浅析注水流量计在污水泵站自控系统运用

摘要：瓯海三溪片共有四座污水提升泵站，由于建成年份都在移交排水公司之前，当时移交情况就是各个泵站缺少自控系统，每个泵站没有保持很好的水位运行区间，也很难有一些运行数据的反馈，因此，根据当时这四个泵站的设备现状，我们逐步对各个泵站进行自控改造，增加PLC 柜、水泵控制柜等设备，实现每个泵站的自动化运行，又达到数据监测，设备监控的效果。
1 当时状况
瓯海三溪片四座污水提升泵站，梅屿泵站、任桥泵站、新桥泵站、高翔泵站，分别建成年代为 1 9 9 9 年、1 9 9 9 年、2000 年、2004 年。2010 年被温州市排水有限公司接收，有排水公司统一负责运行管理。当时移交这些泵站时，四个泵站都没有自控，水位的控制依靠每个泵站的四路水位控制箱运行，靠一个投入式液位来反馈信号。这就带来一个一连串的问题：梅屿泵站有 5 号泵坑，虽然当时没安装，但后续安装好后无法被控制；四路水位控制箱每一路的简易程序只能控制水泵启停一次，下一次必定是启停另一台水泵，如果需要强制性开启两台水泵，必须要手动，而且水位的设定过程复杂；投入式的液位仪探头容易被污水池底的污泥包裹，影响传感器的准确度，而如果把液位探头固定悬于水中，就很难进行绝对标高的参照。而其他设备如拦渣除污机、电动启闭机都没有自动运行的硬件控制。为保证这四座泵站功能的安全可靠运行，降低运行人员的劳动强度，亟需进行自动化改造。
2 改造内容
2.1 新桥泵站的改造内容
考虑当时要拿一个泵站作为一期改造试点，要主要工艺设备稳定，又影响较小，我们先将新桥泵站作为自动化改造的试点泵站。
2.2 改造要求：
① 由于当时我们对 PLC 的市场的了解，又鉴于自来水厂广泛应用 AB 公司的 PLC, 我们也采用了AB的L33R1756 系列 CPU 及配套模块作为 PLC 的基础硬件。
② 新桥泵站的 PLC 站采用双 CPU 冗余的结构。
③ 对老的水泵控制柜进行更新，每一个水泵的控制回路上配置了电机的保护软启动器，不仅使电路更稳定运行，减少水锤效应，更由于软启动器自带的电流监测功能，只要在 PLC 柜内配置好通讯模块，就可以实现将水泵电机的运行状况反映在自控系统当中。水泵控制设置两种可切换模式：远程手动启停 / 程序控制自动运行。
④ 在格栅机前配置总的进水池超声波液位计，在两个泵池内各配置一台超声波液位计，保留原来的投入式液位计，但拆掉控制线路，作为水位参考用。
⑤ 格栅机的逻辑控制改造：将格栅机从人工启停改为在 PLC 程序设计上用时间和格栅前后水位高差来控制。如果格栅机前垃圾较多，那么 PLC 会自动判断格栅机前后的液位差是否达到限定值，然后启动运行（这种情况较少）。还有一种就是根据时间，在一个小时或数个小时内连续运行一段世间，再自动停止。
⑥ 在出水总管上新装一台 E+H 注水流量计，和超声波液位计，注水流量计主要用于测量封闭管道中的导电液体和浆液中的体积流量。原理是基于法拉*电磁感应定律，注水流量计由传感器和转换器组成，传感器在就地，变送器就装在PLC 柜边上。由于从传感器到变送器的信号是 4-20mA 的信号，所以我们特别留意信号干扰和衰减的问题，要求信号线必须是原装的带屏蔽层的抗干扰信号线。
⑦ 可视化人机界面和上位机监控：通过 PLC 增加的以太网模块，将人机界面（触摸屏）和上位机（工控机）组网。上位机功能和 PLC 柜上的人机界面内容一致，且有同等操作权限。
在人机界面上能看到运行事实情况，达到如下效果：
机泵和格栅机运行电流   上位机   可视
流量和液位数据   上位机   可视
机泵、格栅机   上位机   可视 / 可控
然后通过逻辑设计，将各台水泵编号，以运行时间*短的水泵优先启动，依次类推。如果启动后无反馈的，系统自动判定跳过，启动下一台。
2.3 小结
在 2 0 1 4 年完成新桥泵站的改造后，P L C 系统一直稳定运行，不仅使整个运行水位区间合理，也因为有了流量，使得水泵的运行状况有了更直观的判断依据。但是这些都只是实现了一个泵站自控*基本的功能。新桥泵站的自控改造，只是实现了一部分的自动控制和数据反馈功能，但是仍有一些数据比较重要，比如总的电能的用量分析、各台水泵的能耗分析、软启动器的故障信号反馈、直观的泵站水位曲线、瞬时流量曲线、各水泵的运行电流曲线等。因为一个单一泵站，其实它的逻辑控制部分比较简单，*重要的部分是能够通过对设备运行情况的多方位监视，让这个泵站的运行更直观。
2.4 对高翔泵站、任桥泵站的改造
2.4.1 硬件方面的要求
① PLC 仍采用 AB 公司的 PLC 模块，但出于对品*的信任，这两个泵站不再设置冗余，所以 CPU 模块选用了L33R1769系列；
② 增加DI、DO模块，增加Moubus通讯模块，AI模块保持不变；
③ 在水泵控制柜的上一级配电，增加一个带 RS485 通讯的多功能电表。多功能电表可以反馈有功、无功、电流、电压、总做功等数据；
④ 水泵控制柜上配置 ABB 公司*新信号软启动器 PSTX 系列，该软启动器不仅本身对电机的保护功能强大，自带过载机电保护，而且内置旁路，就可以取消热继电器和交流接触器，可以节省控制柜内空间，而且集成了 Modbus RTU用于监测和控制，方便我们接下来的改造。
2.5 信息层的调整
在控制程序上，除了任桥泵站为干式泵站，水泵前后的闸阀都需要能够从远程启停外，水泵还是要在 PLC上设置两种模式：远程手动启停 / 程序控制自动运行。其他的设备控制逻辑方式都几乎与新桥一样。在人机界面这一块，在触摸屏上，因为显示内容有限，只能反映整体设备所处的状态。但在上位机上，除了运行工艺，还增加了以下几个独立的可视单元：电能质量分析、设备故障报警、历史数据查询、单日运行报表的查询等功能。
2.6 梅屿泵站的改造
由于梅屿泵站的重要性，继续配置 PLC 冗余，且要考虑泵站设备*多，相应的 DI、DO、AI 模块也要增加。设备上，控制柜的改造和流量计、超声波液位的安装都已完成，且预留了线路。但在改造的后期，我们借鉴了其他地区水务公司的做法，在每个泵站配置烟雾感应报警和温湿度器（数字型），并接入 PLC，不用参与逻辑控制，只要能在人机界面上体现。
3 总结和思考
当四个泵站的自控改造基本完成时，其实我们对排水自控领域的初步探索，从硬件的选型和逻辑控制的调试，只是走出了一小步，有些内容，我们还需要深入和细化。而建立真正智慧排水，还需要更多的尝试，包括建立独立的水位分析，与自控数据进行比对，远程调取泵站运行情况，在手机终端可以查看记录，几个泵站建立联系，根据总提升泵站的情况，智能调节上游提升量，都将是我们的下一个课题。