污水泵房設備系統升級研究

張 輝

（秦皇島港股份有限公司第二港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

在日常的生活及生產工作中污水泵房隨處可見，其泵房的建設目的主要解決的就是排水問題，由于建設時間點不同，現今很多地方的污水泵房內的設備系統比較落后，迫于資金、環境等諸多因素所限，無法及時的更新設備系統，而污水泵房一旦出現故障，肯定會導致無法及時有效地將污水排出。公司5#泵房就是一種建設年限較長的老式污水泵房，泵房內主要排水設備是3 臺混流泵。該混流泵需要搭配真空泵使用，使用前需要用真空泵將管道內抽成真空，隨后啟用混流泵抽水。泵房內原有的電氣控制系統由于運行時間過久，并且泵房內環境較為惡劣，常年陰暗潮濕，控制柜內電氣元件腐蝕嚴重，運行時故障頻發，并且原有的水泵驅動方式采用的是傳統的接觸器Y-△降壓啟動及接觸器角接自鎖運行模式，首先從經濟性角度考慮這種運行及啟動方式會消耗很大的電能，從用電穩定性的角度考慮此種運行及啟動方式對電網沖擊很大，從設備保護的角度考慮，此種運行及啟動方式對電機及水泵無任何保護作用，加大了設備的損耗。

1 項目分析

受環境限制，如果大規模的改造泵房所有設施、設備，經初步核算，投資規模巨大，鑒于目前情況實施較為困難。此次改造結合各泵房的目前狀況，在泵房內設備及土建設施不改動的前提下，重新設計泵房控制系統，增加電氣設備的可靠性，使新的電氣系統與泵房內現有設備形成聯動，滿足使用需求的同時又能降低投資成本。主要創新的思路是利用成熟電氣技術驅動老式可靠的設備，將新舊設備的優點有效結合，進而達到改造目的。

2 設計思路

由于各泵房原有的電氣控制系統采用的是簡單的接觸器控制原理，目前各泵房的控制柜老化嚴重，有漏電、觸電的風險，并且電氣設備經常出現故障，無法保證設備有效安全的運轉，并且原有控制線路雜亂，加大了維修的工作難度。并且原有的控制模式落后，無法實現智能化組網及智能升級，無拓展空間。受泵房地理環境因素影響，無法改變泵房的小蓄水池深度，進而無法將混流泵更換為時下較為流行的潛水泵，設備形式還是要采用混流泵的抽水形式，受抽水形式限制，無法使水泵自動啟動，但經過設計研究，可以做到自動停止。

針對以上這些泵房的待解決問題，基本的設計思路是重新設計電氣控制系統，對3 臺混流泵安裝變頻器以驅動水泵運行。如果在泵房內安裝共3 臺變頻器來驅動水泵運行，增加設備運行的可靠性，變頻器運行的特性也會使水泵運行更加節能及安全。

3 技術方案

（1）更換泵房內的控制柜及原有水泵的操作臺，統一安裝到新型配電柜內。更換柜內所有老式元件包括斷路器、接觸器等。柜門安裝相應3 臺混流泵和2 臺真空泵的啟動和停止的帶燈按鈕、超聲波投入的轉換開關、電源指示燈、電壓表、電流表、多功能功率表、急停按鈕等元件。

（2）根據實際需求，增加200 Smart PLC（帶以太網口）和模擬量輸入模塊來控制泵的啟動和停止會更加穩定，同時為后續的更新、改造預留空間。

（3）更換水位開關電纜和照明等輔助設備的電纜，并配套相應的橋架、鍍鋅管、角鐵等附件。將原有的不更換的線纜和新敷設電纜進到橋架、鍍鋅管內，橋架、鍍鋅管、軟管按照規范安裝。

（4）按照水泵的額定功率，對泵房內的3 臺混流泵增加3 臺變頻器，經過核算需配置3 臺45 kW 的ABB-ACS510 系列變頻器。

（5）在泵房蓄水池上各安裝1 個帶4～20 mA 輸出變送器的超聲波液位傳感器，將信號給PLC 進行處理比較，作為自動停機的液位保護。

（6）控制柜內安裝維修插座、電腦托架、圖紙盒、風扇及風扇罩、吊裝環等。

（7）根據現場實際情況，設計新柜尺寸為1400 mm×600 mm×1900 mm（含底座）。

（8）采用STEP 7 MicroWIN SMART V2.3.0.2 編程軟件對泵房控制系統進行PLC 程序的編寫。

（9）泵房主要電氣原理如圖1 所示。

圖1 泵房主要電氣原理

（10）操作柜操作流程說明如下：①確認“緊急停止”未按下既可；②按下真空泵1、2 啟動按鈕，啟動真空泵1、2；③當真空表達到要求的數字后，打開欲啟動的混流泵氣路管道閥門；④當真空表達到要求的數字后，按下欲啟動的混流泵的啟動按鈕，該混流泵啟動；⑤重復3，4 步驟，啟動所有欲啟動的混流泵；⑥關閉已啟動的混流泵氣路管道閥門，按下真空泵1、2 停止按鈕，停止真空泵1、2 工作；⑦如需停止單臺混流泵，按下相對應的混流泵停止按鈕即可；⑧當水池水位降到自定高度，所有工作的混流泵自動停止運行。該高度由程序內部設定參數，當現場超聲波液位儀發送的數據大于等于該參數既為到達該高度。

4 實施效果及系統優點

（1）目前泵房的升級改造已經完成，并已投入使用1 年多，整套系統運行穩定，并已平穩度過2 個汛期。在不對原設備及設施進行大的改造的前提下，更改了原控制系統中不科學的控制方式，提高了設備的使用效果，改造后的控制設備操作簡單，容易上手，相關的操作人員很快便熟練掌握操作方法，并且在汛期時也體現出設備更新后的明顯變化，設備運行更加穩定，液位控制更加準確。

（2）升級改造所有控制柜，更換控制元件，從而降低設備的故障率以及維修難度。泵房設備運行平穩，并且實現自動停車功能，減輕人員的工作強度，也保證設備運行的可靠性。

（3）保留泵房內的老舊設備精華，并用新的配電系統進行驅動，以相對小的資金投入實現設備穩定而有效的運行。實現新舊設備相結合的理念，在降低成本的同時實現了目標。

（4）選擇200 Smart 系列PLC 和模擬量輸入模塊來控制泵的啟動和停止會更加穩定及智能化，同時使設備控制系統具備升級拓展能力，目前各個泵房具備直接組網合并的功能，并且針對外部設備的功能及運行方式更改PLC 程序就可以對整體進行升級改造。

（5）重新設計并安裝控制柜在柜內安裝元件包括斷路器、接觸器，按照水泵的額定功率，對泵房的3 臺混流泵增加匹配3 臺45 kW 的ABBACS510 系列變頻器。由于變頻器通過內部IGBT模塊對電流、轉矩、轉速、加速度的曲線、啟動模式等運行數據有著內部設定及復雜的運算邏輯，可以通過各項數據分析，如管道壓力及流量、轉矩等數據，判斷當前運行狀態，也可分析設備是否出現故障，并瞬間保護停機，對驅動的設備進行智能控制及保護，所以變頻驅動有著啟動穩定、運行可靠及擁有強大的保護功能的特性，通過變頻驅動降低設備的啟動沖擊，也起到節約電能的作用，同時起到電機不過載運行功能及對電機驅動下的各項保護。

（6）在泵房蓄水池上各安裝1 個帶4～20 mA 輸出變送器的超聲波液位傳感器，將信號給PLC 進行處理比較，作為自動停機的液位保護，不需要操作人員在場監視設備運行，設備自己可以可靠的運行并能準確的檢測液位并停止。

5 結束語

在使用方面泵房經過投入運行，更改了原控制系統不科學的控制方式，提高設備的使用效果，改造后的控制設備操作步驟簡單，容易上手，目前相關操作人員已經可以熟練掌握操作方法，并且在汛期時也體現出設備更新后的明顯變化，設備運行更加穩定，液位控制更加準確。通過此項技術改造，有效的提高生產區域的排水能力，更好的保證汛期的平穩度過。

在技術方面安裝200 Smart 系列PLC（帶以太網口）和模擬量輸入模塊來控制泵的啟動和停止，同時為后續的更新、改造預留空間，并且可匹配12 觸摸屏（帶以太網口），使設備運行通過畫面操作及觀看會更加直觀，之后如果匹配觸摸屏，可以按鈕操作也可以通過觸摸屏操作。并且在日后各泵房之間可進行組網連接，通過遠程可以監控泵房設備狀態，同時可以進行遠程操作，這樣就可以真正的實現無人化操作。如果日后對泵房內的設備、設施繼續升級改造，只需要在控制上進行調整，就可滿足需求。

老式泵房的升級改造，可以大大提高泵房排水能力，并且在同類老式泵房上也可以推廣借鑒。按照此思路進行老式泵房升級改造，可以在節約成本的同時降低設備的故障率以及維修難度，降低因配電柜老舊所造成的漏電及觸電事故的發生。