废水提升泵站控制

周金星 刘满元

[摘    要]文章主要介绍废水提升泵站的控制系统的PLC选型、硬件配置;介绍两用一备水泵循环控制，使3台水泵自动进入备用状态;工作泵事故时，备用泵自动投入;介绍根据液位变化控制水泵的运行数量，使废水提升泵站处于最佳运行状态;节约电能，节约生产运行成本。

[关键词]可编程控制器;液位计;操作员站

[中图分类号]TP273 [文献标志码]A [文章编号]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 控制系统设计

废水提升泵站采用计算机系统控制：系统由1套PLC控制站，1台操作员站及1台工业打印机组成;通过工业以太网将PLC控制站与操作员站、打印机连接起来;同时，废水处理中心的管理机也通过工业以太网连接在该系统。

1.1 PLC系统配置

废水提升泵站PLC控制配置：PLC采用西门子S7-300，CPU采用CPU315-2PN/DP，该CPU带有MPI/DP组合接口和工业以太网接口。其中，PLC由以下模块组成：

电源模块：6ES7307-1KA00-0AA0，DC24 V，10 A，同时为站内24 V仪表供电;

主机模块：6ES7315-2EH13-0AB0，1块，配2 M存储卡;

数字量输入模块：6ES7321-1BH02-0AA0，DC24 V，16点模块，3块;

模拟量输入模块：6ES7331-7KF02-0AB0，8点，4～20 mA，2块;

数字量输出模块：6ES7322-1BF01-0AA0，8点，DC24，2 A，继电器输出，1块;

通讯接口模块：CP341-1，1块;该模块主要用于PLC与全厂EMS（能源管理系统）系统通讯;

通过1根11槽的导轨（6ES7390-1AF30-0AA0），将所有模块连接起来。PLC输入输出见表1。

1.2 废水泵控制方案

废水提升泵站设有生活污水池、生产废水池;用于存储生产废水和生活污水;生产废水池尺寸为6 m×5 m×6 m（长×宽×深）;生活污水池尺寸为6 m×2.5 m×6 m;

将生产废水输送到废水处理中心，水泵运行有2种方案;

方案一：废水泵采用2用1备模式运行;废水液位达到一定水位后，依次启动2台水泵;然后开始将池內废水送至废水处理中心，当液位低于某一水位后，水泵停止运行（给排水专业提供的控制方案）;

方案二：废水泵采用1用1备1应急备用的模式运行;充分利用水池的存储能力，当水位达到一定水位后，启动水泵A，在当

水位达到第二水位时，启动水泵B，当水泵达到第三水位时，启动第3台水泵。

二个方案运行比较：2个方案都可以满足废水的输送任务，但是2个方案运行时，能耗不一样，而且差异很大;多组型号相同的水泵并联运行，主管的流量增加，同时水管阻力也增加;水泵并联越多，增加的流量增加就越少，即2台水泵并列后的流量不是单台水泵流量的2倍，而是小于2台单泵的流量。例如：一台水泵工作流量为100，当两台水泵并联的流量为190，比单泵工作时增加了90，三台泵并联的总流量为251，比两台泵并联时增加了61，四台泵并联的总流量为284，比三台泵并联增加了33，五台泵并联的总流量为300，仅比四台泵并联增加了16。由此可见，当水泵并联台数4～5台时，增加的流量很小，已经没有了意义。每台水泵的工况点，随着并联水泵台数的增多，而向扬程高的一侧移动。台数过多就可能使工况点移出高效段范围。

1.3 废水泵控制程序

液位控制程序设计：因为水泵并联运行，虽然流量在增加，但水泵的效率有所降低，在输送相同量的水时能耗要比单台泵高，因此，应充分利用水池的存储功能，通过液位来控制泵的运行，尽可能采用单台水泵运行模式。

废水泵控制程序主要实现的功能包括以下几方面：①液位控制水泵起停;根据液位高低变化，确定启动水泵的数量，实现最佳控制;②实现3台水泵循环运行;水泵的工作、备用实现自动化控制，提高设备利用率;③废水水位在线动态显示;④液位报警;⑤可以通过操作画面对设备运行参数进行修改;⑥事故报警功能。其程序流程如图1所示。详细程序比较长，限于篇幅，不再给出详细程序。

人机操作界面：废水提升站设两种人机界面：机旁操作箱和计算机操作员站。其中，机旁操作箱安装在水泵旁边，主要用于单机试车;操作箱上设有操作按钮、电流表及操作方式选择开关，集中自动/现场手动由机旁操作箱设置。计算机操作员站的废水提升泵站按无人值守模式设计，操作员站除作为调试维护工具外，还有以下几种功能：①通过计算机画面对设备进行起停操作，如启动、停止水泵操作;②通过计算机画面对运行参数进行设定，如水泵启停液位设定，设备运行次数设定;③可以在线显示废水提升泵站运行状态、显示相关数据;④数据处理及报表功能，如对流量、液位、设备运行状态进行记录;⑤事故分析、报警;⑥报表打印。

1.4 节能分析

生产废水泵性能参数为：Q=540～660～750 m3/h，H=0.42.7～ 0.39～0.35.6 MPa，N=110 kW，Ur=380 V。

水泵流量比较：2台水泵并列运行时，总流量不是单台水泵流量的2倍，而是1.8倍;3台水泵并列运行时，总流量不是单台水泵流量的3倍，而是2.5倍。

1.4.1 水泵综合单位电耗

单台泵综合电耗的耗电量/（供水量×扬程）=0.3333kW·h/（m3·MPa）;2台泵综合电耗的耗电量/（供水量×扬程）=0.3703kW·h/（m3·MPa）;3台泵综合电耗的耗电量/（供水量×扬程）=0.3982kW·h/（m3·MPa）。

综合比较得到如下结论：两台水泵的综合电耗是单台电耗的1.11倍;3台水泵的综合电耗是单台水泵综合电耗的1.19倍;采用单台泵運行时，电耗是最少的。

2 总结

在炼钢二期废水提升泵站调试过程中，笔者对2台水泵同时运行和单台水泵运行进行比较：①单台泵时，其主管水流量为200 L/s

左右，电动机电流为160 A左右。②2台水泵运行时，其主管水流量为340 L/s左右，每台水泵流量损失15%;电动机电流分别单台运行大，分别为165 A左右、170 A左右（由于管道布置引起的，远离主管的泵水阻大）。因此，2台水泵运行时效率明显低单台运行效率。经过半年的运行调试及试运行，提升泵站采用自动液位控制后，提升泵站以单台水泵运行为主;2台水泵运行较少;3台水泵运行只有几次;3台水泵按A、B、C循环运行，每台水泵运行30次（可以根据需要在后台进行设定），与2台水泵并列运行相比，其节能效果非常明显。高炉二期、热轧二期、炼钢一期（扩建）等废水提升泵站及对原有的老提升泵站（配置相同、水泵装机容量有差异）均采用相同的控制模式，由目前运行的几套系统来看，节能效果非常好。

参考文献

[1] 城镇排水系统电气与自动化工程技术标准：CJJT 120—2018[S].

[2] 黄明琪，冯济缨，王福平.可编程程序控制器[M].重庆：重庆大学出版社，2003.

[3] 中国市政工程中南设计研究总院有限公司.给水排水设计手册-8电气与自控[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.