一種排水泵房內(nèi)液位控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用

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

4#泵房位于秦皇島港股份有限公司第二港務(wù)分公司（以下簡稱“公司”）煤一期翻車機(jī)房西50 m，該泵房為污水泵房，主要解決煤一期翻車機(jī)房汛期及平時的積水問題而設(shè)立的。由于年限過久，該泵房的自動系統(tǒng)基本失靈，全靠老式的機(jī)械限位實現(xiàn)自動，又不可能經(jīng)常性地人為啟動水泵來排水。此次改造結(jié)合泵房的目前狀況，本著節(jié)約成本的原則，重新設(shè)計一種針對排水泵房的液位控制系統(tǒng)，使得排水系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，避免汛期雨量過大時自動失靈導(dǎo)致水不能及時排出。

1 項目分析

液位控制在泵房使用十分常見，當(dāng)前市場上也有多種液位計及其相關(guān)的控制系統(tǒng)。常見的液位計主要有兩大類型。

（1）純物理式液位計。該液位計是一種現(xiàn)場直觀型液位計，多見于水箱、水柜上，不具備遠(yuǎn)程顯示功能，多用于現(xiàn)場校準(zhǔn)，常見的有標(biāo)尺式液位計、連通器式液位計。該液位計在現(xiàn)場直觀的顯示液位，準(zhǔn)確度比較高，但是無法為其他設(shè)備提供聯(lián)動信號。

（2）控制型液位計。該液位計是用得最多、最廣的液位控制方式，常見的產(chǎn)品有浮球式、壓力式、超聲波、磁翻板式等。大多數(shù)都會配備變送器，以便接入系統(tǒng)進(jìn)行編輯。

本文介紹的液位控制系統(tǒng)，主要是與控制型液位計配合使用，所設(shè)計的簡易控制箱可以直接和控制型液位計匹配，且適用于多種控制型液位計。設(shè)計主要是受公司4#排水泵房啟發(fā)，該泵房主要是為保護(hù)煤一期翻車機(jī)房重要生產(chǎn)設(shè)備不被水淹而設(shè)計建造的，主要是將機(jī)房底部蓄積的除塵中水以及累積的雨水迅速抽走排至蓄水池，保護(hù)翻車機(jī)等重要設(shè)備。該泵房內(nèi)的電氣線路以及主要排水設(shè)備嚴(yán)重老化，如果進(jìn)行規(guī)模型改造，受土建、所屬設(shè)備的限制，大規(guī)模改造短期內(nèi)無法進(jìn)行，利用現(xiàn)有設(shè)備已經(jīng)不可能保證翻車機(jī)房內(nèi)積水有效并迅速排空，并且水泵自動控制部分的液位控制浮漂及液位控制接近開關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)已經(jīng)老化并且腐蝕嚴(yán)重，所以時常導(dǎo)致液位控制失靈。一旦出現(xiàn)此類情況水泵就不能自動啟動，進(jìn)而導(dǎo)致水位上漲，如果在汛期雨量大的情況下有淹沒泵房以及翻車機(jī)房的風(fēng)險。

在仔細(xì)研究探討之后，重新設(shè)計一套輔助泵液位自動控制系統(tǒng)，作為保護(hù)原有水泵自動控制失靈時或液位上漲迅速時自動啟動輔助泵，相當(dāng)于增加了一道應(yīng)急保護(hù)裝置，同時也增大了泵房排水能力。

2 設(shè)計原則

（1）可靠性。所選的設(shè)備都要符合相關(guān)工業(yè)等級的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)：硬件具有與環(huán)境相適應(yīng)的能力，不能因環(huán)境影響導(dǎo)致實際無法運行；軟件要具備一定的防人為失誤的能力，以自動化為主，避免人為操作失誤；控制系統(tǒng)具有自我診斷能力，運行穩(wěn)定且安全，避免過度繁瑣，經(jīng)濟(jì)實惠且方便后期維護(hù)。

（2）實用性。以實用為前提，考慮現(xiàn)有設(shè)備的情況，要與現(xiàn)有設(shè)備具有兼容性，不改變原有合理的操作方法，保證排水能力，安全生產(chǎn)要有保障，對環(huán)保效益有一定提升，對降低勞動工作強(qiáng)度有一定效果，系統(tǒng)要具備相匹配性能價格比。

（3）創(chuàng)新性與經(jīng)濟(jì)性相融合。采用先進(jìn)的思想、技術(shù)來改造提升老舊的設(shè)備系統(tǒng)，保證設(shè)備有創(chuàng)新點的同時滿足設(shè)備具體的運行工況及經(jīng)濟(jì)投入。

（4）環(huán)境適應(yīng)性。設(shè)計思路及設(shè)備選擇要滿足適合北方、沿海港口、煤炭運輸業(yè)等環(huán)境的需求。

3 技術(shù)方案

根據(jù)設(shè)計原則，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)計情況，擬定技術(shù)方案。解決問題的核心是有一套可兼容多種控制型液位計的液位控制系統(tǒng)，且該系統(tǒng)不能太復(fù)雜，既能適用于老式泵房也能適用于新式泵房的控制系統(tǒng)。4#泵房屬于老式泵房，整體的設(shè)備形式比較落后，需要有一個簡單且實用的液位控制系統(tǒng)來操作泵房的常用水泵以及應(yīng)急用泵。結(jié)合現(xiàn)場控制柜形式、水泵特點、當(dāng)下控制型液位計結(jié)構(gòu)來設(shè)計液位控制器圖紙。

首先，根據(jù)使用需求，以比較常見的浮球式液位計為例，繪制液位控制原理圖（圖1）。工作原理：

圖1 液位控制原理

（1）當(dāng)主電路空開及控制電路空開閉合但不啟動系統(tǒng)時，紅指示燈HR 停止指示紅燈亮起，證明系統(tǒng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。

（2）當(dāng)手動控制部分當(dāng)中2#線路與3#線路之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 閉合時，證明已經(jīng)投入手動控制模式，此時，按下4#線路與5#線路之間的啟動按鈕SB2 啟動按鈕，手動繼電器K1 線圈通電吸合，K1 自鎖。此時圖紙主接觸器部分中2#線路與10#線路之間的K1 輔助常開觸點閉合，電機(jī)接觸器KM1 線圈吸合，水泵電機(jī)M1 通電啟動，紅指示燈HR 停止指示、紅燈熄滅，綠指示燈HG 啟動指示綠燈亮起，證明系統(tǒng)正常啟動。當(dāng)按下3#線路與5#線路中間的停止按鈕SB1，K1 線圈釋放，解除自鎖，同時主接觸器部分K1 輔助常開觸點釋放，KM1 同時釋放，HR 停止指示、紅燈亮起，HG 啟動指示、綠燈熄滅，證明系統(tǒng)停止，M1 停止運作。

（3）當(dāng)液位控制部分當(dāng)中2#線路與7#線路之間的轉(zhuǎn)換開關(guān)SA 閉合時，證明已經(jīng)投入自動控制模式，此時，如果7#、8#、9#線路當(dāng)中的浮球開關(guān)FQK1 中間水位浮球液位開關(guān)及浮球開關(guān)FQK2 最高水位浮球液位開關(guān)都探測有水，閉合時，液位繼電器K2 線圈通電吸合。此時圖紙主接觸器部分中2#線路與10#線路之間的K2 輔助常開觸點閉合，KM1 線圈吸合，M1 通電啟動，HR 停止指示、紅燈熄滅，HG 啟動指示、綠燈亮起，證明系統(tǒng)自動啟動。當(dāng)7#、8#、9#線路中的兩個浮球液位開關(guān)其中一個檢測不到水位時，K2 繼電器線圈釋放，同時主接觸器部分K2 輔助常開觸點釋放，KM1 同時釋放，HR 停止指示、紅燈亮起，HG 啟動指示、綠燈熄滅，證明系統(tǒng)停止，M1 停止運作。

其次，根據(jù)圖1 進(jìn)行接線制作液位控制系統(tǒng)電控箱，制作完成后進(jìn)行通電模擬調(diào)試。

最后，將控制箱接入泵房內(nèi)水泵控制中進(jìn)行實際抽水試驗。利用液位控制箱中的液位控制控制水泵的啟停，進(jìn)行實現(xiàn)水泵的自動化，在原有控制系統(tǒng)未作大的修改的前提下，在原有的控制形式上增加了一道保護(hù)，新作的水泵液位控制系統(tǒng)同時還接入了一臺輔助防汛水泵，當(dāng)原有水泵出故障時輔助防汛泵可以啟動，防止因為抽水不及時損壞相關(guān)設(shè)備、設(shè)施。

4 實施效果及系統(tǒng)優(yōu)點

經(jīng)過一段時間的投入運行，運行效果安全穩(wěn)定并安全渡過了汛期。此方案的優(yōu)點主要有4 個。

（1）解決了4#泵房電氣部分自動故障，有效保護(hù)了泵房、避免翻車機(jī)房重要設(shè)備被水淹，提高泵房汛期排水能力。

（2）新設(shè)計的液位控制系統(tǒng)在使用方面十分靈活，可不做任何改動就可以安裝到各排水泵房、提升類泵井使用。

（3）此項設(shè)計兼容性很強(qiáng)，只要經(jīng)過輕微改動，不改動接線原理的情況下就可實現(xiàn)多種功能，適用于多種控制型液位計。例如，只需要把圖紙中液位控制部分的7#、8#、9#線路當(dāng)中的浮球液位開關(guān)取消，串聯(lián)接入超聲波液位控制計，就可改造成超聲波液位計控制系統(tǒng)；只需要取消液位控制部分的7#、8#、9#線路當(dāng)中的浮球液位開關(guān)，串聯(lián)接入壓力式液位控制計及溫度控制計，并適當(dāng)寫入報警參數(shù)值即可實現(xiàn)溫度和液位雙重邏輯的浴池太陽能水箱自動補(bǔ)水控制或加熱水箱自動加熱控制。

（4）對后續(xù)泵房的整體改造在液位控制方面擴(kuò)寬了思路，如果泵房整體升級改造，也可直接將設(shè)計融入整體設(shè)計，其中的邏輯關(guān)系對相關(guān)程序的編寫也有很大幫助。

5 結(jié)束語

根據(jù)該泵房的實際情況研究的一種排水泵房內(nèi)液位控制系統(tǒng)，不僅解決了實際問題，在經(jīng)濟(jì)及社會效益方面效果也較為顯著。主要體現(xiàn)在以下4 個方面。

（1）社會影響效果分析。該液位控制系統(tǒng)沒有改變原有的泵房設(shè)計結(jié)構(gòu)，沒有土建拆改，主要是在原泵房設(shè)備上進(jìn)行了升級改造，并提高了排水能力，保證翻車機(jī)房設(shè)備不受到積水影響從而影響翻車作業(yè)生產(chǎn)。沒有任何的負(fù)面社會影響，正面影響則較明顯。

（2）社會風(fēng)險及對策分析。本項目無需占用農(nóng)田，無移民搬遷，對社會環(huán)境影響很少。絕大多數(shù)利益相關(guān)者為項目受益群體，普遍對項目的建設(shè)和經(jīng)營予以了支持和配合，不會導(dǎo)致其他社會矛盾。本項目不會導(dǎo)致不良社會后果，社會風(fēng)險很小。

（3）社會影響綜合評價。本項目的實施將提高防汛能力，降低采樣勞動強(qiáng)度，提高公司服務(wù)質(zhì)量。本項目的建設(shè)對所在地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會正面影響明顯，具有較好的社會適應(yīng)性，在社會方面是可行的。

（4）經(jīng)濟(jì)效益方面。改造后的泵房增加了集水能力，提升了水泵的排水能力，有效保證了翻車機(jī)房內(nèi)的水可以及時排空，并且可應(yīng)對汛期帶來的強(qiáng)降水，實現(xiàn)全自動的控制、減輕勞動強(qiáng)度。