淺談地鐵自動排水系統(tǒng)中基于浮球開關(guān)的潛污泵控制策略分析與改進(jìn)措施

李石金

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣州 510000）

1 地鐵自動排水系統(tǒng)

地鐵自動排水系統(tǒng)主要由集水井，潛污泵，排水管，液位傳感器，水泵控制部分組成。其中，液位傳感器是一種常用的測量儀器，被廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)當(dāng)中。液位傳感器的種類較多，主要分為三大類：①電極式浮球液位開關(guān)，電極式浮球液位開關(guān)本體使用工程塑料制成，密封性好、機械強度高；信號傳輸電纜采用特殊材料制成，耐用且抗腐蝕能力好；結(jié)構(gòu)較為簡單。通過輸出穩(wěn)定的“通”、“斷”信號，不產(chǎn)生誤操作，可靠性高。此外，安裝方便，調(diào)試簡單，通過上下調(diào)節(jié)定位重塊，即可任意調(diào)節(jié)基準(zhǔn)控制范圍。②浮筒式液位傳感器：浮筒式液位傳感器是利用金屬膜應(yīng)變傳感原理來測量液體的液位的，優(yōu)點是測量精度較高，但設(shè)備成本相對較高。③靜壓式液位傳感器：靜壓式液位傳感器是利用液體靜壓力的測量原理進(jìn)行工作。常見選用硅壓力測壓傳感器將測量到的液體壓力轉(zhuǎn)換成電信號，之后再經(jīng)放大電路放大，以及經(jīng)補償電路補償，最后以小電流方式輸出液位值，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后反饋液位讀數(shù)。

上述三種液位傳感器從左至右對應(yīng)了下文圖1所示的實物。

圖1 三類液位傳感器實物

后兩種傳感器屬于可精確測量液位高度的傳感器，因地鐵排水系統(tǒng)中對于液位的檢測精度無特殊要求，但對設(shè)備的可靠性要求較高，因此，電極式的浮球液位開關(guān)在地鐵排水系統(tǒng)中較為常見[1]。

2 改進(jìn)前的控制策略

以車站主廢水泵房潛污泵（二臺泵）為例，在廢水池內(nèi)設(shè)潛污泵兩臺，日常情況僅一臺工作，且依次輪換工作，互為備用；特殊情況下（例如超高水位）兩臺同時啟動。廢水池內(nèi)設(shè)超低報警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位、第二臺泵啟泵水位（同時為超高報警水位）共四個水位，對應(yīng)設(shè)置四個浮球開關(guān)；其控制要求如下：①當(dāng)水位達(dá)到超低水位時報警，控制回路將保證兩臺潛污泵都停止工作。②當(dāng)水位達(dá)到停泵水位時，兩臺潛污泵均能停止工作。③當(dāng)水位達(dá)到第一臺泵啟泵水位時，第一臺潛污泵開啟。④當(dāng)水位達(dá)到第二臺泵啟泵水位時，控制回路保證兩臺潛污泵都處于運行狀態(tài)，同時發(fā)出報警信號。

改進(jìn)前的控制策略通過使用繼電器控制電路實現(xiàn)終端控制功能，見圖2。

圖2 改進(jìn)前的控制箱實物圖片

3 改進(jìn)后的控制策略

同樣以車站主廢水泵房潛污泵（二臺泵）為例，廢水池內(nèi)設(shè)潛污泵兩臺，日常情況僅一臺工作，且依次輪換工作，互為備用；特殊情況下（例如超高水位）兩臺同時啟動。廢水池內(nèi)設(shè)超低報警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位、第二臺泵啟泵水位（同時為超高報警水位）以及危險報警水位共五個水位，對應(yīng)設(shè)置五個浮球開關(guān)如下：①當(dāng)水位達(dá)到超低水位時報警，控制回路將保證兩臺潛污泵都停止工作。②當(dāng)水位達(dá)到停泵水位時，兩臺潛污泵均能停止工作。③當(dāng)水位達(dá)到第一臺泵啟泵水位時，第一臺泵開啟。④當(dāng)水位達(dá)到第二臺泵啟泵水位時，控制回路將保證兩臺潛污泵都處于運行狀態(tài)，同時發(fā)出報警信號。⑤當(dāng)水位達(dá)到危險報警水位時，車站控制室發(fā)出報警信號，并可在車站控制室強制啟動兩臺潛污泵。⑥增設(shè)浮球故障邏輯判斷、控制電源故障反饋以及終端控制箱面板設(shè)有指示燈指示信息，并能反饋到BAS（樓宇自動化系統(tǒng)）系統(tǒng)中。

改進(jìn)后的控制策略通過使用PLC實現(xiàn)終端控制功能，見圖3。

4 改進(jìn)前后的控制策略對比分析

從改進(jìn)前后的控制策略描述可知，兩者的基本功能大體相同，均針對兩臺潛污泵的啟停功能進(jìn)行控制。改進(jìn)后的控制策略不同之處在于：①增加危險報警水位，當(dāng)啟一臺泵水位或啟兩臺泵水位的浮球開關(guān)故障或兩者均故障時導(dǎo)致無法及時抽水，水位到達(dá)危險報警水位時可在車站控制室接收到報警信息，同時可通過車站控制室設(shè)置的強制啟動按鈕進(jìn)行啟動兩臺泵進(jìn)行抽水。②通過采用PLC進(jìn)行控制，增加浮球開關(guān)故障邏輯判斷功能、控制電源故障判斷功能，將故障判斷反饋到BAS系統(tǒng)中，以及在終端控制箱面板增設(shè)指示燈指示信息，改進(jìn)人機交互體驗。其中浮球開關(guān)邏輯故障判斷功能設(shè)計為其中某一個浮球開關(guān)故障的判斷。例如，假設(shè)超低水位報警信號發(fā)出，則判斷停泵水位浮球開關(guān)故障；假設(shè)未經(jīng)開啟一臺水泵就開啟兩臺水泵時，則判斷為啟一臺泵的水位浮球開關(guān)故障；假設(shè)未啟動兩臺泵而發(fā)出危險報警信號時，則判斷為啟兩臺泵水位浮球開關(guān)故障?？刂齐娫垂收蟿t通過硬接點連接到BAS系統(tǒng)實現(xiàn)判斷。

圖3 改進(jìn)后的控制箱實物圖片

第1點改進(jìn)使得車站控制室的人員可以更快的發(fā)現(xiàn)危險水位的報警信息，并根據(jù)報警信息采取緊急強啟兩臺潛污泵進(jìn)行抽水，防止發(fā)生水淹設(shè)備設(shè)施的風(fēng)險。

第2點改進(jìn)措施則主要增加了對現(xiàn)場設(shè)備的故障判斷，因部分集水井位于地鐵隧道區(qū)間中，若需到現(xiàn)場確認(rèn)故障表現(xiàn)則需耗費一定的時間。遠(yuǎn)程報送具體的故障有利于設(shè)備維保人員更迅速的掌握到具體的故障信息，以便快速提供解決方案，提前準(zhǔn)備故障處理所需的材料和工器具，及時完成故障的處理。

5 總結(jié)

通過對地鐵自動排水系統(tǒng)控制策略的改進(jìn)，增加了危險報警水位浮球開關(guān)的設(shè)置，并增加了浮球開關(guān)故障邏輯判斷功能、控制電源故障判斷功能以及終端控制箱面板增設(shè)指示燈指示信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程強啟抽水功能，節(jié)省了需到現(xiàn)場確認(rèn)具體故障表現(xiàn)的時間，改善人機交互的體驗，進(jìn)一步提高了地鐵自動排水系統(tǒng)的設(shè)備可靠性。