污水泵站控制系统研究

陈俊武

【摘 要】目前全国各大、中型城市正普遍兴建污水泵站，由于工艺要求和地理位置的原因，绝大多数泵站要求自动化运行，有些泵站还要实现无人职守。确保整个系统安全、高效地运行是泵站自动控制系统的首要目标。本文以泵站自动控制系统为例，重点阐述污水泵站控制系统设计的主要思想和在实现过程中所要注意的关键问题。

【关键词】污水泵站；硬件设计；软件设计

1.设备选型

1.1 PLC选型与配置

PLC的选择既要考虑经济性，又要考虑可靠性。在选择PLC模块时要留有足够的备用点数，系统应能够实现柔性扩展。在本系统中，我们选用了某公司FX2N系列的PLC。经过计算，本系统共有开关量输入点41个，开关量输出点24个，模拟量输入点6个。

1.2人机界面的选择

在选择人机界面时，要选择预装操作系统和组态软件的触摸屏，这不但能为系统的安装和调试带来方便，还能增加系统运行的可靠性。

1.3超声波液位计的选择

在污水泵站控制系统中，超声波液位计要准确测量集水池水位、格栅机栅前和栅后水位，是整个系统的主要控制条件，因此液位计的选择非常重要。在此我们选用了分体型超声波液位计，不仅保证了测量稳定性和可靠性，还方便了工人的现场操作。本系统需2个双通道的控制表和3个超声波换能器。其中一个换能器和一个控制表用于测量集水池水位，换能器和控制表通道1连接，通道2备用，这样控制表上的液晶显示屏就可以显示集水池的水位，再通过控制表上和通道1对应的模拟量经通道1将集水池水位信号送至PLC；另两个换能器分别用来测量格栅机栅前和栅后水位，将它们依次接入另一个控制表的通道1和通道2，通过对控制表的编程，可以在控制表的液晶屏上循环显示栅前水位值、栅后水位值和栅前栅后水位差值，通过控制表上和通道1、2对应的模拟量经通道1、2将栅前和栅后水位信号分别送至PLC。

2.硬件设计

电路设计的主要思想是：确保核心控制部件（主要是PLC和触摸屏）的安全。一方面原因是这部分的产品价格比较昂贵，另一方面因为这部分是各种现场信号集中的地方，这些信号分布在现场不同的地方，多数又和现场的强电控制电路或动力线分布在一起，这样就有可能由于接线失误、电缆间感应、设备故障或其他复杂原因导致某一信号线带有强电，使得这些核心部件烧毁，从而使整个控制系统崩溃。

基于以上考虑，设计的时候采取了以下措施：

（1）PLC开关量输入、输出通道全部用小型继电器与现场信号隔离。

（2）PLC模拟量输入通道采用专门的过程信号隔离端子隔离，不仅起到保护设备的作用，还提高了信号的抗干扰能力。

（3）控制柜的220V电源采用隔离变压器隔离，防止电网的冲击。

（4）使用3块独立的24V开关电源模块分别为触摸屏、开关量信号电路、模拟信号电路供电。

（5）输出到现场的控制信号加保险丝。

（6）由于人机界面安装在PLC控制柜前面板，因此控制柜采用前面板固定、后开门方式，PLC置于前面板内侧，隔离变压器安装在下侧，所有配电电路、开关量输出信号电路布置在控制柜左侧，开关量输入信号电路、模拟量输入信号电路布置在右侧，柜顶装有排风扇和照明灯，照明灯开关装在门上，门开则灯亮。整个控制柜布置美观、合理，既保护了设备，又提高了系统的可维护性。

3.程序设计

3.1 PLC程序设计

格栅机部分的PLC程序设计相对较为简单，主要以栅前栅后水位差或时间间隔来实现控制。而潜水泵部分程序设计需考虑以下内容：

（1）潜水泵不应频繁启动。

（2）在生产运行中各泵的累积运行时间应基本一致。

（3）系统要具有良好的可靠性，任何一台泵的损坏不能影响系统的正常运行。

（4）系统要具有良好的报警和故障记录功能。海州污水泵站潜水泵PLC程序设计设置了6个水限，由PLC程序根据集水池水位设定值自动控制各泵的启停。

1）至少有两台泵同时处于自动方式，系统才可全自动运行；在系统刚满足全自动运行条件的1min之后，系统才进入全自动运行方式。

2）在水位越过水限时进行数字滤波，数字滤波时间可设为1min之内。

3）在系统发出启泵命令的1min之后该泵未运行，则停止启动该泵并声光报警；同样，在系统发出停泵命令的1min之后该泵未停止运行，则声光报警。

4）在泵启动后的一定时间（几秒，小于启动时间，可称之为“堵转时间”），泵的电流未降到一定值（大于额定电流小于量程电流，称之为“堵转电流”），判断该泵堵转，停止该泵并声光报警。

5）在泵运行过程中，若泵的电流连续大于过载电流一定的时间，则可判断该泵过载，停止该泵并声光报警。

6）在启动一台泵时，2min之内不得再启动其他任何泵。

7）各泵互为备用，若一台泵在运行中出现故障停止运行，则立即启动另一台优先级高的泵。

8）如果一台泵连续运行12h，则停该泵，启动另一台优先级高的泵。

9）故障的处理：在泵出现故障后，系统将记录并保持该故障，同时禁止该泵的再次运行，直到维修人员现场检查排除故障，再到触摸屏上复位该故障。

10）从某一时刻起对各泵的运行（无论手动运行或是自动运行）时间以0.1s为单位进行计时，最后换算成h、min、s、ms，并以此作为各泵启泵优先级和停泵优先级的主要判别依据。

11）允许潜水泵工作的最低水位限位开关动作，若低于此限，则停所有泵。

基于以上考虑，系统在全自动运行方式下具有较强的自调节能力，在设备正常的情况下是不需要人工干预的，并可在长时间运行中使各泵的运行时间基本一致。

3.2人机界面组态程序设计

在进行人机界面组态程序设计时，应重点考虑系统的安全性和易操作性，其次是界面尽量友好、生动。在本系统中，实现的主要功能有：

（1）界面展示了整个生产工艺流程和各个设备的运转情况。

（2）在潜水泵控制画面上不仅可以看到泵的所有参数，还可以在泵处于监控方式下在触摸屏上直接控制各泵的启停。

（3）在格栅机控制画面上不仅可以看到格栅机的所有参数，还可以在格栅机处于监控方式下控制各格栅机的启停，在格栅机处于程控自动方式下看到格栅机是如何根据栅前栅后水位差和时间来自动运行。

（4）在参数设定画面上可以设置系统所需的所有工艺参数，还可以实现泵累计运行时间的刷新、各设备故障复位、用户管理等功能。

（5）在曲线显示画面上可以观察分析诸如各泵电流、各池水位等模拟量的变化情况。

（6）在故障报警画面上可以记录每个故障发生、消除的时间及故障的原因等，方便用户排除故障。

（7）用户在控制各设备或修改系统工艺参数的时候必须获得一定的权限才能进行。

4.结语

污水泵站自动控制系统安全可靠、效率高，自投入运行以来效果一直良好。随着自动化技术的飞速发展，如何将污水泵站自动控制系统的设计和实施工作完成得更好，还望与各位同仁进行探讨。 [科]

【参考文献】

[1]贾金明，刘达克.海州污水泵站控制系统的设计与实现[J].中国建设信息（水工业市场），2006，（06）.

[2]庞科旺，陈玉亮.城市污水泵站无人值守控制系统的设计[J].给水排水，2007，（08）.

[3]王平扬，吴顺勇，李佳林.污水泵站控制系统方案研究[J].微计算机信息，2008，（19）.

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