1 引言
城市生活污水處理包括三大控制系統(tǒng)：提升泵房控制系統(tǒng)，鼓風(fēng)房控制系統(tǒng)和脫水機(jī)房控制系統(tǒng)。作為三大控制系統(tǒng)之一的提升泵房控制系統(tǒng)主要控制設(shè)備是提升泵，提升泵負(fù)責(zé)將污水提升至水解池或初沉池中。提升泵房的自動(dòng)控制方案有變頻控制和工頻控制。
本文結(jié)合工程實(shí)際，提出另外一種工頻控制方案，該控制方案采用液位變化趨勢(shì)和時(shí)間聯(lián)控，控制方式上借鑒了變頻控制思想，改善以往分階段控制的死區(qū)及不穩(wěn)定性。
2 系統(tǒng)控制說(shuō)明
關(guān)于提升泵最基本的控制要求有：避免提升泵啟停頻繁；盡量保持保持提升泵在高液位運(yùn)行；避免單臺(tái)泵長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，或者長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行（防止提升泵放置太久被污水中的雜物堵塞）。
2.1 現(xiàn)場(chǎng)條件
上海某污水處理廠提升泵房，共有5臺(tái)泵，按遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)4用1備，采用工頻控制。現(xiàn)場(chǎng)參與控制儀表為超聲波液位計(jì)，4~20ma標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)應(yīng)于0~6.8m的液位；浮球兩個(gè)，高浮球用來(lái)超高報(bào)警并且強(qiáng)行啟動(dòng)所有的泵，低浮球用來(lái)超低液位報(bào)警并且強(qiáng)行停止所有的泵。每臺(tái)提升泵的自動(dòng)控制信號(hào)有：手/自動(dòng)信號(hào)、啟/停信號(hào)、綜合故障信號(hào)。
按照設(shè)計(jì)，以目前的處理量，正常時(shí)啟用2臺(tái)提升泵就夠了，特殊情況下啟動(dòng)臺(tái)數(shù)為3臺(tái)，超高液位時(shí)啟動(dòng)4臺(tái)泵。
現(xiàn)場(chǎng)控制器采用的是omron cj1m_cpu11, 上位機(jī)監(jiān)控軟件采用亞控科技“組態(tài)王”，上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)光纖以太網(wǎng)通信。
2.2 液位狀態(tài)控制思想
系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)采用手/自動(dòng)方式，方式選擇通過(guò)提升泵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。單臺(tái)提升泵手自動(dòng)都是獨(dú)立的，自控系統(tǒng)自行診斷并且相應(yīng)的自動(dòng)調(diào)整控制方案。自控相關(guān)參數(shù)說(shuō)明，如圖1液位控制示意圖所示。
圖1 液位控制示意圖
（1）當(dāng)液位低于超低液位ll時(shí)立刻停止所有的泵（此處是浮球控制信號(hào)，所以不會(huì)有干擾，不需要增加延時(shí)進(jìn)行判斷信號(hào)是否為干擾信號(hào)）。
（2）當(dāng)液位低于l時(shí)，且持續(xù)時(shí)間達(dá)3分鐘（可在組態(tài)界面中設(shè)置），停止自控下運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的那一臺(tái)泵，之后每隔3分鐘，且液位比三分鐘之前低10cm（可在組態(tài)界面中設(shè)置，但不能低于液位計(jì)正常波動(dòng)值，也不能太大否則會(huì)使ll液位出現(xiàn)的概率提高），再停止剩下的自控下運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的那一臺(tái)泵，直到所有的自動(dòng)狀態(tài)下的泵都停止。
（3）當(dāng)液位達(dá)到s時(shí)且持續(xù)時(shí)間達(dá)到一分鐘（干擾信號(hào)判斷），啟動(dòng)無(wú)故障且停止時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)泵（前提是之前沒(méi)有泵在運(yùn)行，且至少有一臺(tái)泵在自動(dòng)控制狀態(tài)下）；
（4）當(dāng)液位達(dá)到h時(shí)，且持續(xù)時(shí)間達(dá)到5分鐘（可在組態(tài)界面中設(shè)置）啟動(dòng)無(wú)故障且停止時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)泵（前提是之前沒(méi)有泵在運(yùn)行，且至少有一臺(tái)泵在自動(dòng)控制狀態(tài)下，否則此次不啟動(dòng)）；之后每隔5分鐘，且液位比三分鐘之前高5cm（可在組態(tài)界面中設(shè)置，但不能低于液位計(jì)正常波動(dòng)值，也不能太大否則會(huì)使超高液位hh出現(xiàn)的概率提高），再啟動(dòng)剩下的自控下無(wú)故障且停止時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)泵，直到所有的自動(dòng)狀態(tài)下的泵都啟動(dòng)，但啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)不能大于3。
2.3 可行性和穩(wěn)定性分析
（1）前提假設(shè)：
● 假設(shè)1：3臺(tái)泵是最大啟動(dòng)臺(tái)數(shù)，即根據(jù)現(xiàn)實(shí)流量不可能會(huì)超越3臺(tái)泵的情況；
● 假設(shè)2：所有的泵都處于自控下，并且此時(shí)無(wú)泵在啟動(dòng)；
● 假設(shè)3：l=3.0m、s=3.5m、h=5.5m、啟動(dòng)檢測(cè)間隔時(shí)間5分鐘、停止檢測(cè)時(shí)間間隔3分鐘。
液位達(dá)到s之后,并持續(xù)時(shí)間達(dá)1分鐘則啟動(dòng)1臺(tái)泵，假設(shè)此時(shí)液位繼續(xù)上升，則會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一是液位還沒(méi)有達(dá)到5.5m時(shí)，1臺(tái)泵運(yùn)行和進(jìn)水流量保持平衡；二是液位繼續(xù)上升達(dá)到5.5m，此時(shí)液位也會(huì)有兩種趨勢(shì):上升/保持。
（2）分析：當(dāng)液位繼續(xù)上升時(shí),過(guò)5分鐘之后，若液位比之前高5cm時(shí)會(huì)再啟動(dòng)1臺(tái)泵（否則將循環(huán)檢測(cè)直到滿足條件），此時(shí)運(yùn)行了2 臺(tái)泵，液位將會(huì)有三種趨勢(shì)：上升/保持/下降。
● 當(dāng)為上升時(shí)（也就是流速保持在2~3 臺(tái)泵的控制范圍），再過(guò)5 分鐘之后若液位比之前高5cm將再啟動(dòng)一臺(tái)泵，此時(shí)啟動(dòng)了3 臺(tái)泵，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況前提條件，液位肯定會(huì)下降，當(dāng)液位降至3.0m，且持續(xù)時(shí)間達(dá)1分鐘時(shí)，將停止1臺(tái)泵，此時(shí)將由2 臺(tái)泵運(yùn)行，由于液位差影響揚(yáng)程，最終有可能2臺(tái)泵保持在3.0m和5.5m之間穩(wěn)定運(yùn)行，否則液位緩慢回升(據(jù)現(xiàn)場(chǎng)我們調(diào)試觀察回升時(shí)間非常長(zhǎng))，直到液位上升到5.5以后并且保持5分鐘后高于之前的液位5cm才會(huì)再啟1臺(tái)泵，即3 臺(tái)泵運(yùn)行。如果3臺(tái)泵剛好和進(jìn)水流速吻合，它將保持在5.5m 以上的液位運(yùn)行。或者直到液位達(dá)到高高位，啟用緊急情況，運(yùn)行4 臺(tái)泵，根據(jù)條件該情形只會(huì)在下暴雨發(fā)洪水時(shí)出現(xiàn)。
● 當(dāng)液位保持時(shí)，也就是2 臺(tái)泵剛剛好，這是最佳狀態(tài)。
● 當(dāng)液位下降時(shí)（也就是1～2 臺(tái)泵之間的運(yùn)行剛好滿足流速），據(jù)前提條件，當(dāng)液位還沒(méi)有下降到3.0m 時(shí)，根據(jù)液位差影響揚(yáng)程2臺(tái)泵剛好保持與進(jìn)水流速平衡，此時(shí)將會(huì)保持2臺(tái)泵運(yùn)行，這也是最佳的控制效果；
● 當(dāng)液位保持時(shí)（也就是1 臺(tái)泵在這個(gè)液位剛剛好）,這也屬于最佳狀態(tài)。
綜上分析，該控制方案確實(shí)可行，且很穩(wěn)定。
圖2 啟泵自動(dòng)控控制流程圖
3 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)上述分析及功能要求，軟件實(shí)現(xiàn)功能流程框圖如圖2所示，根據(jù)流程圖plc編程限于篇幅此處不將程序列出，只做幾點(diǎn)說(shuō)明：
啟動(dòng)時(shí)將啟動(dòng)自控模式下停止時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)提升泵，停止時(shí)將停止自控模式下運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的那臺(tái)提升泵，實(shí)現(xiàn)方法可以采用冒泡法編寫成功能塊或者子程序的形式，便于系統(tǒng)維護(hù)，而且可重復(fù)使用。
時(shí)間參數(shù)可以采用秒定時(shí)器或者分鐘定時(shí)器和dm寄存器配合一起使用，示例如圖3所示。
圖3 1#提升泵泵停止時(shí)間累計(jì)
4 結(jié)束語(yǔ)
提升泵房實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制不僅減少了員工操作量，而且能盡可能大的保持提升泵在高液位運(yùn)行，提高了泵的運(yùn)行效率，相應(yīng)的延長(zhǎng)了泵的使用壽命及達(dá)到了一定的節(jié)能效果。實(shí)踐證明上海某污水廠采用該控制方案之后，運(yùn)行效果比之前的分階段啟停泵好多了，值得推廣和應(yīng)用。
