1 引言
泵站在運(yùn)行、檢修過(guò)程中，需要及時(shí)排出泵房?jī)?nèi)各種積水，其中一部分可自流排出泵房外，大部分則匯集到集水井，然后由排水泵排出泵房。為了保證泵房不致受淹或受潮，需要對(duì)排水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，其基本要求包括：
（1）排水泵能自動(dòng)啟停，保證集水井水位在規(guī)定范圍內(nèi)；
（2）當(dāng)集水井水位在規(guī)定的最低水位時(shí)，排水泵能自動(dòng)停轉(zhuǎn)；
（3）當(dāng)工作排水泵故障，或來(lái)水量增大、集水井水位升至備用排水泵啟動(dòng)水位時(shí)，備用排水泵能自動(dòng)投入；
（4）排水泵之間能互為備用運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)備用排水泵投入時(shí)，能發(fā)出警報(bào)信號(hào)。
本文結(jié)合工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)了一套泵站集水井自動(dòng)控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效，維護(hù)方便、造價(jià)低廉等特點(diǎn)，適應(yīng)泵站“無(wú)人值班、少人值守”的發(fā)展要求，拋磚引玉，以期為我國(guó)泵站自動(dòng)化發(fā)展盡一份力量。
2 系統(tǒng)硬件配置
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。設(shè)備部分主要由排水泵（一用一備，單機(jī)流量100m3/h、揚(yáng)程30m）、電機(jī)（2×30kW，軟啟方式）、壓力表（2臺(tái)）、閘閥（10臺(tái)）、蝶閥（2臺(tái)）、逆止閥（2臺(tái)）、儀表閥（2臺(tái)）等構(gòu)成。控制部分主要由PLC、水位傳感器、上下限開(kāi)關(guān)、報(bào)警裝置、斷路器、接觸器、熱繼電器、溫濕加熱器、選擇開(kāi)關(guān)等構(gòu)成，其中，PLC采用micro系列，通過(guò)RS-485接口與上位機(jī)通訊，AI≥5，DI≥16，DO≥8；水位傳感器采用投入式靜壓液位變送器，量程0～5m，測(cè)量精度1‰，輸入信號(hào)4-20mA，工作溫度5～55℃；上下限位開(kāi)關(guān)采用Omron機(jī)械式液位浮子開(kāi)關(guān)，當(dāng)水位越限時(shí)動(dòng)作（給出報(bào)警信號(hào)）；報(bào)警裝置由電源指示燈、聲光報(bào)警器、消警按鈕等組成；斷路器和接觸器控制排水泵啟停的執(zhí)行；熱繼電器和溫濕加熱器起到保護(hù)機(jī)組作用；選擇開(kāi)關(guān)決定系統(tǒng)的運(yùn)行方式（自動(dòng)或手動(dòng)）。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)采用自動(dòng)/手動(dòng)方式，方式選擇通過(guò)集水井控制箱中的二次回路、接觸器、中間繼電器、選擇開(kāi)關(guān)等的切換實(shí)現(xiàn)。正常情況下，選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，需到現(xiàn)場(chǎng)切換為手動(dòng)方式。
3.1 手動(dòng)方式
當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)打至手動(dòng)1#時(shí)，即1#泵處于工作狀態(tài)、2#泵處于備用狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，接觸器1吸合，1#泵工作；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)打至手動(dòng)2#時(shí)，即2#泵處于工作狀態(tài)、1#泵處于備用狀態(tài)，按下啟動(dòng)按鈕，接觸器2吸合，2#泵工作。
3.2 自動(dòng)方式
當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)打至自動(dòng)位置時(shí)，集水井排水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。當(dāng)集水井水位上升到工作泵啟動(dòng)水位時(shí)，接觸器1吸合，中間繼電器1動(dòng)作，工作泵運(yùn)行，常開(kāi)接點(diǎn)1自保持，直至集水井水位恢復(fù)至正常水位，接觸器1斷開(kāi)，常開(kāi)接點(diǎn)1失電，工作泵停運(yùn)；若集水井水位不降反升至報(bào)警高水位時(shí)，接觸器2吸合，中間繼電器2動(dòng)作，備用泵運(yùn)行，常開(kāi)接點(diǎn)2自保持，直至集水井水位恢復(fù)至正常水位，接觸器1、2斷開(kāi)，常開(kāi)接點(diǎn)1、2失電，兩臺(tái)排水泵停運(yùn)。
備用泵運(yùn)行期間，信號(hào)回路會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)送至上位機(jī)；當(dāng)工作泵故障時(shí)，備用泵自動(dòng)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，信號(hào)回路也會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)送至上位機(jī)。
為達(dá)到啟動(dòng)均衡的工作效果，可以在PLC中設(shè)定累計(jì)工作次數(shù)，當(dāng)工作次數(shù)到設(shè)定值時(shí)，工作泵自動(dòng)轉(zhuǎn)入備用狀態(tài)，而備用泵則自動(dòng)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。
4 系統(tǒng)軟件編程
系統(tǒng)編程軟件采用施耐德concept，為提高抗干擾能力，設(shè)計(jì)中采用了數(shù)字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。系統(tǒng)控制流程如圖2所示。主要實(shí)現(xiàn)功能包括：
圖2 系統(tǒng)控制流程圖
（1）數(shù)據(jù)采集和處理。采集所有I/O點(diǎn)的模擬量（主要有集水井水位、電動(dòng)機(jī)工作電流、水泵軸溫、電機(jī)溫度、排水量等）、開(kāi)關(guān)量（主要有手動(dòng)/自動(dòng)控制信號(hào)、遠(yuǎn)方/就地控制信號(hào)、水泵運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)、水泵故障信號(hào)等），記錄所有事件信息；對(duì)采集量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表或趨勢(shì)圖生成，對(duì)事件信息進(jìn)行順序記錄處理。
（2）監(jiān)視和報(bào)警。進(jìn)行狀態(tài)、越限、過(guò)程和故障等監(jiān)視；對(duì)越限和故障進(jìn)行判斷和動(dòng)作（報(bào)警）并及時(shí)記錄（由上位機(jī)完成）以便查詢(xún)、打印和分析。
（3）控制和調(diào)節(jié)。排水泵正常啟停操作、排水泵事故或緊急停止操作等方面的控制；參數(shù)整定與限值修改，遠(yuǎn)方/本地、手動(dòng)/自動(dòng)等工作方式切換等方面的調(diào)節(jié)。
（4）人機(jī)對(duì)話(huà)和擴(kuò)展接口。友好顯示（由上位機(jī)完成）狀態(tài)表、示意圖、操作流程、運(yùn)行指導(dǎo)、報(bào)警提示等畫(huà)面；PLC上預(yù)留擴(kuò)展槽，便于監(jiān)控量的增設(shè)。
（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和運(yùn)行管理。工作泵運(yùn)行次數(shù)等方面的統(tǒng)計(jì)和分析；生產(chǎn)報(bào)表的生成和數(shù)據(jù)查詢(xún)的打印（由上位機(jī)完成），使用和管理權(quán)限的登陸。
系統(tǒng)編程語(yǔ)言采用梯形圖。根據(jù)以上功能要求編寫(xiě)的梯形圖如圖3所示。編程過(guò)程中考慮了系統(tǒng)擴(kuò)展性，采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖3 系統(tǒng)控制梯形圖
5 結(jié)束語(yǔ)
泵站集水井排水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，確保了排水任務(wù)的及時(shí)執(zhí)行，減輕了運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量，提高了泵站自動(dòng)化水平。深圳市東部供水水源工程的東江和永湖兩座泵站的集水井都采用了類(lèi)似自動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行效果良好，值得推廣和應(yīng)用。
