廢水提升泵站控制

周金星 劉滿元

[摘? ? 要]文章主要介紹廢水提升泵站的控制系統(tǒng)的PLC選型、硬件配置;介紹兩用一備水泵循環(huán)控制，使3臺水泵自動進(jìn)入備用狀態(tài);工作泵事故時，備用泵自動投入;介紹根據(jù)液位變化控制水泵的運行數(shù)量，使廢水提升泵站處于最佳運行狀態(tài);節(jié)約電能，節(jié)約生產(chǎn)運行成本。

[關(guān)鍵詞]可編程控制器;液位計;操作員站

[中圖分類號]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–00–02

Wastewater lifting pump station control

Liu Man-yuan ，Zhou Jin-xing

[Abstract]The article mainly introduces the PLC selection and hardware configuration of the control system of the wastewater lifting pump station; introduces the dual-use and one standby water pump cycle control， so that 3 water pumps automatically enter the standby state; when a working pump accident occurs， the standby pump is automatically put into use; introduction basis Liquid level changes control the number of pumps in operation， so that the wastewater lifting pump station is in the best operating state; it saves electricity and saves production and operation costs.

[Keywords]programmable controller; level gauge; operator station

1 控制系統(tǒng)設(shè)計

廢水提升泵站采用計算機系統(tǒng)控制：系統(tǒng)由1套PLC控制站，1臺操作員站及1臺工業(yè)打印機組成;通過工業(yè)以太網(wǎng)將PLC控制站與操作員站、打印機連接起來;同時，廢水處理中心的管理機也通過工業(yè)以太網(wǎng)連接在該系統(tǒng)。

1.1 PLC系統(tǒng)配置

廢水提升泵站PLC控制配置：PLC采用西門子S7-300，CPU采用CPU315-2PN/DP，該CPU帶有MPI/DP組合接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口。其中，PLC由以下模塊組成：

電源模塊：6ES7307-1KA00-0AA0，DC24 V，10 A，同時為站內(nèi)24 V儀表供電;

主機模塊：6ES7315-2EH13-0AB0，1塊，配2 M存儲卡;

數(shù)字量輸入模塊：6ES7321-1BH02-0AA0，DC24 V，16點模塊，3塊;

模擬量輸入模塊：6ES7331-7KF02-0AB0，8點，4～20 mA，2塊;

數(shù)字量輸出模塊：6ES7322-1BF01-0AA0，8點，DC24，2 A，繼電器輸出，1塊;

通訊接口模塊：CP341-1，1塊;該模塊主要用于PLC與全廠EMS（能源管理系統(tǒng)）系統(tǒng)通訊;

通過1根11槽的導(dǎo)軌（6ES7390-1AF30-0AA0），將所有模塊連接起來。PLC輸入輸出見表1。

1.2 廢水泵控制方案

廢水提升泵站設(shè)有生活污水池、生產(chǎn)廢水池;用于存儲生產(chǎn)廢水和生活污水;生產(chǎn)廢水池尺寸為6 m×5 m×6 m（長×寬×深）;生活污水池尺寸為6 m×2.5 m×6 m;

將生產(chǎn)廢水輸送到廢水處理中心，水泵運行有2種方案;

方案一：廢水泵采用2用1備模式運行;廢水液位達(dá)到一定水位后，依次啟動2臺水泵;然后開始將池內(nèi)廢水送至廢水處理中心，當(dāng)液位低于某一水位后，水泵停止運行（給排水專業(yè)提供的控制方案）;

方案二：廢水泵采用1用1備1應(yīng)急備用的模式運行;充分利用水池的存儲能力，當(dāng)水位達(dá)到一定水位后，啟動水泵A，在當(dāng)

水位達(dá)到第二水位時，啟動水泵B，當(dāng)水泵達(dá)到第三水位時，啟動第3臺水泵。

二個方案運行比較：2個方案都可以滿足廢水的輸送任務(wù)，但是2個方案運行時，能耗不一樣，而且差異很大;多組型號相同的水泵并聯(lián)運行，主管的流量增加，同時水管阻力也增加;水泵并聯(lián)越多，增加的流量增加就越少，即2臺水泵并列后的流量不是單臺水泵流量的2倍，而是小于2臺單泵的流量。例如：一臺水泵工作流量為100，當(dāng)兩臺水泵并聯(lián)的流量為190，比單泵工作時增加了90，三臺泵并聯(lián)的總流量為251，比兩臺泵并聯(lián)時增加了61，四臺泵并聯(lián)的總流量為284，比三臺泵并聯(lián)增加了33，五臺泵并聯(lián)的總流量為300，僅比四臺泵并聯(lián)增加了16。由此可見，當(dāng)水泵并聯(lián)臺數(shù)4～5臺時，增加的流量很小，已經(jīng)沒有了意義。每臺水泵的工況點，隨著并聯(lián)水泵臺數(shù)的增多，而向揚程高的一側(cè)移動。臺數(shù)過多就可能使工況點移出高效段范圍。

1.3 廢水泵控制程序

液位控制程序設(shè)計：因為水泵并聯(lián)運行，雖然流量在增加，但水泵的效率有所降低，在輸送相同量的水時能耗要比單臺泵高，因此，應(yīng)充分利用水池的存儲功能，通過液位來控制泵的運行，盡可能采用單臺水泵運行模式。

廢水泵控制程序主要實現(xiàn)的功能包括以下幾方面：①液位控制水泵起停;根據(jù)液位高低變化，確定啟動水泵的數(shù)量，實現(xiàn)最佳控制;②實現(xiàn)3臺水泵循環(huán)運行;水泵的工作、備用實現(xiàn)自動化控制，提高設(shè)備利用率;③廢水水位在線動態(tài)顯示;④液位報警;⑤可以通過操作畫面對設(shè)備運行參數(shù)進(jìn)行修改;⑥事故報警功能。其程序流程如圖1所示。詳細(xì)程序比較長，限于篇幅，不再給出詳細(xì)程序。

人機操作界面：廢水提升站設(shè)兩種人機界面：機旁操作箱和計算機操作員站。其中，機旁操作箱安裝在水泵旁邊，主要用于單機試車;操作箱上設(shè)有操作按鈕、電流表及操作方式選擇開關(guān)，集中自動/現(xiàn)場手動由機旁操作箱設(shè)置。計算機操作員站的廢水提升泵站按無人值守模式設(shè)計，操作員站除作為調(diào)試維護(hù)工具外，還有以下幾種功能：①通過計算機畫面對設(shè)備進(jìn)行起停操作，如啟動、停止水泵操作;②通過計算機畫面對運行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如水泵啟停液位設(shè)定，設(shè)備運行次數(shù)設(shè)定;③可以在線顯示廢水提升泵站運行狀態(tài)、顯示相關(guān)數(shù)據(jù);④數(shù)據(jù)處理及報表功能，如對流量、液位、設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行記錄;⑤事故分析、報警;⑥報表打印。

1.4 節(jié)能分析

生產(chǎn)廢水泵性能參數(shù)為：Q=540～660～750 m3/h，H=0.42.7～ 0.39～0.35.6 MPa，N=110 kW，Ur=380 V。

水泵流量比較：2臺水泵并列運行時，總流量不是單臺水泵流量的2倍，而是1.8倍;3臺水泵并列運行時，總流量不是單臺水泵流量的3倍，而是2.5倍。

1.4.1 水泵綜合單位電耗

單臺泵綜合電耗的耗電量/（供水量×揚程）=0.3333kW·h/（m3·MPa）;2臺泵綜合電耗的耗電量/（供水量×揚程）=0.3703kW·h/（m3·MPa）;3臺泵綜合電耗的耗電量/（供水量×揚程）=0.3982kW·h/（m3·MPa）。

綜合比較得到如下結(jié)論：兩臺水泵的綜合電耗是單臺電耗的1.11倍;3臺水泵的綜合電耗是單臺水泵綜合電耗的1.19倍;采用單臺泵運行時，電耗是最少的。

2 總結(jié)

在煉鋼二期廢水提升泵站調(diào)試過程中，筆者對2臺水泵同時運行和單臺水泵運行進(jìn)行比較：①單臺泵時，其主管水流量為200 L/s

左右，電動機電流為160 A左右。②2臺水泵運行時，其主管水流量為340 L/s左右，每臺水泵流量損失15%;電動機電流分別單臺運行大，分別為165 A左右、170 A左右（由于管道布置引起的，遠(yuǎn)離主管的泵水阻大）。因此，2臺水泵運行時效率明顯低單臺運行效率。經(jīng)過半年的運行調(diào)試及試運行，提升泵站采用自動液位控制后，提升泵站以單臺水泵運行為主;2臺水泵運行較少;3臺水泵運行只有幾次;3臺水泵按A、B、C循環(huán)運行，每臺水泵運行30次（可以根據(jù)需要在后臺進(jìn)行設(shè)定），與2臺水泵并列運行相比，其節(jié)能效果非常明顯。高爐二期、熱軋二期、煉鋼一期（擴建）等廢水提升泵站及對原有的老提升泵站（配置相同、水泵裝機容量有差異）均采用相同的控制模式，由目前運行的幾套系統(tǒng)來看，節(jié)能效果非常好。

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