污水泵房设备系统升级研究

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

在日常的生活及生产工作中污水泵房随处可见，其泵房的建设目的主要解决的就是排水问题，由于建设时间点不同，现今很多地方的污水泵房内的设备系统比较落后，迫于资金、环境等诸多因素所限，无法及时的更新设备系统，而污水泵房一旦出现故障，肯定会导致无法及时有效地将污水排出。公司5#泵房就是一种建设年限较长的老式污水泵房，泵房内主要排水设备是3 台混流泵。该混流泵需要搭配真空泵使用，使用前需要用真空泵将管道内抽成真空，随后启用混流泵抽水。泵房内原有的电气控制系统由于运行时间过久，并且泵房内环境较为恶劣，常年阴暗潮湿，控制柜内电气元件腐蚀严重，运行时故障频发，并且原有的水泵驱动方式采用的是传统的接触器Y-△降压启动及接触器角接自锁运行模式，首先从经济性角度考虑这种运行及启动方式会消耗很大的电能，从用电稳定性的角度考虑此种运行及启动方式对电网冲击很大，从设备保护的角度考虑，此种运行及启动方式对电机及水泵无任何保护作用，加大了设备的损耗。

1 项目分析

受环境限制，如果大规模的改造泵房所有设施、设备，经初步核算，投资规模巨大，鉴于目前情况实施较为困难。此次改造结合各泵房的目前状况，在泵房内设备及土建设施不改动的前提下，重新设计泵房控制系统，增加电气设备的可靠性，使新的电气系统与泵房内现有设备形成联动，满足使用需求的同时又能降低投资成本。主要创新的思路是利用成熟电气技术驱动老式可靠的设备，将新旧设备的优点有效结合，进而达到改造目的。

2 设计思路

由于各泵房原有的电气控制系统采用的是简单的接触器控制原理，目前各泵房的控制柜老化严重，有漏电、触电的风险，并且电气设备经常出现故障，无法保证设备有效安全的运转，并且原有控制线路杂乱，加大了维修的工作难度。并且原有的控制模式落后，无法实现智能化组网及智能升级，无拓展空间。受泵房地理环境因素影响，无法改变泵房的小蓄水池深度，进而无法将混流泵更换为时下较为流行的潜水泵，设备形式还是要采用混流泵的抽水形式，受抽水形式限制，无法使水泵自动启动，但经过设计研究，可以做到自动停止。

针对以上这些泵房的待解决问题，基本的设计思路是重新设计电气控制系统，对3 台混流泵安装变频器以驱动水泵运行。如果在泵房内安装共3 台变频器来驱动水泵运行，增加设备运行的可靠性，变频器运行的特性也会使水泵运行更加节能及安全。

3 技术方案

（1）更换泵房内的控制柜及原有水泵的操作台，统一安装到新型配电柜内。更换柜内所有老式元件包括断路器、接触器等。柜门安装相应3 台混流泵和2 台真空泵的启动和停止的带灯按钮、超声波投入的转换开关、电源指示灯、电压表、电流表、多功能功率表、急停按钮等元件。

（2）根据实际需求，增加200 Smart PLC（带以太网口）和模拟量输入模块来控制泵的启动和停止会更加稳定，同时为后续的更新、改造预留空间。

（3）更换水位开关电缆和照明等辅助设备的电缆，并配套相应的桥架、镀锌管、角铁等附件。将原有的不更换的线缆和新敷设电缆进到桥架、镀锌管内，桥架、镀锌管、软管按照规范安装。

（4）按照水泵的额定功率，对泵房内的3 台混流泵增加3 台变频器，经过核算需配置3 台45 kW 的ABB-ACS510 系列变频器。

（5）在泵房蓄水池上各安装1 个带4～20 mA 输出变送器的超声波液位传感器，将信号给PLC 进行处理比较，作为自动停机的液位保护。

（6）控制柜内安装维修插座、电脑托架、图纸盒、风扇及风扇罩、吊装环等。

（7）根据现场实际情况，设计新柜尺寸为1400 mm×600 mm×1900 mm（含底座）。

（8）采用STEP 7 MicroWIN SMART V2.3.0.2 编程软件对泵房控制系统进行PLC 程序的编写。

（9）泵房主要电气原理如图1 所示。

图1 泵房主要电气原理

（10）操作柜操作流程说明如下：①确认“紧急停止”未按下既可；②按下真空泵1、2 启动按钮，启动真空泵1、2；③当真空表达到要求的数字后，打开欲启动的混流泵气路管道阀门；④当真空表达到要求的数字后，按下欲启动的混流泵的启动按钮，该混流泵启动；⑤重复3，4 步骤，启动所有欲启动的混流泵；⑥关闭已启动的混流泵气路管道阀门，按下真空泵1、2 停止按钮，停止真空泵1、2 工作；⑦如需停止单台混流泵，按下相对应的混流泵停止按钮即可；⑧当水池水位降到自定高度，所有工作的混流泵自动停止运行。该高度由程序内部设定参数，当现场超声波液位仪发送的数据大于等于该参数既为到达该高度。

4 实施效果及系统优点

（1）目前泵房的升级改造已经完成，并已投入使用1 年多，整套系统运行稳定，并已平稳度过2 个汛期。在不对原设备及设施进行大的改造的前提下，更改了原控制系统中不科学的控制方式，提高了设备的使用效果，改造后的控制设备操作简单，容易上手，相关的操作人员很快便熟练掌握操作方法，并且在汛期时也体现出设备更新后的明显变化，设备运行更加稳定，液位控制更加准确。

（2）升级改造所有控制柜，更换控制元件，从而降低设备的故障率以及维修难度。泵房设备运行平稳，并且实现自动停车功能，减轻人员的工作强度，也保证设备运行的可靠性。

（3）保留泵房内的老旧设备精华，并用新的配电系统进行驱动，以相对小的资金投入实现设备稳定而有效的运行。实现新旧设备相结合的理念，在降低成本的同时实现了目标。

（4）选择200 Smart 系列PLC 和模拟量输入模块来控制泵的启动和停止会更加稳定及智能化，同时使设备控制系统具备升级拓展能力，目前各个泵房具备直接组网合并的功能，并且针对外部设备的功能及运行方式更改PLC 程序就可以对整体进行升级改造。

（5）重新设计并安装控制柜在柜内安装元件包括断路器、接触器，按照水泵的额定功率，对泵房的3 台混流泵增加匹配3 台45 kW 的ABBACS510 系列变频器。由于变频器通过内部IGBT模块对电流、转矩、转速、加速度的曲线、启动模式等运行数据有着内部设定及复杂的运算逻辑，可以通过各项数据分析，如管道压力及流量、转矩等数据，判断当前运行状态，也可分析设备是否出现故障，并瞬间保护停机，对驱动的设备进行智能控制及保护，所以变频驱动有着启动稳定、运行可靠及拥有强大的保护功能的特性，通过变频驱动降低设备的启动冲击，也起到节约电能的作用，同时起到电机不过载运行功能及对电机驱动下的各项保护。

（6）在泵房蓄水池上各安装1 个带4～20 mA 输出变送器的超声波液位传感器，将信号给PLC 进行处理比较，作为自动停机的液位保护，不需要操作人员在场监视设备运行，设备自己可以可靠的运行并能准确的检测液位并停止。

5 结束语

在使用方面泵房经过投入运行，更改了原控制系统不科学的控制方式，提高设备的使用效果，改造后的控制设备操作步骤简单，容易上手，目前相关操作人员已经可以熟练掌握操作方法，并且在汛期时也体现出设备更新后的明显变化，设备运行更加稳定，液位控制更加准确。通过此项技术改造，有效的提高生产区域的排水能力，更好的保证汛期的平稳度过。

在技术方面安装200 Smart 系列PLC（带以太网口）和模拟量输入模块来控制泵的启动和停止，同时为后续的更新、改造预留空间，并且可匹配12 触摸屏（带以太网口），使设备运行通过画面操作及观看会更加直观，之后如果匹配触摸屏，可以按钮操作也可以通过触摸屏操作。并且在日后各泵房之间可进行组网连接，通过远程可以监控泵房设备状态，同时可以进行远程操作，这样就可以真正的实现无人化操作。如果日后对泵房内的设备、设施继续升级改造，只需要在控制上进行调整，就可满足需求。

老式泵房的升级改造，可以大大提高泵房排水能力，并且在同类老式泵房上也可以推广借鉴。按照此思路进行老式泵房升级改造，可以在节约成本的同时降低设备的故障率以及维修难度，降低因配电柜老旧所造成的漏电及触电事故的发生。