污水泵站电气系统设计

污水泵站电气系统设计（通用6篇）

污水泵站电气系统设计 篇1

0 引言

在当今科技飞跃时代,PLC成为现在电子专用的计算机,为工业上的控制起到了重要作用。它的优点较多,主要表现在电路的结构简单,工作性能优良,而且对干扰的抵抗也强。在实际操作中,编程简单,调试起来也方便。鉴于种种原因,PLC被污水泵站等行业的现代控制现场大量采用,其重要性日益夸大加强。而且,把PLC电路所具有的串行通信结合计算机具有的远程通信功能,就能够实现用计算机来集中监控多台由PLC控制的装置,达到远程控制。

1 污水泵站远程监控系统设计的组成结构

该设计系统中,利用PLC的自身功能用来远程控制终端,把工控PC机视作设计中的上位机的主体,远程无线监控网络采用一对一的形式,采用串行异步通讯协议。而从体的下位机PLC,且安装在下面的各阀门站,利用总控制的主机发出的指令或它自身的控制程序,来控制从体阀门的开启和关闭,同时也要配置各种传感器等辅助设备,通过这些辅助设备来采集和控制整个系统。设计的主体,即PC机必须安装在污水泵调度的控制中心,还必须采用半双工轮询的通讯方式,随时同各阀门站的PLC从体保持联系,主从一起形成数据采集和监控系统。无线信号的数据传送电台都要采用透明方式工作,当然它仅仅起个传输数据的作用,把整个系统网络的数据收发起来转化成同一频率,工作的时候,站点和站点之间的的识别只有通过发出的不同地址的编号来实现了。其实在实际操作中,各个阀门站基本都采用了PLC,它作为整个系统的基本的RTU单元,来完成各种必要的测量和控制任务,这个设计的组成板块主要是由AD转换模块、PLC本体、传感器组、智能驱动装置四部分。

2 污水泵站远程监控系统设计阀门电机的主回路

该监控设计中阀门电机的主要回路和PLC的外部端子回路,都采用了普通的连接方式。回路中使用的三相交流电动机M的控制,由使用交流的接触器KMO和KMC通断来控制,同时还要驱动阀芯顺时针和逆时针的旋转,这样就实现了阀门的开启或关闭。

3 污水泵站远程监控系统设计数模(A/D)之间的转换模块

在设计的时候还必须考虑A/D之间的转换,首先要考虑该模块的选择,这就不得不考虑和PLC配套的问题了,所以我们一边选择FX2N-4AD,这种型号的模块设计的有独立的差分输入4个通道。而且每个通道之间都可以选择两种形式———电流型(±20m A)的输入和电压型(±10VDC)信号的输入。在该设计中,还要在每个阀门站的管线或者每个阀门的合适位置装上检测温度、检测压力和流量的传感器,用来随时监控污水泵管线的工作状态。安装的时候,参数信号装置经过传感器转化成需要的信息后,再和FX2N-4AD每个独立的通道连接起来,然后经过数模之间转换,最后放到后面相点对点的数据寄存器中,为后面的PLC程序随时读取。

4 污水泵站远程监控系统设计的PLC外部端子电路

该设计中所使用的智能驱动装置普遍都是从美国引进来的Limitorque技术,利用该行技术生产的SMC多回转型阀门的电动装置。该电动装置可以控制单台,也可同时控制多台机器,可以现场亲自操作,也可远程遥控控制。同时,该装置除了能驱动阀门动作外,还能将装置自身的状态转化成标准信号的方式送出,送出的信号就提供给PLC,便于用来进行状态检测。在设计的时候方方面面的考虑,在污水泵站里有现场和远程监控两种需要,为了兼顾这两种控制方式,我们一般对PLC的管理做出了要求,就是多采用12路输入信号的端口,采用8路输出信号的端口。

5 污水泵站远程监控系统设计数传电台选型和设置

该设计中的PLC和计算机之间的联系,一般多使用无线数传电台的方式。该联系方式采用了交错编码和收后重发的技术,这样就可以提高无线通讯对干扰的抗拒,也可以确保污水泵站远程监控正常可靠的运行。这时间使用到的数据传输模块,大都会选择美国生产的MDS2710型号的数字传输电台,这种型号的机器可完成两点之间的数据传输,同时提供全透明的半双工通讯方式。安装的时候,模块的一端连接在PLC内的通讯FX2n-485-BD模块,它们是以RS485接口方式相连接,模块的另一端则与监控中心主机的串口连接,它们是通过标准的RS232接口连接。这样就可以组成准双向的数据连接形式,达到发送和接收无线通讯网络的目的,而且网络的连接点可多达32个。为了达到一致性,和该设置相适应的PLC的通讯格式也必须采用特殊的形式,一般都采用数据寄存器D8120,其设置为-8058,设置寄存器D8121来占有各个阀门站的ID号。设计时还必须的考虑安全,因此要在其天线上安装避雷针,同时还必须在天线和电台之间的馈线上同样加装避雷器。

6 污水泵站远程监控系统设计的实现

该设计中,主体对于各个从体阀门的监控采用了两种控制方式———就地控制和远程控制。其控制过程的流程如下:(1)采用远程控制方式,该装置里面的的传感器感应到信号后,就将测到得数据信号通过屏蔽电缆传送出去,送到A/D转换器模块的输入端,再经过A/D转换模块转换成需要的信号后,最后送入专门存储数据的寄存器,保存在寄存器中供PLC随时读取。(2)采用就地控制方式,这种方式主要是由操作者通过阀门站操作,通过控制箱内设计的按钮直接控制。如果控制方式为远程时,指令是由监控中心发出来,当PLC接收传送来的信号后,就通过输出端口来控制智能驱动装置,从而使阀门动作起来。该监控系统还需要一些软件,这些软件主要是由两部分组成:一个是PLC端实时测控软件;二个是检测控制中心的测控数据实时处理软件。

摘要：纵观以往的控制系统,多采用的是传统污水系统。传统污水系统大都采用继电器调节来控制,这种方法很容易漂移,而且不能智能化,根本无法保证泵站及时可靠的运行。本文提出并设计了基于PLC远程阀门监控系统。

关键词：污水泵站,PLC,集散控制系统,无线通讯模块

参考文献

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[2]钟肇新,彭侃.可编程控制器原理及应用(第二版)[M].华南理工大学出版社,1999.

[3]杨富强.PLC及无线网络技术在污水收集泵站监控系统中的应用[J].广东自动化与信息工程,2001.

污水泵站电气系统设计 篇2

污水泵站担负着城市污水提升的主要任务。据统计,装机容量为1 000 kW以下的小型污水泵站占很大比例,这些泵站大多采用传统的继电器-接触器控制方式,24 h人工值守,人工记录泵站运行数据,并根据相关数据人工控制各台污水泵的启动和关闭,运行管理成本较高[1]。

将PLC技术应用到污水处理的控制系统中,可简化系统结构,提高系统可靠性,基本上实现污水泵站的无人化管理,从而降低污水泵站的运行成本。因此,笔者采用S7-300 PLC设计了一种污水泵站自动控制系统,采用软启动器带动4台污水泵的方式,实现PLC对污水泵站运行过程的自动控制。

1 系统结构

污水泵站自动控制系统组成如图1所示。该系统采用PLC与外围设备构成,可与上位机通信,上传污水泵站运行数据和接收中央监控室下发的控制命令。其控制核心为PLC,其数字量输入模块采集污水泵站的运行工况,如泵运行/停止、闸门全开/全关等信号;数字量输出模块输出控制命令,如泵启动/停止、闸门开/关等信号;模拟量输入模块则采集液位和流量等数据,作为污水泵运行控制依据。

2 污水泵站工艺流程及控制原理

城市生活污水通过市政收集管网流向各个污水泵站,污水管排放污水到粗格栅池。污水经粗格栅过滤杂物后流入集水池。污水泵根据集水池液位高低而投入运行,将污水抽倒进细格栅池,污水经细格栅过滤杂物后进入砂水分离器,污水经砂水分离后进入沉淀池[2,3]。整个工艺流程如图2所示。

目前一些小型污水泵站自动控制系统对污水泵电动机采用直接启动和停车方式,这会引起电动机转矩突变而导致水流冲击和电流冲击,造成污水泵系统产生喘振和噪声,甚至使管道和阀门破裂,并影响传动机械的使用寿命。采用变频技术可实现电动机的软启动、软停车,但由于变频器价格昂贵,因此,采用软启动器带动4台污水泵的方式,也就是一拖四的方式,实现PLC对污水泵运行过程的自动控制功能。其原理如图3所示。

QF100-隔离空气开关;QF121-带短路、热脱扣保护的空气开关

集水池安装超声波液位计,用以测量污水水位,并将水位信息实时传输到PLC及上位机进行分析,根据测量值启动相应的控制程序,以自动控制污水泵的运行组合。在污水管道安置超声波流量计,实时测量流入污水泵站的污水流量,这样可以根据来水量准确及时地调整污水泵运行状态,降低设备疲劳程度。

3 系统硬件设计

3.1 硬件控制方案

(1) 4台污水泵由1台软启动器采用一拖四的方式控制,以节约设备投资费用。污水泵和格栅除污机可单独启/停,又可联动。控制方式分为2种:手动控制通过现场操作箱实现;自动控制由PLC实现。手动控制级别最高。污水泵、格栅除污机的现场信号接PLC输入端子,控制信号接PLC输出端子[4]。

(2) 通过检测粗格栅前污水管道流量以及集水池液位,PLC根据检测结果决定启动污水泵的个数,以保证系统自动正常的运行。

(3) 上位机监控管理画面显示现场设备模拟效果图,可由鼠标点击相应的图标操作相应的设备。

(4) 现场操作箱和上位机监控管理画面均设有紧急停止按钮。若不解除紧急停止状态,则系统不能运行。

3.2 硬件配置方案

(1) 4台污水泵(电动机:37 kW,380 V;1台软启动器,一拖四单向运行),2台格栅除污机(电动机:4 kW,380 kV,不调速,单向运行),采用PLC控制直接启动方式;线路布置:空气开关+接触器+电动机,空气开关带热脱扣和短路保护。

(2) 控制器采用SIEMENS S7-300 PLC[5,6],配有1个电源模块(10 A)、1个CPU模块(S7-314)、1个IN32点模块、1个IN16点模块、1个OUT32点模块、1个8路AI模块、1块5611通信板卡、1条通信电缆。

(3) 1台超声波流量计,型号为JCW-1,测量管径为0.025～3 m,流速为0.3～6 m/s,非接触测量输出为4～20 mA,具有RS232通信接口,可显示瞬时流量、累计流量、流速。

1台超声波液位计,型号为 AS40,测量范围为0.5～12 m,测量精度为±0.3%(±1 cm);测量周期为1～30 次/s(可调),具有4位LED显示,报警输出NPN、4～20 mA电流输出、具有RS232C(9 600 bit/s)通信接口。

(4) 上位机内置力控组态软件作为上位机监控管理软件。

(5) 1个操作控制台,包括按钮、转换开关、指示灯。

(6) 1个控制柜,其内置空气开关、PLC、继电器排等器件,面板设置电源按钮、转换开关、指示灯。

3.3 PLC配置方案

S7-300 PLC的具体配置如表1所示。

4 系统软件设计

4.1 软件模块

整个系统主要由系统检测模块、格栅除污机的运行处理模块、污水泵运行处理模块、数据处理和人机界面处理模块组成。

(1) 系统检测模块:

实现系统检测和所有输入信号(各电动机工况状态、污水管流量、集水井液位等)的处理功能,并根据具体情况做出不同响应。

(2) 格栅除污机的运行处理模块:

污水泵站设有2台格栅除污机,系统对其运行工况进行监控。根据格栅除污机信号状态点亮或熄灭指示灯、故障报警。手动控制模式下可人工控制排污,自动控制模式下采用定时方式实施自动排污。

(3) 污水泵的运行处理模块:

根据污水泵信号状态点亮或熄灭有关指示灯、故障报警。操作面板对每台污水泵设置各自的状态指示灯、手动操作按钮和选择开关。当设置手动时可实施手动操作,在自动时则允许该污水泵进入系统自动运行组态。污水泵的启动和停止要根据集水井液位值延时依次投入和退出。

(4) 数据处理和人机界面处理模块:

① 数据统计:泵运行时间累计、泵站污水量累计、用电量累计;② 数据设置:液位差值、污水流量、液位值、污水量、电力参数;③ 人机界面:力控组态软件作为上位机监控管理软件,通过通信接口与PLC连接,以便PLC实施监控[7,8,9]等。

系统整体控制流程如图4所示。

4.2 监控模块

上位机监控界面如图5所示。

5 结语

该污水泵站自动控制系统采用一拖四的方式实现了1台软启动器控制污水泵站4台污水泵的启停,保证了设备运行的稳定性,节约了设备投资费用。系统中PLC能够根据格栅池的液位高低数据自动决定启动污水泵的个数;并对污水管道流量与污水池液位高度进行实时数据采集,以确保系统及时作出控制反应,达到污水泵站良好的控制效果。

该污水泵站自动控制系统已在唐山森博自动化仪表有限公司使用,结果表明该系统设计合理,控制性能稳定。

摘要：针对目前污水泵站采用的继电器-接触器控制方式运行管理成本高的问题,提出了一种以S7-300 PLC为核心的污水泵站自动控制系统的设计方案,介绍了系统的组成及控制原理,阐述了系统的软、硬件设计。该系统采用PLC控制1台软启动器拖动4台电动机的方式,消除了直接启动对电动机带来的影响;可根据不同情况自动选择最合理的运行状态,同时可与上位机通信,以上传数据和接收控制命令。实际应用结果表明,该系统运行稳定,提高了污水泵站的净水效率。

关键词：污水泵站,自动控制,软启动,一拖四,PLC

参考文献

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[5]汪志锋.可编程序控制器原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

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[8]熊幸明,张文希.PLC控制系统可靠性设计的研究[J].煤矿机电,2004(3):13-16.

谈污水泵站设计要点 篇3

本工程位于固安工业区富达路西侧, 引清干渠北侧, 主要功能是对引清干渠北侧由东向西敷设的d1 000污水管道的水头进行提升。依据《片区污水排除专项规划》, 新建污水提升泵站规模为3. 5万m3/ d ( 小 ( 2) 型) , 泵站等级为Ⅴ级。

2工艺流程

d1 000钢混凝土进水管 → 闸门 → 格栅间 → 一体式泵房 → DN800出水钢管→消能池→d1 000钢混凝土出水管。

富达路规划d1 000污水管道首先经过进水总闸门, 再进入回转式尼龙耙齿机械格栅 ( 栅宽2 000 mm、格栅间隙40 mm) 。经机械格栅后, 污水进入一体式泵房。一体式泵房内设有3台潜水排污泵 ( 2用1备) 。每台泵DN350出水管设止回阀、闸阀, 出泵房后合并为1根DN800钢管至室外消能池, 经消能池转换为d1 000钢筋混凝土出水管至下游污水管道。

3泵站主要构筑物的设计

3. 1闸门及事故排出口

d1 000污水进水总管在进入格栅间前设置手电动两用铸铁圆形闸门及事故排出管, 便于集水池和泵房的检修。事故排水管向南直接引入引清干渠, 事故口需征得相关水务部门批准后方可实施。

3. 2格栅

格栅用途为拦截污水中较大的漂浮物及杂质, 起到净化水质、 保护水泵叶轮和管配件, 避免堵塞或磨损, 保证水泵的正常运行。

3. 2. 1格栅设计要求

1) 格栅通过设计流量时的流速一般采用0. 6 m / s ~ 1. 0 m / s; 格栅前管道内的流速可选用0. 6 m/s ~ 0. 8 m/s; 栅后到集水池的流速可选用0. 5 m/s ~ 0. 7 m/s。2) 栅条间隙: 按照水泵类型及进口口径D, 应小于水泵叶片间隙。一般轴流泵小于D/20, 混流泵和离心泵小于D/30, 最小间隙50 mm。3) 格栅倾斜角度: 人工清除格栅倾斜安装角度为30° ~ 60°, 机械清除格栅倾斜安装角度为60° ~ 90°。每日清渣量大于0. 2 m3, 为减少工人劳动强度, 改善卫生条件, 选取机械格栅。

3. 2. 2格栅选取

目前机械格栅分为链条式、移动式、回转式及钢丝绳牵引式等, 各种格栅的优缺点比较详见表1, 最终选取ZGC旋转式机械格栅, 栅宽B = 2 000 mm, 渠宽2 100 mm, 栅间隙50 mm, 渠深6. 29 m, 尼龙耙齿。设置1台机械格栅, 且不进行备用, 在一体化泵站进口处增设人工清除提篮格栅作为机械格栅的备用。

3. 2. 3格栅间构筑物

格栅间长7. 8 m, 宽2. 9 m, 高3. 5 m, 结构型式为半地下式。 地下部分为钢筋混凝土结构, 地上部分为有顶无墙的棚体结构, 屋面采用复合彩钢板不上人屋面板。结构安全等级为二级, 设计使用年限为50年, 抗震烈度为7度 ( 0. 15g) , 设计地震分组为第二组, 抗震设防类别为丙类, 抗震等级为四级, 场地类别为Ⅲ类。

3. 3集水池

3. 3. 1集水池容积

集水池的容积可以调蓄变化的进水量, 提供水泵机组稳定运行的条件。其布置应满足调蓄容积和水泵吸水管安装的工艺要求, 且集水池容积要满足水工布置, 安装格栅、安装水泵吸水管的要求, 而且在满足将污水抽走的基础上, 避免水泵启闭过于频繁。

集水池一般包含死水容积和有效容积两部分。死水容积是最低水位以下的容积, 主要由水泵吸水管的安装条件决定。有效容积一般采用不小于最大一台水泵5 min的出水量的体积。

3. 3. 2集水池水位

最高水位: 在正常运行中, 进水达到设计流量时, 集水池中的水位。污水泵站集水池最高水位应与进水管充满度相平。最低水位: 最低水位取决于不同类型水泵的吸水喇叭口的安装条件及叶轮的淹没深度。集水池的设计最低水位, 应满足所选水泵吸水头的要求。自灌式泵房尚应满足水泵叶轮浸没深度的要求。确定的最低水位应该同时满足不高于按照集水池最高水位和集水池有效容积推算的最低水位。集水池有效水深: 最高水位和最低水位之间的水深。

3. 3. 3集水池的布置

1) 应采用正向进水。当进水来自不同方向时, 应在站前交汇, 再进入集水池。2) 进入集水池的水流要平缓地流向各台水泵, 进水扩散角不宜大于45°, 流速变化要求均匀, 防止出现旋流、 回流。3) 集水池进水管管底与格栅底边的落差不得小于0. 5 m。 4) 集水池池底应设积水坑, 倾向坑的坡度不宜小于10% 。

3. 4泵房

3. 4. 1泵房的形式选择

1) 圆形泵房和矩形泵房。a. 圆形泵房: 圆形泵房适用于中、 小型规模, 水泵台数不宜超过4台。优点是结构受力条件好, 便于施工, 工程造价低, 泵启动方便, 易根据水位实现自动操作。缺点是机组布置困难, 泵房很深时, 维修不便, 且电机易受潮。b. 矩形泵房: 优点是机组易于布置, 启动简单, 易实现自动操作, 电机不易受潮。缺点是机组安装技术要求较高, 特别是泵房较深, 传动轴较长, 需设置中间轴承及固定支架, 造价高。考虑污水泵站规模较小, 水泵台数不超4台, 采用圆形泵房。

2) 自灌式和非自灌式泵房。a. 自灌式泵房: 水泵叶轮或泵轴在集水池最低水位之下。优点是启动及时可靠, 操作简单。缺点是泵房较深, 造价较高。b. 非自灌式泵房: 水泵泵轴在集水池最高水位之上。优点是泵房深度较浅, 室内干燥, 卫生条件好, 利于通风和采光。缺点是水泵不能直接启动, 需采用引水设备, 不适用于水泵频启情况。污水来水量变化较大, 为了减小集水池容积, 污水泵组需频繁开启, 采用自灌式泵房。

3) 半地下式泵房和全地下式泵房。a. 半地下式泵房: 泵房的机器间包括地上及地下两部分, 称为半地下式泵房。b. 全地下式泵房: 地面以上没有厂房, 水泵、电机机组全部封闭在地面以下的成为全地下式泵房。污水泵房一般采用全地下式泵房。

4) 合建式泵房和分建式泵房。a. 合建式泵房: 机器间与集水池合建在一座构筑物里, 或上、下设置。合建式泵房还可以将进水闸井、格栅井、集水池、机器间、出水池等部分或全部合建在一座主体构筑物里面, 使得布置更加紧凑合理。合建式泵房的优点是布置紧凑、占地少、水头损失小、管理方便。缺点是施工困难。 b. 分建式泵房: 机器间和集水池分建为两个独立的构筑物。适用于土质较差, 地下水位较高场所。分建式泵房的主要优点是结构上处理比合建式简单, 施工较方便, 机器间也没有被污水渗透和被污水淹没的危险。污水泵房考虑进水条件及水力因素, 采用合建式泵房。

5) 干式泵房和湿式泵房。a. 干式泵房: 集水池和机器间用隔墙分开。只有水泵的吸水管和叶轮淹没在水中, 机器间才能保持干燥, 有利于对水泵的检修和维护, 同时也避免了污水的污染。 优点是养护、管理条件好, 电机运行条件好, 卫生条件好。缺点是结构复杂, 造价高。b. 湿式泵房: 电动机层下面是集水池。水泵及管件淹没在集水池的水位以下。优点是结构简单, 造价低, 集水池有效容积的范围大。缺点是养护管理条件差, 泵站较潮湿, 且有臭味, 设备直接受污水腐蚀。考虑污水泵站中水泵为间歇式使用, 多采用潜水泵, 有利于水泵的保养及使用周期。由于潜水泵的电动机、水泵特有的潜水功能, 采用湿式泵房。综上所述, 污水泵站设计采用圆形、自灌、全地下、合建、湿式泵房。

3. 4. 2水泵的选型

1) 水泵流量计算。d1 000进水管h / D = 0. 57, i = 0. 000 8, V = 0. 86 m / s, 污水的设计流量为Q = 0. 4 m3/ s。

2) 水泵扬程的计算。最低扬程 ( m) = ( 最小流量出水管高程- 集水池最高水位) + 管路系统水头损失+ 安全水头1 m ~ 2 m。 设计扬程 ( m) = ( 设计平均流量出水管高程- 集水池设计水位) 管路系统水头损失+ 安全水头1 m ~ 2 m。最高扬程 ( m) = ( 设计最大流量出水管高程- 集水池最低水位) + 管路系统水头损失+ 安全水头1 m ~ 2 m。

根据上述计算, 选潜水混流泵3台 ( 2用1备) , 单泵流量Q = 0. 2 m3/ s、扬程H = 8. 5 m、功率N = 28 k W。

3. 4. 3泵房构筑物

圆形、自灌、湿式、全地下、合建式污水泵房构筑物分为传统土泵房和一体化泵房, 共计2种型式。

1) 传统泵房。传统泵房可采用开槽或沉井方式施工, 泵房结构为现浇钢筋混凝土结构。

2) 一体化泵房。一体化污水泵房由复合缠绕玻璃钢桶体为主体, 内设水泵、管路、阀门、楼梯、维修平台等, 根据用户需求还可在进水管道后加设提篮粉碎型格栅, 筒体上设有玻璃钢顶盖, 是把所有设备及仪表集成在一起的成套设备。

一体化泵房较传统泵房占地小, 操作简单, 维修、管理方便, 玻璃钢筒体防腐性能好, 易与周边环境协调, 对周边环境影响小, 施工简单, 施工周期短; 但是筒体直径不宜大于4 m, 埋深较大, 不适用于规模较大的泵房, 目前宜采用最大一体化泵站的规模在4万m3/ d。

经上述比较, 泵房结构型式采用地下一体式泵房, 钢筋混凝土底座, 玻璃钢材质井筒, 直径3. 8 m, 筒深10. 095 m。

4结论

污水泵站内设闸门、格栅间、一体化污水泵房、高低压配电室及值班室等。污水泵站长20 m, 宽16 m, 总占地面积320 m2 ( 见图1) 。

泵站等级为Ⅴ级, 主要、次要永久性建筑物级别均为5级, 防洪设计标准为10年重现期, 校核为30年重现期, 站内室外地坪标高= 设计洪水位+ 0. 5 m, 即为19. 24 m; 泵房室内标高= 室外地坪标高+ 0. 3 m, 即为19. 54 m。

5系统运行过程

5.1正常工况

进水经机械格栅进入一体化泵房集水池, 然后经潜水泵提升后进入d1 000压力输送管。机械格栅根据栅前、后液位差值信号自动开、停。其工况可由两种方式确定: 1) 时间间隔设定, 可以根据不同季节或水质状况予以调整; 2) 液位差值设定, 可根据格栅前后液位差值进行控制, 0 mm ~ 200 mm可调。一体化泵房内设置3台泵须循环使用, 不得长期使用1台泵, 以避免备用泵经常不开零件老化损坏; 同时潜水泵的开停根据集水池水位予以控制, 高液位13. 80开泵、低液位10. 38停泵。累计工作时间最短的泵优先开启。集水池液位低于10. 38 m时, 水泵低液位保护停泵; 集水池报警水位为14. 35 m。

5. 2检修

格栅间19. 44 m平台设计活荷载为1 t/m2, 机械格栅电机、耙齿检修一般可在此地面操作, 当需要清淤或检修渠道内格栅框架时, 可将格栅间进水闸门关闭, 将渠道内水抽干。潜水泵检修、更换可不停水提升用车运送至室外场地检修。

6建议

对于选取一体化泵房提出以下建议。

6. 1扩大使用范围

一体化泵房仅适用于规模较小的泵站, 原因在于:集水池容积较小水泵频繁启动, 导致水泵无法正常运转。国内、外水泵性能相差甚远, 每小时启停泵次数远低于国外水泵启停次数;而一体化泵站的适用主要局限于集水池有效容积较小, 规模较大的污水泵房将不满足最大一台污水泵5 min出水量的体积。

一体化泵站若用于大规模泵站, 需考虑以下两部分:

1) 提高水泵的性能参数, 允许水泵频繁启动, 不能局限在每台水泵每小时启动次数不超过6次要求;2) 筒体建议选取其他材料, 加大横向占地面积, 减小埋深, 增加集水池有效容积。

6. 2水泵选取

一体化泵房底部未设置集水坑, 宜选取带自冲洗功能的水泵, 防止底部积泥, 堵塞水泵。

6. 3通风设置

地下式一体化泵房自然通风不满足通风需求, 建议设置机械排风系统, 排除有害气体、泵房内余热、余湿, 以保证操作人员的生命安全。

参考文献

[1]北京市市政工程设计研究总院.给水排水设计手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]GB 50014—2006, 排水设计规范[S].

[3]GB 50265—2010, 泵站设计规范[S].

污水泵站电气系统设计 篇4

1 污水处理厂无人值守泵站现状及改造的目的

阿拉尔市从建市之初就对排水管道进行了规划设计, 并从2001年开始逐步进行排水管网和污水提升泵站的建设。现阿拉尔市区及1号工业园区已建成污水提升泵站6座。主要分布情况:1号污水提升泵站位于金银川路与胜利大道交汇处, 2号污水泵站位于大学路与胜利大道交汇处, 3号污水提升泵站虹桥路与军垦大道交汇处, 4号污水泵站幸福路与南泥湾大道交汇处, 5、6号污水泵站位于1号工业园区。为了保证水压和处理效果, 对目前的这6个泵站进行维护和改造, 以提升泵站的安全性, 提升泵站的工作效率, 减少人工的作业强度。经研究, 污水处理厂决定对这6座泵站进行改造, 通过泵站的系统控制, 泵站的各种设备, 水流、压力等指标实时的反馈到指挥中心, 从而实现远程监控, 从而可以使得泵站的工作人员可以根据自动化系统进行有的放矢的工作, 进而实现增效的目的。污水的集中收集处理对改善城市生活质量, 保护塔里木河的生态环境, 促进水资源的循环及可持续利用具有重要意义。

2 泵站自动化技术改造思路

2.1 污水处理厂提升泵无人值守系统的组成

提升泵无人值守系统整体分为两个部分:一部分是一个具有远程控制功能的系统, 这个系统中主要包含:PLC主控模块、电源模块、开关量输入输出模块、现场仪表、监控设备等辅助设施;另一部分是远程监控系统, 远程监控系统顾名思义就是由摄像头、硬盘机、显示器和网络设施等组成的监控组件。这两个系统合起来就组成了泵站无人值守的自动控制系统。

2.2 泵站无人值守系统的功能

通过泵站无人值守系统可以实现对各种数据的采集、监测和有效控制。具体功能如下:第一, 通过泵站无人值守系统可以对泵站中加压泵的污水的水位以及水压, 水的流量等进行监测;第二, 可以有效的监测泵站中加压泵工作组的工作状态, 以及工作电压、工作模式等;第三, 远程切换水泵的控制模式, 远程控制加压泵组水泵的启停;第四, 通过光纤网络接通可以在指挥中心实时监控泵站的全貌, 并且所以监控视频都可以重新播放。第五, 泵站中出现特殊情况, 例如电压、电流超标, 水位超限等危机情况时, 就会做出声光报警;第六, 泵站无人值守系统可以对采集的各种信息进行存储和查询;第七, 通过泵站无人值守系统可以生产各种数据表和曲线, 以便做出比对。

2.3 改造后的控制方式

污水处理厂泵站在改造之前, 六个泵站在操作上不统一, 很多泵站都需要泵站的工人进行人力操作。有些泵站比较落后, 没有恒压变频控制系统, 这就需要泵站的工作人员根据泵站中污水的流量和压力来手工进行调节, 以便获得较好的压力和流量, 有些泵站虽然比较先进做了恒压变频控制, 但是也是针对不同时段进行触摸变压设置, 相当于无人值守系统依然比较落后, 有的泵站根本没有变压系统, 只是根据泵机中的阀门赖调节压力, 有一两个泵站, 利用触摸屏和变频器通信, 来进行压力的恒压控制。

对泵站进行改造后, 各个泵站进行了统一模式的控制。这样无人值守系统在信息采集的时候才能统一有效。保留手动状态, 可以通过电位器调节变频器的频率来调节污水压力。泵站无人值守远程控制模式, 主要有两种形式, 一个是远程人工控制, 可以在人为的操作下在不同时间段内设置目标压力, 以满足污水调度要求;一个是在远程自动控制, 就是根据不同时间压力的需要设置好压力指标, 这样泵站无人值守系统就可以根据预先设置好的压力指标来对泵站进行自动化调节, 从而真正实现全自动运行。

3 改造中的问题和解决方法

3.1 设备陈旧老化

泵站有些设备老化, 有些设备磨损过重, 有些电器件也需要更新。针对这些情况, 在改造时充分考虑可持续发展的需要, 对泵站进行维修、保养和更新换代。对于需要更换的电子元器件及时的更换, 并将泵站的手动阀门全部更换为电动阀门, 从而可以接入无人值守系统运行。

3.2 网络、通信协议不统一

改造前, 有些泵站有变频控制系统, 但是变频控制器的产品型号不同, 这就造成通信不统一, 不利于统一管理, 也给改造带来了极大的困难。为此, 针对当前的情况, 经过研究决定统一改为TCP/IP模式来进行通信传输。

3.3 技术人员技能的改进

污水提升泵站无人值守系统都是由指挥中心的人员进行操作, 如果遇到故障, 调度员如果不能进行正确的判断和处理, 必将使得系统恢复延长, 从而带来巨大损失。为此, 针对此情况, 对指挥中心的人员和调度人员进行技术培训, 不断提升技能, 让其掌握排除各种故障的能力。

结语

经过一年多的时间, 对阿拉尔市内的6座泵站先后进行了泵站无人值守系统的改造。从而实现了调度中心可以通过远程监控来对各个泵站进行实时管理, 从而有效减少了工人们的工作量, 提高了泵站的工作效率。泵站无人值守是污水处理厂发展的趋势, 阿拉尔市污水处理厂泵站无人值守改造工程实现后, 取得了良好的效果, 使得泵站的运行、管理和控制更加的准确, 也为其他污水处理厂泵站改造提供了可参考的经验。

摘要：针对城市污水处理厂提升泵站目前的落后现状, 为提升工作效率, 根据实际情况对提升泵自动化系统进行改造, 改造后, 有效的降低了事故的发生率, 节约了人力, 保护了设备, 从而使得整个系统可以安全稳定的运行。

关键词：污水处理厂,泵站,自动控制系统,改造

参考文献

[1]蔡芝斌, 张志峰, 奚晓东, 宋华龙.污水处理厂水泵应用与节能改造[J].环境科学与管理, 2006, 02.

[2]罗学东.PAC技术及其在泵站自动化中的应用[J].城镇供水, 2010 (05) .

污水泵站电气系统设计 篇5

某市一污水泵站是该市污水处理的主要泵站之一,主要用于提升城市污水的高度,以便流向下一级泵站,完成污水的输送。该泵站共有6台污水泵,其中5用1备,2台变频器,每台变频器可以在2台泵之间切换使用。其中1#和4#泵为定速泵,第一台变频器可以切换控制2#或3#泵的转速,第二台变频器可以切换控制5#或6#泵的转速。污水泵为立式蜗壳混流泵,泵的额定功率为1600kW,额定流量为7.5m3/s,额定扬程为13.5m。污水泵设置于前池和高位井之间,每台污水泵使用一条单独的输送管路将污水由前池输送至高位井。泵站的设计污水流量为:雨季高峰 流量31.28 m3/s,旱季低峰 流量6.1m3/s,即泵站的来水流量Qe将在6.1~35m3/s之间变化。

2泵站运行模式建模

目前泵站根据来水流量控制水泵的启停,而且优先启动变速泵,一定程度上可以降低水泵的能耗。但是目前的运行控制方式未对泵的启动数量进行最优化的计算,不能根据来水流量的变化使泵尽可能地运行在较高效率区,令水泵机组总的轴功率降低,从而使泵站的综合能耗尽可能最低。采用最小轴功率法建模,即以轴功率最小为目标函数的最优解。

目标函数为:

约束条件为:

式中,m为泵站水泵最大运行台数;ωi为决策变量,取0或1;Pi为i#泵的功率(kW);He为管路所需扬程(m);Hi为i#泵的扬程(m);ΔH为前池与高位井的液位差(m);ΔHmin为前池与高位井最小液位差(m);ΔHmax为前池与高位井最大液位差(m);S为管路阻抗(Pa/m3·h);Qe为来水流量(m3/s),可根据前池液位的变化率进行计算;Qi为i#泵的流量(m3/s);A为前池液面表面积(m2);dh/dt为前池液位变化率(m/s),可由前池超声波液位计测得。

由于各台泵相同且管路布置相同,因此我们假设各台泵的管路特性曲线近似为同一条曲线,当然在具体测量后,若发现不同,则按各自的管路特性曲线进行分析。

为了减少管路特性曲线因液位差变化频繁引起的震荡,减小自动控制的难度,可将管路特性曲线分为数档,例如将ΔH每隔一定区间分为一档。由于管路阻抗S可以计算出来,并为固定值,所以ΔH一旦确定,其管路特性曲线随之确定。因此由测得的液位差,选择液位差的区间,并令该管路特性曲线为区间对应的曲线。即可取ΔHmin≤ΔH≤ΔHmax的范围为某个区间。

3泵站节能运行方案

当泵运行在不同转速时,对应的有一条Q—η曲线,假设取最大效率值ηmax的90%作为高效区(高效区的范围可根据具体情况设定),则每一条曲线上都有一段高效区,运用做图法,可以得出各个转速条件下的高效区(Q1,Q2)。

如图1所示,当泵运行在额定转速时,所对应的高效区为AB段;当泵运行在额定转速的60%时,所对应的高效区为CD段;同理,其他各个转速条件下对应的高效区也可依次做出。现将高效区左右两端分别连接,得到高效区域的范围ABCD。运行时,应尽量使泵运行在该高效区域内。

对于多台泵同时运行,主要考虑使总的轴功率尽可能小,在满足流量的前提下,总的轴功率应控制在一个相对比较小的范围内。

3.1单台泵的运行情况

首先,设定第一台泵的启动液位,水泵编号i=1~6,其中2#、3#、5#、6#泵为变频泵。

当来水流量为Qe,当液位上升到其启动液位时,变频泵启动,出于降低启动电流的考虑,将转速调至额定转速60%的速度启动运行。取编号i=2,即启动2#泵。

此时,可以计算出2#泵所在管路2的特性曲线:He=ΔH+SQ2。做出来水流量Qe与管路2特性曲线的交点E,便能得出E点对应转速nQe,然后再查对应的效率ηQe。依此判断如果按此时的来水流量Qe将2#泵的流量调到与来水流量相等,即令Q2=Qe,此时看2#泵是否能运行在高效区内。若不能运行在高效区内,则不能将2#泵的流量Q2调节到Q2=Qe,此时调节2#泵的转速使其运行在高效区内的最小轴功率处,则必然导致Q2Qe。然后需要针对上述各种情况进行相应处理。

(1)如果E点已经处于高效区内,则可将2#泵的转速调至E点所对应的转速nQe,即使2#泵的实际流量Q2等于来水流量Qe,并使2#泵稳定运行即可。如图1所示,E处于高效区的情况。

(2)如果E点处于高效区外,则不宜将2#泵的流量Q2调节到Q2=Qe,而应将2#泵的流量向高效区方向调节,使泵处于高效区运行。

(3)E点不在高效区,且2#泵的管路特性曲线与高效区无交点。即此时无论怎样调节,都无法使泵处于高效区。

3.2两台变频泵运行时的情况

当将2#泵的流量调节到高效区后,其实际转速n

此时,可以绘制出5#泵Q—H曲线与管路特性曲线He=ΔH+SQ2的交点H,H即此时泵的稳定运行点,流量为Q5。如图2所示,2#泵调速后的稳定运行点为F点(F点已在高效区),F对应转速n2,Qe与管路特性曲线5相交于G点。接下来可能出现如下情况:

(1)若能将两台变频泵的流量点分别调节至高效区范围内,且能符合。则可通过计算最终确定两台变频泵的最佳流量点。

已知i=2和5,两台变频泵的管路特性曲线同为和Q5与管路特性曲线的交点必须处于高效区,且功率为流量的函数:),由这些约束条件可计算出轴功率之和最小时的Q2和Q5。分别将2#和5#泵调速至Q2和Q5对应的转速n2、n5下运行,此时耗功相对最小。

(2)如果在高效区内无法满足Q2+Q5=Qe。

1)若两泵在高效区范围内,Q2+Q5>Qe,而单开一台泵时的流量Q又小于来水流量Qe。

即如果两台泵都调至高效区内的最低转速,其流量和最小时,仍有Q2+Q5>Qe。此时,会使前池液位下降,达到停泵液位。之后由于一台泵的流量又满足不了来水流量,又会使液位上升至第二台泵的启动液位,很容易造成泵的频繁启停。

对于这种高效区内一台泵不能满足来水流量要求,两台泵在高效区内的流量和最小的流量又大于来水流量的情况,从安全和满足流量的要求出发,可以采取只启动一台泵,使单台泵的流量Q=Qe;也可以启动两台泵使∑Q=Qe;此时采取最小轴功率法,计算出哪种模式耗功相对较小,并调节频率到各台泵所需流量对应的转速。

2)若在高效区范围内,两台泵在高效区内的流量无论怎样组合仍有Q2+Q5

此时,对于两台变频泵可以通过最小轴功率法,计算出在高效区内各自的流量,并将各自的转速调节至与各自高效区内各自的流量对应的转速。由于此时的来水流量大于两台泵的流量总和,液位将会逐步上升,直至第三台泵的启动液位。

由上述分析可知,通过计算,在满足泵运行在高效区范围内的情况下,尽可能使泵的总功率最小,从而可以将泵调速到最佳的转速,这种运行过程处于相对节能状态。

3.3多台泵的运行情况

同理,当3台泵、4台泵、5台泵启动运行时,按照上述满足泵站安全和流量要求的前提下,采取变频泵高效区运行,总的轴功率最小的方法作为控制的理论基础对泵站的运行进行控制调节。

4结语

泵站是城市给排水系统的主要组成部分,是工业用电中的高耗能设备。本文对某污水泵站进行了节能运行控制方案的分析讨论,基于泵站现有条件,在满足安全运行和排污要求的前提下,尽可能使泵运行在高效工作区域内,实现整个泵站总的轴功率相对最小,达到节能的目的。

摘要：为某污水泵站设计了节能运行控制方案,采用最小轴功率法进行建模,对单台泵和两台变频泵运行的情况进行分析,给出基于泵站现有条件实现整个泵站总的轴功率相对最小的控制方案,达到节能的目的。

污水泵站电气系统设计 篇6

由于我国城市化速度的加快，雨、污水处理量也飞速增加，生活污水、工业废水、部分雨水等很容易与各种垃圾混合在一起，导致污泥的量也快速增加。虽经清疏养护，清除大部分的淤积，但仍有部分淤泥是最终沉积在污水泵站内的，使得污水泵站的排污能力大大降低，如果遇突发大的降雨时易形成城市内涝。泵站通过水泵来实现集水池污水排送，而集水池内积少成多的沉淀淤泥会占据集水池大量空间，减少储水量，堵塞排污泵正常的排送通道，从而影响泵站的运作效果。每年泵站都要进行一两次的污泥清理。污水集水池，有封盖，内部有毒气体甚多、沼气、硫化氢，二氧化硫、一氧化碳等有害气体，定期下池清理是一项非常危险的工作。易造成人员伤亡的事故，且工作效率低。因此开发设计的无人驾驶远程操控的清污工程车，有效对泵站内淤泥进行高效清理。

1 清污工程车整体设计

如图1所示为污泥清污工程车标示分析图，清污工程车包括六个系统，即驱动系统、视频探测系统、障碍物探测系统、清理污泥输送系统、设备冷却系统、工作环境气体检测系统。

1.1 驱动系统，后驱履带式液压驱动车体，采用小型履带底盘，使车身适应狭小环境行走。360度旋任意旋转机身，清淤范围大等特点。

1.2 视频探测系统，车体前后各有红外摄像机，在适合水下照灯的强光下探明水下、水上及周边环境情况，并将图像传送至总控制台。给操作者提供实时信息。

1.3 障碍物探测系统因为泵站内环境的复杂，在工程车前后左右分别设置有四个向外斜延伸并突出于履带之外的障碍物探测装置，并将各障碍物距车的距离传送到操控台，操控人员在视频监控装置和测距设施协助下做出正确判断，以采取相应的操作动作。

为保证工程车有良好的视野，车体壳涂覆超强亲水自洁功能亲水型纳米材料。在壳顶部固有喷淋装置，可有效保持视窗及车体表面的光洁，提高可见度。

1.4 清理污泥输送系统，污泥清理装置由高压清污枪、排污泵及排污管道组成，高压清污枪经高压管路与设置在地面之上的高压清污泵相连通。具有70Mpa的泵压和大仰角及旋转功能的清污枪，可对大范围的污泥进行高压喷射、挖掘。同时借助无堵塞液压排污泵，将污泥水以管道的形式排出。排污泵可根据污水液面高低进行伸缩调整，即不影响车的行走又可将低水位污水吸得干净。

1.5 设备冷却系统，因为液压驱动系统设置在密闭的空间内，为提高其散热效果，在密封罩、油箱、液压油泵及防爆电机外部均设置有水夹套结构，同时在高压水枪供水管上设置有三通阀和减压阀，分出一支路，经减压管道将油箱、液压泵、防爆电机和密封罩的水夹套串联起来，形成一条冷却水通路系统；然后在密封罩的冷却水出水口再次接入高压水管路，在高压水枪工作过程中，冷却水随高压水混合从水枪射出。完成热交换，可以有效带走其工作产生的热量，防止过热产生的意外。

1.6 环境气体检测系统，为增强对泵站内气体的分析能力，工程车的顶部设置有五个气体检测装置，分别是H2S气体传感器，HCL气体传感器，CH4气体传感器，O2气体传感器，CO传感器，通过传感信号将探测到气体回传到控制车上。为深层次气体开发研究提供数据。

2 清污工程车硬件结构

2.1 系统硬件设备

2.1.1 后驱履带

底盘采用履带式全刚性船型结构，强度高，接地比压低，通过性好，对污泥泵站内有很好的适应性。操纵系统选用进口的伺服先导操作系统，操纵轻便，控制准确，可实现无极行走速度。

2.1.2 红外摄像机

选用红外一体化摄像机，与传统摄像机相比，红外一体机体积小巧、美观，在安装方面比较方便，其电源、视频、控制信号均有直接插口，一体机质量可以得到较好的控制。可以做到良好的防水功能。

2.1.3 测距防撞传感器

选用激光防撞传感器，通过传感器采集传回的信号，计算出车体各方位距离障碍物的距离。

2.1.4 高压水枪、排污泵

高压水枪前加上减压阀控制水枪的压力，能够较好的打碎淤泥，根据实际需要在MCGSE屏上设定工作压力，实现工作恒压工作，排污泵选择WQK/QG带切割式无堵塞潜水排污泵，能把杂物绞碎后，传输到远离有害气体的地面。

2.1.5 液压油泵

柱塞泵容积效率高、泄漏小、可在高压下工作、大多用於大功率液压系统，所以选用这种液压油泵。

2.1.6 气体传感器

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分。在检测CO时，选用非电导型的FET场效应晶体管气体传感器。

2.2 系统通信选择

工程车动力源及视频和状态信号均由同一钢芯辅助电缆集成在一起。一端固定于工程车尾部拖拽同行，另一端与地面控制车相连接。电缆选用防爆等级高的电缆，避免产生火花，引发事故。

2.3 控制软件设计及实现

控制软件采用MCGS组态软件编写，MCGSE (Monitor and Control Generated System for Embeded，嵌入式通用监控系统）是一种用于快速构造和生成嵌入式计算机监控系统的组态软件，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。

MCGS嵌入版组态软件专门应用于嵌入式操作系统，它适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。

根据工艺要求，控制软件界面如图2，通过灰色箭头的闪烁，表示工程车的行驶方向，如同汽车转向灯一样，给操作者提示车当前的行进状态，如前进，左右转，后退。车体履带能够通过程序控制产生动态效果，更加直观。车的行进是通过控制台摇杆控制。

水枪的左右状态，通过图2中的枪左右指示，可以清晰明确的看到水枪是在车体左边还是在车体右边。

水枪的升降状态，通过图2的枪高低指示，清晰的看到水枪当前的状态，能了解枪处于上升状态还是处于下降状态。

污泥泵是可以升降的，图2中污泥泵升降的指示，使使用者能够直观的了解到污泥泵处于车体的上方还是车体的下方。

污泥工程车行进动态指示，图2左下角车行进动态指示，车在前进时，小车从右到左循环前进，如果车静止，小车就会静止在某个位置。

气体浓度状态指示通过气体传感器采集的信号，经过程序处理后显示在触摸屏的右边，指示当前气体所占的百分比。

压力状态指示能够给操作者提供详细的数据。油压是显示当前油压泵的压力，能够指示其工作状态，水压指示水枪此时的压力，通过状态表的参数设定可以改变水压的大小。

车报警状态用来指示距离障碍物的远近，当周围没有障碍物时显示无报警，当离障碍物越来越近时，出现红色报警提示，并随着距离的逼近，闪烁越来越快，并发出蜂鸣声，提示操作者要撞到障碍物。

3 结束语

当今清污工程车是社会排污工程的主要利器，由于它的出现才使排污的进度倍增，大大减少了人力。清污工程车投入使用后，彻底清理集水池内的堆积的淤泥，恢复了集水池应有的容积，由于无需人员入池清理作业，把人员伤亡事故率降到了零。另外，清污工程车的研发有利于消除城市内涝的隐患和生态环境的改善，有效维护了生态环境，对实现可持续发展战略具有十分重要的意义。

参考文献

[1]李友善.自动控制原理[M].北京:国防工业出版社, 2002.

[2]邵裕森.过程控制工程[M].北京:机械工业出版社, 2000.