一種主備提升泵的智能化控制方案

摘? 要：針對二用一備提升泵系統，文章提出一種智能化控制方案。通過分析工藝專業提出的控制需求及實際運營維護需求，提出采用虛擬泵號的方法，順利實現高編號泵向低編號泵轉換的控制需求，在進水量隨機的情況下，泵的按需切換、順序切換、故障跳轉等措施保證了提升泵系統的持續穩定運行，保證了主泵與備用泵的均衡出力問題，有效優化了泵的工況參數，增加了提升泵系統的非故障持續時間，從而為整個污水處理系統的持續穩定運行提供了有力保證。

關鍵詞：提升泵;控制方案;主備切換;輪次循環;按需分配

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）01-0127-05

Abstract： This paper presents an intelligent control scheme for the lifting pump system with two working and one standby. By analyzing the control requirements and actual operation and maintenance requirements put forward by the craft specialty， the method of virtual pump number is put forward to smoothly realize the control demand for the conversion from high number pump to low number pump. In the case of random water inflow， the measures such as on-demand switching， sequential switching and fault tripping of the pump ensure the continuous and stable operation of the lifting pump system， The balanced output of the main pump and the standby pump is ensured， the working condition parameters of the pump are effectively optimized， and the non fault duration of the lifting pump system is increased， which provides a strong guarantee for the continuous and stable operation of the whole sewage treatment system.

Keywords： lifting pump; control scheme; main and standby switching; round cycle; distribution on demand

0? 引? 言

在污水處理廠的系統中，污水提升泵系統是其重要一環。將集水井的水提升至調節池，即集水井提升泵系統，或者將調節池提升至生化池，即調節池提升泵系統，均為污水處理工藝的主流程環節。如何保證提升泵系統的高效穩定運行，也是保證污水處理廠穩定運行的關鍵之一。本文提出一種提升泵系統的自動控制方案，能夠更智能的解決主泵與備用泵的選擇問題，優化泵的啟動時序，均衡主泵與備用泵負荷，減少系統故障維護概率，達到提升泵系統的高效穩定運行。

1? 控制要求

典型的二用一備提升泵系統模型圖如圖1所示。工藝提出泵的控制要求：

（1）進水池液位達到中液位啟動一臺泵，中液位啟動兩臺泵，高液位啟動三臺泵。

（2）出水池液位達到高液位，停止提升泵運行，中液位允許啟動。

（3）提升泵要求輪次循環啟動，即本次啟動A泵，下次啟動B泵，如此循環。

結合實際運營需要，針對工藝提出的控制要求進一步深化，除了上述要求之外，仍有以下要求需要滿足：

（1）泵有故障或非遠程自動狀態下，應能跳過該泵，啟動下一臺泵。

（2）泵啟動時應能錯峰啟動，不能兩臺或三臺同時啟動，減少啟動沖擊負荷。

（3）本次啟動C泵，此時需要啟動兩臺泵或三臺泵時，應能控制啟動A泵或B泵。

（4）各泵出力的時間在比較長的時間內偏差不大，均衡出力。

2? 功能塊參數介紹

FB3功能塊輸入輸出參數定義如表1所示。

設備數據“MOTOR”類型定義如表2所示。

液位數據“Analog”類型定義如表3所示。

功能塊功能介紹如表4所示。

在這里引入泵編號修正的概念，用于兩處：

（1）針對最小泵編號，當該泵出現故障時，將最小泵編號加1，程序段10體現該處應用。

（2）針對順序啟動下，究竟啟動哪幾臺泵，需要分析。通過邏輯分析，引入虛擬泵號，虛擬泵號與實際泵號存在邏輯關聯。如下圖所示，二用一備的情況下，此時需要3#泵啟動，需求兩臺泵，正常情況下應該啟動3#泵與1#泵，虛擬出4#泵，4#泵的虛擬泵號即為1#泵編號與總泵臺數的值，其他情況一一類似，效果圖如表5所示。

程序段7中，用于記錄最小泵編號，其邏輯如圖2所示，其參數符號注釋見表6，其目的是實現下一次啟動泵的編號輪換。

在整個的程序設計中，遵循的一個基本原則是，正常的邏輯與異常情況下的處理。在針對泵啟動條件的程序段11中可以看出。一種是正常情況下的通過泵的編號判斷來確定當前泵是否需要運行，另一種是本來不是1#泵運行，但是因為需要3#泵運行的時候，3#泵出現了故障，比如運行中設備過電流跳閘，因此需要1#泵運行，這樣就解決了泵運行中的故障切換，達到智能調配的目的。

功能塊測試與使用情況（仿真模擬）：

通過仿真軟件，虛擬液位波動，模擬進水量觸發泵的啟動，可以根據液位值模擬控制啟動泵的數量。可以根據仿真軟件模擬泵的正常與故障狀態，測試以下幾個類別：

（1）需求單臺泵的正常輪換，如圖3圖所示。設定當前液位值滿足一臺泵的啟動情況，最小泵編號為1#泵，順利啟動1#泵。將液位值清零，模擬停泵條件，1#泵停止。再次設定液位滿足一臺泵的啟動情況，此時最小泵編號為2#泵，順利啟動2#泵。依次觸發，順利實現1#—2#—3#—1#—2#……的輪次觸發機制。

（2）需求兩臺泵的正常輪換，兩臺泵相差10 S錯開啟動，如圖4所示。設定當前液位值滿足兩臺泵的啟動情況，最小泵編號為1#泵，首先啟動1#泵，1#泵啟動10 S后，2#泵啟動。將液位值清零，模擬停泵條件，再次設定液位條件，最小泵編號為2#泵。2#泵啟動，10 S后3#泵順利啟動，依次測試順利實現需求兩臺泵的情況下，兩臺泵的錯峰啟動，以及輪次觸發。

（3）需求一臺泵時，中間有泵故障，跳轉到下一臺泵啟動，如圖5所示。設定當前液位值為滿足一臺泵的啟動情況，此時系統記錄最小泵編號為2#泵，但是此時2#泵并未投入自動運行，系統默認2#泵故障中，此時啟動3#泵，跳過2#泵自動運行。

（4）需求兩臺泵時，中間泵故障，跳轉到下一臺泵啟動，如圖6所示。設定液位值滿足兩臺泵的啟動情況，最小泵編號為1#泵，按要求應該啟動1#，2#泵，擔此時2#泵未投入自動運行，此時系統啟動了1#，3#泵。3#泵滯后1#泵10 S后啟動。

3? 反饋

自2020年7月調試至2021年2月回訪，運營人員反饋在實際使用中，經過一段時間后泵的使用情況如表7所示，數據透視圖如圖7所示。

針對累積時間的分析，結合運營人員反饋，需要注意以下幾個因素：

（1）上述時間有設備手動運行的累積時間。

（2）調試期間因其他原因，運營只選擇了單臺泵自動運行，后續才所有設備投入自動運行。

（3）部分泵因故障停運一段時間。

綜合一些原因分析上述數據，初步認為該循環控制系統基本解決了二用一備的提升泵系統在進出水水量隨機的情況下，主泵與備用泵均衡出力的問題，實現主泵與備用泵依次輪換優先級一致的問題。

4? 結? 論

該系統的自動輪換選擇起始泵，跳開故障泵等自動功能，有效提升了提升泵系統的穩定性，提升了提升泵系統的連續無故障時間，提高了污水處理站的持續運行時間，減少了運營人員工作量。

參考文獻：

[1] 崔堅.SIMATIC S7-1500與TIA博途軟件使用指南 [M].北京：機械工業出版社，2016.

[2] 柴瑞娟，陳海霞.西門子PLC編程技術及工程應用 [M].北京：機械工業出版社，2008.

[3] 李俊民，趙東，等.零基礎學Visual Basic：第2版 [M].北京：機械工業出版社，2010.

[4] 西門子工業技術支持中心.程序設計規范指南 [EB/OL].[2021-11-20].http：//www.gongkong.com/download/202111/102636.html.

[5] 陳華，雷鳴，朱飛翔，等.西門子SIMATIC Wincc使用指南 [M].北京：機械工業出版社，2019.

作者簡介：牛富榮（1981.03—），男，漢族，湖北當陽人，中級，本科，研究方向：電子工程。