設(shè)計(jì)當(dāng)出現(xiàn)一些極特殊情況時需停機(jī)保護(hù)。

（1）超溫停機(jī)保護(hù)

取水泵有七個測溫參數(shù)，包括三相繞組溫度、兩個電機(jī)軸溫和兩個水泵軸溫。綠化泵有五個測溫參數(shù)，包括三相繞組溫度，兩個電機(jī)軸溫。

在觸摸屏上可設(shè)置超溫報(bào)警數(shù)值，當(dāng)檢測溫度超過報(bào)警溫度后，將報(bào)警，當(dāng)檢測溫度繼續(xù)上升超過停機(jī)溫度后將停泵。

水泵三相繞組溫度都超過145℃時，將停機(jī)。

水泵兩個電機(jī)軸溫都超過75℃時，將停機(jī)。

（2）超壓停機(jī)保護(hù)

在觸摸屏上可設(shè)置各泵的超壓停機(jī)值，當(dāng)檢測到泵后壓力低于設(shè)定值后，延時60S停機(jī)。

（3）低流量停機(jī)保護(hù)

在觸摸屏上可設(shè)置綠化泵的低流量停機(jī)值，當(dāng)檢測到泵后流量低于設(shè)定值后，延時30s停機(jī)。

（4）吸水井低液位停機(jī)保護(hù)

在觸摸屏上可設(shè)置吸水井低液位停機(jī)值，當(dāng)檢測到兩個吸水井液位信號都低于設(shè)定值，延時30s停機(jī)。

2.6 取水泵自動啟泵條件

當(dāng)取水泵設(shè)定為“聯(lián)控”時，將根據(jù)運(yùn)行工況自動啟停取水泵。取水泵啟泵條件有三。

（1）單取水泵流量上限啟泵

三期單臺“頻率自動”運(yùn)行的取水泵流量達(dá)到3600m3/h，一、二期單臺“頻率自動”運(yùn)行的取水泵流量達(dá)到4300m3/h。

（2）頻率達(dá)到上限啟泵

“頻率自動”運(yùn)行的取水泵頻率達(dá)到上限49Hz。

（3）電機(jī)達(dá)到額定電流

“頻率自動”運(yùn)行的取水泵電機(jī)達(dá)到額定電流。

上述任一條件滿足時，頻率不再上升，并延時120s后，進(jìn)入自動啟泵程序。

2.7 取水泵自動停泵條件

當(dāng)取水泵設(shè)定為“聯(lián)控”時，將根據(jù)運(yùn)行工況自動啟停取水泵。取水泵啟泵條件有二。

（1）設(shè)定流量低于兩臺取水泵運(yùn)行流量下限停泵。

三期設(shè)定流量低于3200；一、二期設(shè)定流量低于3900。

（2）頻率達(dá)到上限啟泵

三期“頻率自動”運(yùn)行的取水泵頻率達(dá)到下限35Hz；一、二期“頻率自動”運(yùn)行的取水泵頻率達(dá)到下限30Hz。

上述任一條件滿足，若當(dāng)前有兩臺泵在運(yùn)行時，頻率不再下降，并延時180s后，進(jìn)入自動停泵程序。

結(jié)語

目前，進(jìn)水泵房的自動控制技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但絕大部分還是需要人工進(jìn)行參與，要讓進(jìn)水泵房真正的實(shí)現(xiàn)無人化值守，還需要加強(qiáng)以下幾個方面的研究：

（1）變頻電機(jī)的諧波治理。

（2）聯(lián)控系統(tǒng)的進(jìn)一步完善。

（3）水泵的配置避免配水死區(qū)的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張新華.礦井水泵房PLC控制系統(tǒng)可靠性研究與應(yīng)用[J].中國煤炭工業(yè)，2013 （01）：52-53.