一种排水泵房内液位控制系统研究及应用

张 辉

（秦皇岛港股份有限公司第二港务分公司，河北秦皇岛 066000）

0 引言

4#泵房位于秦皇岛港股份有限公司第二港务分公司（以下简称“公司”）煤一期翻车机房西50 m，该泵房为污水泵房，主要解决煤一期翻车机房汛期及平时的积水问题而设立的。由于年限过久，该泵房的自动系统基本失灵，全靠老式的机械限位实现自动，又不可能经常性地人为启动水泵来排水。此次改造结合泵房的目前状况，本着节约成本的原则，重新设计一种针对排水泵房的液位控制系统，使得排水系统实现自动化，避免汛期雨量过大时自动失灵导致水不能及时排出。

1 项目分析

液位控制在泵房使用十分常见，当前市场上也有多种液位计及其相关的控制系统。常见的液位计主要有两大类型。

（1）纯物理式液位计。该液位计是一种现场直观型液位计，多见于水箱、水柜上，不具备远程显示功能，多用于现场校准，常见的有标尺式液位计、连通器式液位计。该液位计在现场直观的显示液位，准确度比较高，但是无法为其他设备提供联动信号。

（2）控制型液位计。该液位计是用得最多、最广的液位控制方式，常见的产品有浮球式、压力式、超声波、磁翻板式等。大多数都会配备变送器，以便接入系统进行编辑。

本文介绍的液位控制系统，主要是与控制型液位计配合使用，所设计的简易控制箱可以直接和控制型液位计匹配，且适用于多种控制型液位计。设计主要是受公司4#排水泵房启发，该泵房主要是为保护煤一期翻车机房重要生产设备不被水淹而设计建造的，主要是将机房底部蓄积的除尘中水以及累积的雨水迅速抽走排至蓄水池，保护翻车机等重要设备。该泵房内的电气线路以及主要排水设备严重老化，如果进行规模型改造，受土建、所属设备的限制，大规模改造短期内无法进行，利用现有设备已经不可能保证翻车机房内积水有效并迅速排空，并且水泵自动控制部分的液位控制浮漂及液位控制接近开关机械结构已经老化并且腐蚀严重，所以时常导致液位控制失灵。一旦出现此类情况水泵就不能自动启动，进而导致水位上涨，如果在汛期雨量大的情况下有淹没泵房以及翻车机房的风险。

在仔细研究探讨之后，重新设计一套辅助泵液位自动控制系统，作为保护原有水泵自动控制失灵时或液位上涨迅速时自动启动辅助泵，相当于增加了一道应急保护装置，同时也增大了泵房排水能力。

2 设计原则

（1）可靠性。所选的设备都要符合相关工业等级的规范及标准：硬件具有与环境相适应的能力，不能因环境影响导致实际无法运行；软件要具备一定的防人为失误的能力，以自动化为主，避免人为操作失误；控制系统具有自我诊断能力，运行稳定且安全，避免过度繁琐，经济实惠且方便后期维护。

（2）实用性。以实用为前提，考虑现有设备的情况，要与现有设备具有兼容性，不改变原有合理的操作方法，保证排水能力，安全生产要有保障，对环保效益有一定提升，对降低劳动工作强度有一定效果，系统要具备相匹配性能价格比。

（3）创新性与经济性相融合。采用先进的思想、技术来改造提升老旧的设备系统，保证设备有创新点的同时满足设备具体的运行工况及经济投入。

（4）环境适应性。设计思路及设备选择要满足适合北方、沿海港口、煤炭运输业等环境的需求。

3 技术方案

根据设计原则，结合现场设计情况，拟定技术方案。解决问题的核心是有一套可兼容多种控制型液位计的液位控制系统，且该系统不能太复杂，既能适用于老式泵房也能适用于新式泵房的控制系统。4#泵房属于老式泵房，整体的设备形式比较落后，需要有一个简单且实用的液位控制系统来操作泵房的常用水泵以及应急用泵。结合现场控制柜形式、水泵特点、当下控制型液位计结构来设计液位控制器图纸。

首先，根据使用需求，以比较常见的浮球式液位计为例，绘制液位控制原理图（图1）。工作原理：

图1 液位控制原理

（1）当主电路空开及控制电路空开闭合但不启动系统时，红指示灯HR 停止指示红灯亮起，证明系统处于准备状态。

（2）当手动控制部分当中2#线路与3#线路之间的转换开关SA 闭合时，证明已经投入手动控制模式，此时，按下4#线路与5#线路之间的启动按钮SB2 启动按钮，手动继电器K1 线圈通电吸合，K1 自锁。此时图纸主接触器部分中2#线路与10#线路之间的K1 辅助常开触点闭合，电机接触器KM1 线圈吸合，水泵电机M1 通电启动，红指示灯HR 停止指示、红灯熄灭，绿指示灯HG 启动指示绿灯亮起，证明系统正常启动。当按下3#线路与5#线路中间的停止按钮SB1，K1 线圈释放，解除自锁，同时主接触器部分K1 辅助常开触点释放，KM1 同时释放，HR 停止指示、红灯亮起，HG 启动指示、绿灯熄灭，证明系统停止，M1 停止运作。

（3）当液位控制部分当中2#线路与7#线路之间的转换开关SA 闭合时，证明已经投入自动控制模式，此时，如果7#、8#、9#线路当中的浮球开关FQK1 中间水位浮球液位开关及浮球开关FQK2 最高水位浮球液位开关都探测有水，闭合时，液位继电器K2 线圈通电吸合。此时图纸主接触器部分中2#线路与10#线路之间的K2 辅助常开触点闭合，KM1 线圈吸合，M1 通电启动，HR 停止指示、红灯熄灭，HG 启动指示、绿灯亮起，证明系统自动启动。当7#、8#、9#线路中的两个浮球液位开关其中一个检测不到水位时，K2 继电器线圈释放，同时主接触器部分K2 辅助常开触点释放，KM1 同时释放，HR 停止指示、红灯亮起，HG 启动指示、绿灯熄灭，证明系统停止，M1 停止运作。

其次，根据图1 进行接线制作液位控制系统电控箱，制作完成后进行通电模拟调试。

最后，将控制箱接入泵房内水泵控制中进行实际抽水试验。利用液位控制箱中的液位控制控制水泵的启停，进行实现水泵的自动化，在原有控制系统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护，新作的水泵液位控制系统同时还接入了一台辅助防汛水泵，当原有水泵出故障时辅助防汛泵可以启动，防止因为抽水不及时损坏相关设备、设施。

4 实施效果及系统优点

经过一段时间的投入运行，运行效果安全稳定并安全渡过了汛期。此方案的优点主要有4 个。

（1）解决了4#泵房电气部分自动故障，有效保护了泵房、避免翻车机房重要设备被水淹，提高泵房汛期排水能力。

（2）新设计的液位控制系统在使用方面十分灵活，可不做任何改动就可以安装到各排水泵房、提升类泵井使用。

（3）此项设计兼容性很强，只要经过轻微改动，不改动接线原理的情况下就可实现多种功能，适用于多种控制型液位计。例如，只需要把图纸中液位控制部分的7#、8#、9#线路当中的浮球液位开关取消，串联接入超声波液位控制计，就可改造成超声波液位计控制系统；只需要取消液位控制部分的7#、8#、9#线路当中的浮球液位开关，串联接入压力式液位控制计及温度控制计，并适当写入报警参数值即可实现温度和液位双重逻辑的浴池太阳能水箱自动补水控制或加热水箱自动加热控制。

（4）对后续泵房的整体改造在液位控制方面扩宽了思路，如果泵房整体升级改造，也可直接将设计融入整体设计，其中的逻辑关系对相关程序的编写也有很大帮助。

5 结束语

根据该泵房的实际情况研究的一种排水泵房内液位控制系统，不仅解决了实际问题，在经济及社会效益方面效果也较为显著。主要体现在以下4 个方面。

（1）社会影响效果分析。该液位控制系统没有改变原有的泵房设计结构，没有土建拆改，主要是在原泵房设备上进行了升级改造，并提高了排水能力，保证翻车机房设备不受到积水影响从而影响翻车作业生产。没有任何的负面社会影响，正面影响则较明显。

（2）社会风险及对策分析。本项目无需占用农田，无移民搬迁，对社会环境影响很少。绝大多数利益相关者为项目受益群体，普遍对项目的建设和经营予以了支持和配合，不会导致其他社会矛盾。本项目不会导致不良社会后果，社会风险很小。

（3）社会影响综合评价。本项目的实施将提高防汛能力，降低采样劳动强度，提高公司服务质量。本项目的建设对所在地区经济、社会正面影响明显，具有较好的社会适应性，在社会方面是可行的。

（4）经济效益方面。改造后的泵房增加了集水能力，提升了水泵的排水能力，有效保证了翻车机房内的水可以及时排空，并且可应对汛期带来的强降水，实现全自动的控制、减轻劳动强度。