淺析電磁液（yè）體流量計在汙水泵站（zhàn）自控係統運用
點擊次數：1943 發布時（shí）間：2021-01-02 05:47:01
摘要：甌海三溪片共有四（sì）座汙（wū）水提升泵站，由於建成（chéng）年份都在移交排（pái）水公（gōng）司（sī）之前，當時移交情況就是各個泵站缺少自（zì）控係統（tǒng），每個（gè）泵站（zhàn）沒（méi）有保持很好的水位（wèi）運行區間，也很難有一些運（yùn）行數據的反饋，因此，根據當時這四個泵站的設備現狀，我們逐步對各個泵站進行自控改造，增（zēng）加PLC 櫃、水泵控製櫃等設備，實現每個泵站的自動化運行，又達到數據監測，設備監控的效果。
1 當時狀況
甌海三溪（xī）片（piàn）四座汙水提（tí）升泵站，梅嶼泵站、任橋泵站、新橋泵站、高翔泵站，分別建成年代為 1 9 9 9 年、1 9 9 9 年、2000 年、2004 年。2010 年被溫州市排水有限公司接收，有排水（shuǐ）公司統一負責運行管理。當時移交這些泵站時，四個泵站都沒有自控，水位的（de）控製依靠每個泵站的四路水位控製箱運行，靠一個投入式液位（wèi）來反饋（kuì）信（xìn）號。這（zhè）就帶來（lái）一個一連串的問題（tí）：梅嶼泵站有（yǒu） 5 號泵（bèng）坑，雖然（rán）當時沒安裝（zhuāng），但後（hòu）續安裝好（hǎo）後無法（fǎ）被控（kòng）製；四路水位控製箱每一路的簡易程序隻能控製水泵啟停一（yī）次（cì），下一次必（bì）定是啟（qǐ）停另一台（tái）水泵，如果需要強（qiáng）製性開啟兩台水泵，必須要手動（dòng），而且水位的設定過程複雜（zá）；投入（rù）式的液位儀探頭容易被汙水池底的汙泥包裹，影響傳感器的準確度，而如果把液位探頭固定（dìng）懸於水中，就很難進行絕對標高的參照。而其他設備如攔渣除汙機（jī）、電動（dòng）啟閉機都沒有自（zì）動運行的硬件控製。為保證這四座泵（bèng）站功能的安全可靠運行（háng），降低運行人員的勞動強度，亟需進行自動化改造。
2 改造內容
2.1 新橋泵站的改造內容
考慮當（dāng）時要拿（ná）一個泵站作為一期改（gǎi）造試點，要主要工藝設備穩定，又影響較小，我們先（xiān）將新橋（qiáo）泵站作為自動化改造的試點泵站。
2.2 改造要（yào）求（qiú）：
① 由於當時我們對 PLC 的市（shì）場的了解，又鑒於自來水（shuǐ）廠廣泛應用 AB 公司的 PLC, 我們也采（cǎi）用了（le）AB的L33R1756 係列 CPU 及配套模（mó）塊（kuài）作為 PLC 的基（jī）礎硬件。
② 新橋泵站的 PLC 站采用雙 CPU 冗餘的結構。
③ 對老的水泵控製櫃進行更新，每一個水泵的控（kòng）製回路上配置了電機的保護（hù）軟啟動器，不僅使電路更穩定運行，減（jiǎn）少水錘效應（yīng），更由於軟啟動器自帶的電（diàn）流監測功（gōng）能，隻要在 PLC 櫃（guì）內配置好通訊（xùn）模塊，就可以實現（xiàn）將水泵（bèng）電機的運行狀況反（fǎn）映在自控（kòng）係統當中。水泵（bèng）控製設置兩（liǎng）種可切換模式：遠程手動啟停 / 程序控製自動運行。
④ 在格柵機前配置總的進水（shuǐ）池超聲波液位計，在兩個（gè）泵池內各配置（zhì）一台（tái）超聲波液位計，保留原來的投（tóu）入式液位計，但拆掉控（kòng）製線路，作為（wéi）水位參（cān）考用。
⑤ 格（gé）柵機的邏輯（jí）控製改（gǎi）造：將格柵機從人工啟停改為在 PLC 程序設計上用時間和格柵前後（hòu）水位高差來（lái）控製。如果格柵（shān）機前垃圾較多，那麽 PLC 會自動判斷格柵機（jī）前後的液位差是否（fǒu）達到限定值，然後啟（qǐ）動運（yùn）行（這（zhè）種（zhǒng）情況較少）。還有一種就（jiù）是根據時（shí）間，在一個小時或數個小時內連續運行一段世間，再自（zì）動停止。
⑥ 在（zài）出水總管上新（xīn）裝一（yī）台 E+H 電磁液體流量（liàng）計，和超聲波液位計，電磁（cí）液體流量計主要用於測量封閉管道中的導（dǎo）電液體和漿液中的體積流量（liàng）。原理是基於法拉*電磁感應定律，電磁液體流量計由傳感器和轉換器組成，傳感器在就地，變送器就裝在PLC 櫃邊上。由於從傳感（gǎn）器到變送（sòng）器的信號是 4-20mA 的信號，所以我們特別留意信號幹擾和（hé）衰減的問（wèn）題，要求信號線必須是原裝（zhuāng）的帶屏蔽層的抗幹擾信號（hào）線。
⑦ 可視化人機界麵和上位機監控（kòng）：通過 PLC 增加的以太網模塊，將人機界麵（觸摸屏）和上位機（工控機）組網。上位（wèi）機功（gōng）能和 PLC 櫃上的人機界麵內容一致，且有同等操作權限。
在人機界麵上能看到運行事實情況，達到如下效果：
機泵和格柵機運行（háng）電流 上（shàng）位機 可視
流量（liàng）和液位數據 上位機 可視
機泵、格柵機 上位機（jī） 可視 / 可控
然後通過邏輯（jí）設計（jì），將各台水泵編號（hào），以運行時間*短的水泵優先啟（qǐ）動，依次類推。如果啟動後無反饋的，係統（tǒng）自動判定跳過，啟動下一台。
2.3 小結
在 2 0 1 4 年完成新（xīn）橋泵站的改造後，P L C 係統一直穩定運行，不僅使整個運行（háng）水位區間合理，也因（yīn）為（wéi）有了流量，使得水泵的運行狀況有了更直（zhí）觀的判斷（duàn）依據。但是這些都隻是（shì）實現了一個泵（bèng）站自控（kòng）*基本的功能。新橋泵站的自（zì）控改造，隻（zhī）是實現了一部分的自動控製和數（shù）據反饋功能，但是仍有一些（xiē）數（shù）據比較重要，比如總的電能的用（yòng）量分析、各台水泵的能（néng）耗分析、軟啟動器的故障信號反饋、直觀的泵站水位曲線、瞬時流量曲線、各水泵的運行電流曲（qǔ）線等。因為一個單一泵站，其實它的邏輯控（kòng）製部（bù）分比較簡單，*重要的部分是能夠通過對設備運行情況的多方位監視，讓這個泵站的運行更直觀。
2.4 對高翔泵（bèng）站、任橋泵站的改造
2.4.1 硬件（jiàn）方麵的要求
① PLC 仍采用 AB 公司（sī）的 PLC 模（mó）塊，但出於對品*的信任，這（zhè）兩個泵站不再設置冗餘，所以 CPU 模塊選（xuǎn）用了L33R1769係列；
② 增加DI、DO模塊，增加Moubus通訊模塊，AI模塊保持不變；
③ 在水泵（bèng）控製（zhì）櫃的上（shàng）一級配電，增加一個帶 RS485 通訊的（de）多（duō）功（gōng）能電表。多功能電表可以（yǐ）反饋有功、無功、電流（liú）、電壓、總做功等數據；
④ 水泵（bèng）控（kòng）製櫃（guì）上配（pèi）置 ABB 公司*新信（xìn）號軟啟動器 PSTX 係列，該軟啟（qǐ）動器不僅本身對電機的保護功能強大，自帶過載機電保護，而且內置（zhì）旁路，就可以取消熱繼電器和交流接觸器，可以節省（shěng）控製櫃內空間，而（ér）且集（jí）成了 Modbus RTU用於監（jiān）測和控製，方便我（wǒ）們接下來的改造。
2.5 信息層的調整
在控製程序上，除了任橋（qiáo）泵站為幹式泵站，水泵前後的閘閥都需要能夠從遠程啟（qǐ）停外，水泵還是要在 PLC上（shàng）設置兩種（zhǒng）模式：遠程手動啟停 / 程序控製自動運行。其他的設備（bèi）控製邏輯方式都幾乎與新（xīn）橋一樣。在人機界麵（miàn）這一塊，在觸摸屏上，因為顯示內容有限，隻能（néng）反映整體設備所處的狀態。但（dàn）在上位機上，除（chú）了運行工藝，還增加（jiā）了以下（xià）幾個獨立的（de）可視單元：電能質量分（fèn）析、設備故障報警、曆史（shǐ）數據查詢（xún）、單（dān）日運行報表的查詢等功能。
2.6 梅嶼泵站的改造
由於梅嶼（yǔ）泵站的重要性，繼續配置 PLC 冗餘，且要考慮泵站設（shè）備*多，相應的 DI、DO、AI 模塊也要增加。設備（bèi）上，控製櫃的改（gǎi）造和流量計、超聲波液位的安裝（zhuāng）都已完成，且預留了線路。但在改造的後期，我們借鑒了其他地區（qū）水（shuǐ）務公司的（de）做法，在每個泵站配置煙霧（wù）感應報警和溫濕度器（數字型），並接入 PLC，不用參與邏（luó）輯控製，隻要能在人機界（jiè）麵上體現。
3 總結和思考
當（dāng）四個泵站的自控改造基本（běn）完成時，其實我們對排水自控領域的初步探索，從硬件的選型和邏輯控製的調試，隻是走出了一小步，有些內容（róng），我們還需要深入和細化。而建立真正智慧排水，還需要更多的（de）嚐試，包括建立獨立的水位分析，與自（zì）控數據進行比對，遠程調（diào）取（qǔ）泵站運行情況，在手機（jī）終端可以查（chá）看記錄（lù），幾個泵站建立聯係，根據總提升泵站的情況，智能調節（jiē）上遊提升量，都將是我們的下一個課題。
1 當時狀況
甌海三溪（xī）片（piàn）四座汙水提（tí）升泵站，梅嶼泵站、任橋泵站、新橋泵站、高翔泵站，分別建成年代為 1 9 9 9 年、1 9 9 9 年、2000 年、2004 年。2010 年被溫州市排水有限公司接收，有排水（shuǐ）公司統一負責運行管理。當時移交這些泵站時，四個泵站都沒有自控，水位的（de）控製依靠每個泵站的四路水位控製箱運行，靠一個投入式液位（wèi）來反饋（kuì）信（xìn）號。這（zhè）就帶來（lái）一個一連串的問題（tí）：梅嶼泵站有（yǒu） 5 號泵（bèng）坑，雖然（rán）當時沒安裝（zhuāng），但後（hòu）續安裝好（hǎo）後無法（fǎ）被控（kòng）製；四路水位控製箱每一路的簡易程序隻能控製水泵啟停一（yī）次（cì），下一次必（bì）定是啟（qǐ）停另一台（tái）水泵，如果需要強（qiáng）製性開啟兩台水泵，必須要手動（dòng），而且水位的設定過程複雜（zá）；投入（rù）式的液位儀探頭容易被汙水池底的汙泥包裹，影響傳感器的準確度，而如果把液位探頭固定（dìng）懸於水中，就很難進行絕對標高的參照。而其他設備如攔渣除汙機（jī）、電動（dòng）啟閉機都沒有自（zì）動運行的硬件控製。為保證這四座泵（bèng）站功能的安全可靠運行（háng），降低運行人員的勞動強度，亟需進行自動化改造。
2 改造內容
2.1 新橋泵站的改造內容
考慮當（dāng）時要拿（ná）一個泵站作為一期改（gǎi）造試點，要主要工藝設備穩定，又影響較小，我們先（xiān）將新橋（qiáo）泵站作為自動化改造的試點泵站。
2.2 改造要（yào）求（qiú）：
① 由於當時我們對 PLC 的市（shì）場的了解，又鑒於自來水（shuǐ）廠廣泛應用 AB 公司的 PLC, 我們也采（cǎi）用了（le）AB的L33R1756 係列 CPU 及配套模（mó）塊（kuài）作為 PLC 的基（jī）礎硬件。
② 新橋泵站的 PLC 站采用雙 CPU 冗餘的結構。
③ 對老的水泵控製櫃進行更新，每一個水泵的控（kòng）製回路上配置了電機的保護（hù）軟啟動器，不僅使電路更穩定運行，減（jiǎn）少水錘效應（yīng），更由於軟啟動器自帶的電（diàn）流監測功（gōng）能，隻要在 PLC 櫃（guì）內配置好通訊（xùn）模塊，就可以實現（xiàn）將水泵（bèng）電機的運行狀況反（fǎn）映在自控（kòng）係統當中。水泵（bèng）控製設置兩（liǎng）種可切換模式：遠程手動啟停 / 程序控製自動運行。
④ 在格柵機前配置總的進水（shuǐ）池超聲波液位計，在兩個（gè）泵池內各配置（zhì）一台（tái）超聲波液位計，保留原來的投（tóu）入式液位計，但拆掉控（kòng）製線路，作為（wéi）水位參（cān）考用。
⑤ 格（gé）柵機的邏輯（jí）控製改（gǎi）造：將格柵機從人工啟停改為在 PLC 程序設計上用時間和格柵前後（hòu）水位高差來（lái）控製。如果格柵（shān）機前垃圾較多，那麽 PLC 會自動判斷格柵機（jī）前後的液位差是否（fǒu）達到限定值，然後啟（qǐ）動運（yùn）行（這（zhè）種（zhǒng）情況較少）。還有一種就（jiù）是根據時（shí）間，在一個小時或數個小時內連續運行一段世間，再自（zì）動停止。
⑥ 在（zài）出水總管上新（xīn）裝一（yī）台 E+H 電磁液體流量（liàng）計，和超聲波液位計，電磁（cí）液體流量計主要用於測量封閉管道中的導（dǎo）電液體和漿液中的體積流量（liàng）。原理是基於法拉*電磁感應定律，電磁液體流量計由傳感器和轉換器組成，傳感器在就地，變送器就裝在PLC 櫃邊上。由於從傳感（gǎn）器到變送（sòng）器的信號是 4-20mA 的信號，所以我們特別留意信號幹擾和（hé）衰減的問（wèn）題，要求信號線必須是原裝（zhuāng）的帶屏蔽層的抗幹擾信號（hào）線。
⑦ 可視化人機界麵和上位機監控（kòng）：通過 PLC 增加的以太網模塊，將人機界麵（觸摸屏）和上位機（工控機）組網。上位（wèi）機功（gōng）能和 PLC 櫃上的人機界麵內容一致，且有同等操作權限。
在人機界麵上能看到運行事實情況，達到如下效果：
機泵和格柵機運行（háng）電流 上（shàng）位機 可視
流量（liàng）和液位數據 上位機 可視
機泵、格柵機 上位機（jī） 可視 / 可控
然後通過邏輯（jí）設計（jì），將各台水泵編號（hào），以運行時間*短的水泵優先啟（qǐ）動，依次類推。如果啟動後無反饋的，係統（tǒng）自動判定跳過，啟動下一台。
2.3 小結
在 2 0 1 4 年完成新（xīn）橋泵站的改造後，P L C 係統一直穩定運行，不僅使整個運行（háng）水位區間合理，也因（yīn）為（wéi）有了流量，使得水泵的運行狀況有了更直（zhí）觀的判斷（duàn）依據。但是這些都隻是（shì）實現了一個泵（bèng）站自控（kòng）*基本的功能。新橋泵站的自（zì）控改造，隻（zhī）是實現了一部分的自動控製和數（shù）據反饋功能，但是仍有一些（xiē）數（shù）據比較重要，比如總的電能的用（yòng）量分析、各台水泵的能（néng）耗分析、軟啟動器的故障信號反饋、直觀的泵站水位曲線、瞬時流量曲線、各水泵的運行電流曲（qǔ）線等。因為一個單一泵站，其實它的邏輯控（kòng）製部（bù）分比較簡單，*重要的部分是能夠通過對設備運行情況的多方位監視，讓這個泵站的運行更直觀。
2.4 對高翔泵（bèng）站、任橋泵站的改造
2.4.1 硬件（jiàn）方麵的要求
① PLC 仍采用 AB 公司（sī）的 PLC 模（mó）塊，但出於對品*的信任，這（zhè）兩個泵站不再設置冗餘，所以 CPU 模塊選（xuǎn）用了L33R1769係列；
② 增加DI、DO模塊，增加Moubus通訊模塊，AI模塊保持不變；
③ 在水泵（bèng）控製（zhì）櫃的上（shàng）一級配電，增加一個帶 RS485 通訊的（de）多（duō）功（gōng）能電表。多功能電表可以（yǐ）反饋有功、無功、電流（liú）、電壓、總做功等數據；
④ 水泵（bèng）控（kòng）製櫃（guì）上配（pèi）置 ABB 公司*新信（xìn）號軟啟動器 PSTX 係列，該軟啟（qǐ）動器不僅本身對電機的保護功能強大，自帶過載機電保護，而且內置（zhì）旁路，就可以取消熱繼電器和交流接觸器，可以節省（shěng）控製櫃內空間，而（ér）且集（jí）成了 Modbus RTU用於監（jiān）測和控製，方便我（wǒ）們接下來的改造。
2.5 信息層的調整
在控製程序上，除了任橋（qiáo）泵站為幹式泵站，水泵前後的閘閥都需要能夠從遠程啟（qǐ）停外，水泵還是要在 PLC上（shàng）設置兩種（zhǒng）模式：遠程手動啟停 / 程序控製自動運行。其他的設備（bèi）控製邏輯方式都幾乎與新（xīn）橋一樣。在人機界麵（miàn）這一塊，在觸摸屏上，因為顯示內容有限，隻能（néng）反映整體設備所處的狀態。但（dàn）在上位機上，除（chú）了運行工藝，還增加（jiā）了以下（xià）幾個獨立的（de）可視單元：電能質量分（fèn）析、設備故障報警、曆史（shǐ）數據查詢（xún）、單（dān）日運行報表的查詢等功能。
2.6 梅嶼泵站的改造
由於梅嶼（yǔ）泵站的重要性，繼續配置 PLC 冗餘，且要考慮泵站設（shè）備*多，相應的 DI、DO、AI 模塊也要增加。設備（bèi）上，控製櫃的改（gǎi）造和流量計、超聲波液位的安裝（zhuāng）都已完成，且預留了線路。但在改造的後期，我們借鑒了其他地區（qū）水（shuǐ）務公司的（de）做法，在每個泵站配置煙霧（wù）感應報警和溫濕度器（數字型），並接入 PLC，不用參與邏（luó）輯控製，隻要能在人機界（jiè）麵上體現。
3 總結和思考
當（dāng）四個泵站的自控改造基本（běn）完成時，其實我們對排水自控領域的初步探索，從硬件的選型和邏輯控製的調試，隻是走出了一小步，有些內容（róng），我們還需要深入和細化。而建立真正智慧排水，還需要更多的（de）嚐試，包括建立獨立的水位分析，與自（zì）控數據進行比對，遠程調（diào）取（qǔ）泵站運行情況，在手機（jī）終端可以查（chá）看記錄（lù），幾個泵站建立聯係，根據總提升泵站的情況，智能調節（jiē）上遊提升量，都將是我們的下一個課題。