張明芝 杜素潔
（天津市東郊污水處理廠）

1 簡(jiǎn)介

　　在一般的污水處理廠、水處理廠及泵站等，均設(shè)有進(jìn)水口和進(jìn)水泵。在進(jìn)水泵的設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)便可靠，大多采用浮球液位開(kāi)關(guān)控制進(jìn)水泵的自動(dòng)開(kāi)停。浮球液位開(kāi)關(guān)是一種靠液體的浮力改變自身狀態(tài)來(lái)達(dá)到控制目的的設(shè)備。它用一根電纜線連接，置于液面之上，內(nèi)部裝有一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)液位達(dá)到或降至某一高度時(shí)，浮球液位開(kāi)關(guān)改變?cè)瓉?lái)直立或傾斜的狀態(tài)，內(nèi)部開(kāi)關(guān)狀態(tài)隨之改變，信號(hào)傳至控制機(jī)構(gòu)。天津市東郊污水處理廠進(jìn)水泵的自動(dòng)控制即采用這種控制方法。

2 浮球液位開(kāi)關(guān)控制原理

　　天津市東郊污水處理廠設(shè)計(jì)日處理能力40萬(wàn)噸，最大50萬(wàn)噸，使用了260千瓦，容量1.32-1.54立方米/秒，揚(yáng)程1.32-11.0米，電壓6千伏的進(jìn)水泵6臺(tái)（其中一臺(tái)備用）。進(jìn)水泵前的污水池設(shè)有6個(gè)浮球液位開(kāi)關(guān)，分成兩組，信號(hào)送至可編程序邏輯控制器（工業(yè)常用的一種能按一定順序完成自動(dòng)控制功能的設(shè)備，以下簡(jiǎn)稱PLC）。浮球液位開(kāi)關(guān)的位置如圖1所示：

　　開(kāi)泵的控制過(guò)程為：
　　當(dāng)液位低于1#浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，將發(fā)出低液位報(bào)警信號(hào)；
　　當(dāng)液位高于2#浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)一臺(tái)進(jìn)水泵；
　　當(dāng)液位高于3#浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)兩臺(tái)進(jìn)水泵；
　　當(dāng)液位高于4#浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)三臺(tái)進(jìn)水泵；
　　當(dāng)液位高于5#浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)四臺(tái)進(jìn)水泵；
　　當(dāng)液位高于6#浮球液位開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)五臺(tái)進(jìn)水泵，并發(fā)出高液位報(bào)警信號(hào)。
　　為防止進(jìn)水泵頻繁開(kāi)停，關(guān)泵順序?yàn)椋?BR>　　當(dāng)液位下降至5#浮球液位開(kāi)關(guān)以下時(shí)，關(guān)1臺(tái)進(jìn)水泵，（開(kāi)四臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至4#浮球液位開(kāi)關(guān)以下時(shí)，關(guān)1臺(tái)進(jìn)水泵，（開(kāi)三臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至3#浮球液位開(kāi)關(guān)以下時(shí)，關(guān)1臺(tái)進(jìn)水泵，（開(kāi)兩臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至2#浮球液位開(kāi)關(guān)以下時(shí)，關(guān)1臺(tái)進(jìn)水泵，（開(kāi)一臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至1#浮球液位開(kāi)關(guān)以下時(shí)，進(jìn)水泵全關(guān)，并發(fā)出低液位報(bào)警。
　　為避免一臺(tái)泵重復(fù)啟動(dòng)，水泵將依次循環(huán)投入工作先開(kāi)先停，先停先開(kāi)。當(dāng)一臺(tái)水泵因故障停止工作時(shí)，另一臺(tái)水泵自動(dòng)投入運(yùn)行。控制流程圖如圖2所示：

　　但在實(shí)際使用中，為使浮球達(dá)到要求的高度和自由動(dòng)作，要求一段長(zhǎng)度的電纜。電纜用支架固定在污水廠口。但在如此大容量的進(jìn)水的開(kāi)停沖擊及水流的帶動(dòng)下，電纜線極易纏繞。加之長(zhǎng)期多次重復(fù)動(dòng)作、電纜老化等原因造成的電纜折斷、電纜外皮破裂等損壞問(wèn)題，使控制受到影響。我廠進(jìn)水泵的控制即是如此。設(shè)備、程序的安裝、調(diào)試通過(guò)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，六個(gè)浮球相互纏繞使進(jìn)水泵的自動(dòng)控制無(wú)法完成，自動(dòng)控制形同虛設(shè)。經(jīng)了解，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中注意到了這個(gè)問(wèn)題。施工時(shí)將浮球的電纜綁在一根鋼管上，僅留一小段能自由運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度以避免纏繞。但這樣其他問(wèn)題仍無(wú)法徹底解決，且象我廠這樣已運(yùn)行的情況，要解決和修復(fù)已出現(xiàn)的問(wèn)題，只能等待停泵時(shí)進(jìn)行。不但影響生產(chǎn)且沉淀污泥產(chǎn)生的危害人體的有害氣體使工作危險(xiǎn)性很大。如果采用超聲波液位計(jì)這些問(wèn)題便可迎刃而解。

3 超聲波液位計(jì)的使用

　　我廠進(jìn)水污水池口距池底8.7米的池壁上為監(jiān)視水位而裝了一塊超聲波液位計(jì)，其他象配水、回流污泥、出水等處共設(shè)有超聲波測(cè)量?jī)x共計(jì)20塊，在7年的正式運(yùn)行中一直處于良好的狀態(tài)，且精度較高，維護(hù)、校驗(yàn)也很方便。為增進(jìn)可靠度，也可以考慮再增加一個(gè)超聲波液位計(jì)，以防因液位計(jì)的故障導(dǎo)致進(jìn)水泵的誤操作。
　　（1）根據(jù)原設(shè)計(jì)思路和圖1所示尺寸，可以將原PLC程序控制順序改為：
　　設(shè)兩個(gè)液位計(jì)測(cè)量值為X₁、X₂，儀表的精度為0.2%，表頭至池底的高度為8.7米，可能偏差0.034米，取為0.04米。當(dāng)X1-X２〉0.04米時(shí)，取消進(jìn)水泵控制的自動(dòng)。
　　開(kāi)泵的順序?yàn)椋?BR>　　當(dāng)液位上升至2.9０米時(shí)，發(fā)出低液位報(bào)警；
　　當(dāng)液位上升至3.12米時(shí)，開(kāi)一臺(tái)泵；
　　當(dāng)液位上升至3.34米時(shí)，開(kāi)兩臺(tái)泵；
　　當(dāng)液位上升至3.5６米時(shí)，開(kāi)三臺(tái)泵；
　　當(dāng)液位上升至3.7８米時(shí)，開(kāi)四臺(tái)泵；
　　當(dāng)液位上升至3.9０米時(shí)，開(kāi)五臺(tái)泵，并發(fā)出高液位報(bào)警。
　　停泵的順序?yàn)椋?BR>　　當(dāng)液位下降至3.7８米以下時(shí)，關(guān)一臺(tái)泵（開(kāi)四臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至3.5６米以下時(shí)，關(guān)一臺(tái)泵（開(kāi)三臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至3.34米以下時(shí)，關(guān)一臺(tái)泵（開(kāi)兩臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至3.12米以下時(shí)，關(guān)一臺(tái)泵（開(kāi)一臺(tái)）；
　　當(dāng)液位下降至2.9０米以下時(shí)，進(jìn)水泵全關(guān)，并發(fā)出低液位報(bào)警；
　　每臺(tái)泵的開(kāi)停順序同浮球液位開(kāi)關(guān)。具體流程見(jiàn)圖3。

　　（2）除上述方法外，也可以充分PLC的計(jì)算和判斷功能，用新的思路重新設(shè)計(jì)，使程序簡(jiǎn)化。
　　根據(jù)原工藝設(shè)計(jì)，最下部的浮球液位開(kāi)關(guān)與池底高度為2.9０米，每相鄰兩個(gè)的距離為0.22米，液位上升時(shí)，將所測(cè)值減去最底浮球液位開(kāi)關(guān)的高度除以0.22米后取整，即為將要開(kāi)啟的泵的臺(tái)數(shù)；液位下降時(shí)，將所測(cè)值減去最底浮球液位開(kāi)關(guān)的高度除以0.22米后取整加一，即為將要開(kāi)啟的泵的臺(tái)數(shù)。液位高于3.96米時(shí)高液位報(bào)警，液位低于2.90米時(shí)低液位報(bào)警。新的流程如圖4所示。

4 實(shí)現(xiàn)的可能性

　　在我廠包含進(jìn)水泵控制部分的PLC中，有模擬量輸入模塊 2個(gè)，可輸入模擬量16個(gè)，現(xiàn)使用了14個(gè)，有空余輸入點(diǎn)2個(gè)，允許增加一個(gè)超聲波液位計(jì)的模擬量輸入。
　　將浮球液位開(kāi)關(guān)控制進(jìn)水泵改為超聲波液位計(jì)除增加一塊超聲波液位計(jì)外，不需其他投資，對(duì)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控也沒(méi)有任何影響。改造后，既減少了浮球液位開(kāi)關(guān)、繼電器、PLC模塊及多條纜線的費(fèi)用及PLC字節(jié)的占用，又可以充分體現(xiàn)原設(shè)計(jì)的思路，對(duì)已廢棄的自動(dòng)控制進(jìn)行充分的利用。對(duì)泵的開(kāi)停時(shí)間、臺(tái)次進(jìn)行科學(xué)合理的安排，避免人為失誤，增加了控制的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。