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)，鼓風房控制系統(tǒng)和脫水機房控制系統(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，提升泵負責將污水提升至水解池或初沉池中。提升泵房的自動控制方案有變頻控制和工頻控制。

本文結(jié)合工程實際，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和時間聯(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行；避免單臺泵長時間連續(xù)運行，或者長時間不運行（防止提升泵放置太久被污水中的雜物堵塞）。

2.1 現(xiàn)場條件

上海某污水處理廠提升泵房，共有5臺泵，按遠期設(shè)計4用1備，采用工頻控制。現(xiàn)場參與控制儀表為超聲波液位計，4~20ma標準信號對應(yīng)于0~6.8m的液位；浮球兩個，高浮球用來超高報警并且強行啟動所有的泵，低浮球用來超低液位報警并且強行停止所有的泵。每臺提升泵的自動控制信號有：手/自動信號、啟/停信號、綜合故障信號。

按照設(shè)計，以目前的處理量，正常時啟用2臺提升泵就夠了，特殊情況下啟動臺數(shù)為3臺，超高液位時啟動4臺泵。

現(xiàn)場控制器采用的是omron cj1m_cpu11, 上位機監(jiān)控軟件采用亞控科技“組態(tài)王”，上位機和下位機通過光纖以太網(wǎng)通信。

2.2 液位狀態(tài)控制思想

系統(tǒng)控制設(shè)計采用手/自動方式，方式選擇通過提升泵控制箱中的二次回路、接觸器、中間繼電器、選擇開關(guān)等的切換實現(xiàn)。正常情況下，選擇開關(guān)置于自動位置，當自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，需到現(xiàn)場切換為手動方式。單臺提升泵手自動都是獨立的，自控系統(tǒng)自行診斷并且相應(yīng)的自動調(diào)整控制方案。自控相關(guān)參數(shù)說明，如圖1液位控制示意圖所示。

圖1  液位控制示意圖

（1）當液位低于超低液位ll時立刻停止所有的泵（此處是浮球控制信號，所以不會有干擾，不需要增加延時進行判斷信號是否為干擾信號）。

（2）當液位低于l時，且持續(xù)時間達3分鐘（可在組態(tài)界面中設(shè)置），停止自控下運行時間最長的那一臺泵，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，但不能低于液位計正常波動值，也不能太大否則會使ll液位出現(xiàn)的概率提高），再停止剩下的自控下運行時間最長的那一臺泵，直到所有的自動狀態(tài)下的泵都停止。

（3）當液位達到s時且持續(xù)時間達到一分鐘（干擾信號判斷），啟動無故障且停止時間最長的那臺泵（前提是之前沒有泵在運行，且至少有一臺泵在自動控制狀態(tài)下）；

（4）當液位達到h時，且持續(xù)時間達到5分鐘（可在組態(tài)界面中設(shè)置）啟動無故障且停止時間最長的那臺泵（前提是之前沒有泵在運行，且至少有一臺泵在自動控制狀態(tài)下，否則此次不啟動）；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，但不能低于液位計正常波動值，也不能太大否則會使超高液位hh出現(xiàn)的概率提高），再啟動剩下的自控下無故障且停止時間最長的那臺泵，直到所有的自動狀態(tài)下的泵都啟動，但啟動的臺數(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臺泵是最大啟動臺數(shù)，即根據(jù)現(xiàn)實流量不可能會超越3臺泵的情況；

● 假設(shè)2：所有的泵都處于自控下，并且此時無泵在啟動；

● 假設(shè)3：l=3.0m、s=3.5m、h=5.5m、啟動檢測間隔時間5分鐘、停止檢測時間間隔3分鐘。

液位達到s之后,并持續(xù)時間達1分鐘則啟動1臺泵，假設(shè)此時液位繼續(xù)上升，則會出現(xiàn)兩種情況，一是液位還沒有達到5.5m時，1臺泵運行和進水流量保持平衡；二是液位繼續(xù)上升達到5.5m，此時液位也會有兩種趨勢:上升/保持。

（2）分析：當液位繼續(xù)上升時,過5分鐘之后，若液位比之前高5cm時會再啟動1臺泵（否則將循環(huán)檢測直到滿足條件），此時運行了2 臺泵，液位將會有三種趨勢：上升/保持/下降。

● 當為上升時（也就是流速保持在2~3 臺泵的控制范圍），再過5 分鐘之后若液位比之前高5cm將再啟動一臺泵，此時啟動了3 臺泵，據(jù)現(xiàn)場情況前提條件，液位肯定會下降，當液位降至3.0m，且持續(xù)時間達1分鐘時，將停止1臺泵，此時將由2 臺泵運行，由于液位差影響揚程，最終有可能2臺泵保持在3.0m和5.5m之間穩(wěn)定運行，否則液位緩慢回升(據(jù)現(xiàn)場我們調(diào)試觀察回升時間非常長)，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才會再啟1臺泵，即3 臺泵運行。如果3臺泵剛好和進水流速吻合，它將保持在5.5m 以上的液位運行。或者直到液位達到高高位，啟用緊急情況，運行4 臺泵，根據(jù)條件該情形只會在下暴雨發(fā)洪水時出現(xiàn)。

● 當液位保持時，也就是2 臺泵剛剛好，這是最佳狀態(tài)。

● 當液位下降時（也就是1～2 臺泵之間的運行剛好滿足流速），據(jù)前提條件，當液位還沒有下降到3.0m 時，根據(jù)液位差影響揚程2臺泵剛好保持與進水流速平衡，此時將會保持2臺泵運行，這也是最佳的控制效果；

● 當液位保持時（也就是1 臺泵在這個液位剛剛好）,這也屬于最佳狀態(tài)。

綜上分析，該控制方案確實可行，且很穩(wěn)定。

圖2  啟泵自動控控制流程圖

3  軟件設(shè)計

根據(jù)上述分析及功能要求，軟件實現(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，只做幾點說明：

啟動時將啟動自控模式下停止時間最長的那臺提升泵，停止時將停止自控模式下運行時間最長的那臺提升泵，實現(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，而且可重復(fù)使用。

時間參數(shù)可以采用秒定時器或者分鐘定時器和dm寄存器配合一起使用，示例如圖3所示。

圖3  1#提升泵泵停止時間累計

4  結(jié)束語

提升泵房實現(xiàn)自動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行，提高了泵的運行效率，相應(yīng)的延長了泵的使用壽命及達到了一定的節(jié)能效果。實踐證明上海某污水廠采用該控制方案之后，運行效果比之前的分階段啟停泵好多了，值得推廣和應(yīng)用。