1 引言
泵站在運行、檢修過程中，需要及時排出泵房內(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，需要對排水實現(xiàn)自動控制，其基本要求包括：
（1）排水泵能自動啟停，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，排水泵能自動停轉(zhuǎn)；
（3）當(dāng)工作排水泵故障，或來水量增大、集水井水位升至備用排水泵啟動水位時，備用排水泵能自動投入；
（4）排水泵之間能互為備用運轉(zhuǎn)，當(dāng)備用排水泵投入時，能發(fā)出警報信號。
本文結(jié)合工程實踐，設(shè)計了一套泵站集水井自動控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，運行高效，維護方便、造價低廉等特點，適應(yīng)泵站“無人值班、少人值守”的發(fā)展要求，拋磚引玉，以期為我國泵站自動化發(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，單機流量100m3/h、揚程30m）、電機（2×30kW，軟啟方式）、壓力表（2臺）、閘閥（10臺）、蝶閥（2臺）、逆止閥（2臺）、儀表閥（2臺）等構(gòu)成。控制部分主要由PLC、水位傳感器、上下限開關(guān)、報警裝置、斷路器、接觸器、熱繼電器、溫濕加熱器、選擇開關(guān)等構(gòu)成，其中，PLC采用micro系列，通過RS-485接口與上位機通訊，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，測量精度1‰，輸入信號4-20mA，工作溫度5～55℃；上下限位開關(guān)采用Omron機械式液位浮子開關(guān)，當(dāng)水位越限時動作（給出報警信號）；報警裝置由電源指示燈、聲光報警器、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機組作用；選擇開關(guān)決定系統(tǒng)的運行方式（自動或手動）。
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)計采用自動/手動方式，方式選擇通過集水井控制箱中的二次回路、接觸器、中間繼電器、選擇開關(guān)等的切換實現(xiàn)。正常情況下，選擇開關(guān)置于自動位置，當(dāng)自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，需到現(xiàn)場切換為手動方式。
3.1 手動方式
當(dāng)選擇開關(guān)打至手動1#時，即1#泵處于工作狀態(tài)、2#泵處于備用狀態(tài)，按下啟動按鈕，接觸器1吸合，1#泵工作；當(dāng)選擇開關(guān)打至手動2#時，即2#泵處于工作狀態(tài)、1#泵處于備用狀態(tài)，按下啟動按鈕，接觸器2吸合，2#泵工作。
3.2 自動方式
當(dāng)選擇開關(guān)打至自動位置時，集水井排水實現(xiàn)自動控制。當(dāng)集水井水位上升到工作泵啟動水位時，接觸器1吸合，中間繼電器1動作，工作泵運行，常開接點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，常開接點1失電，工作泵停運；若集水井水位不降反升至報警高水位時，接觸器2吸合，中間繼電器2動作，備用泵運行，常開接點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，常開接點1、2失電，兩臺排水泵停運。
備用泵運行期間，信號回路會發(fā)出警報信號送至上位機；當(dāng)工作泵故障時，備用泵自動轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)，信號回路也會發(fā)出警報信號送至上位機。
為達到啟動均衡的工作效果，可以在PLC中設(shè)定累計工作次數(shù)，當(dāng)工作次數(shù)到設(shè)定值時，工作泵自動轉(zhuǎn)入備用狀態(tài)，而備用泵則自動轉(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點的模擬量（主要有集水井水位、電動機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、排水量等）、開關(guān)量（主要有手動/自動控制信號、遠方/就地控制信號、水泵運行/停止?fàn)顟B(tài)、水泵故障信號等），記錄所有事件信息；對采集量進行統(tǒng)計表或趨勢圖生成，對事件信息進行順序記錄處理。
（2）監(jiān)視和報警。進行狀態(tài)、越限、過程和故障等監(jiān)視；對越限和故障進行判斷和動作（報警）并及時記錄（由上位機完成）以便查詢、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，遠方/本地、手動/自動等工作方式切換等方面的調(diào)節(jié)。
（4）人機對話和擴展接口。友好顯示（由上位機完成）狀態(tài)表、示意圖、操作流程、運行指導(dǎo)、報警提示等畫面；PLC上預(yù)留擴展槽，便于監(jiān)控量的增設(shè)。
（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計和運行管理。工作泵運行次數(shù)等方面的統(tǒng)計和分析；生產(chǎn)報表的生成和數(shù)據(jù)查詢的打印（由上位機完成），使用和管理權(quán)限的登陸。
系統(tǒng)編程語言采用梯形圖。根據(jù)以上功能要求編寫的梯形圖如圖3所示。編程過程中考慮了系統(tǒng)擴展性，采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。
圖3 系統(tǒng)控制梯形圖
5 結(jié)束語
泵站集水井排水實現(xiàn)自動控制，確保了排水任務(wù)的及時執(zhí)行，減輕了運行人員的現(xiàn)場監(jiān)控量，提高了泵站自動化水平。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似自動控制系統(tǒng)，運行效果良好，值得推廣和應(yīng)用。
