PLC 在提升泵房中的应用

蔡建斌

(上海市自来水市南有限公司，上海 200002)

源江水厂采用的是先沙后碳的深度处理模式。黄浦江原水经过取水泵房取水后，加入高锰酸钾、次氯酸钠、硫酸铵和矾液后，经过臭氧预处理池消毒后，进入平流沉淀池沉淀淤泥，然后进入V型沙滤池过滤后，经提升泵房轴流泵将滤后清水打入碳滤池过滤，最后根据水质情况加入次氯酸钠和硫酸铵进入水库，再通过出水泵房打入管网。

提升泵房有进水管、前池、进水流道及水泵、出水管及出水渠这几大部分组成。进水管直径DN 1 800 mm，布置在前池进水墙的底部，表现为底部出水，然后通过前池扩散，进入流道，提升后至碳滤池。

当水从砂滤池过来后，直接经过提升泵提升至碳滤池。由于滤池的水是波动的，每当冲洗的时候，水量会减少。然而，提升泵的稳定运行，就需要保证提升泵吸水水位的恒定，使其一直工作在高效区，减少汽蚀和震动对泵体造成的损伤。所以，我们提升泵需要PLC来进行PID控制，使得无论滤池的进水多少，保证水泵的吸水水位保持恒定。

1 提升泵房机泵控制方案

1．1 增泵流程

常态运行时，提升泵中一台运行在变频状态(定义为变频泵)，其余各台运行在全频状态(定义为全频泵)。当滤后水进水渠道，水位持续上升，其中的变频泵频率调至全频时(＞47 Hz)，系统将以变频方式启动下一台提升泵，启动频率设为20 Hz，在选择启动泵前，控制系统搜索可选泵的累计运行时间，首选累计运行时间最少的提升泵;随后，继续对进水渠道水位不断采样对比，进入下一程变频调节阶段，直至该变频泵调节至全频运行(＞47 Hz)，再同样方式启动下一台提升泵，以此类推，如图1所示。

图1 变频器逻辑控制图Fig．1 Logic Control Chart of Frequency Transformer

1．2 减泵流程

通过此设计理念，使得5台提升泵在保证运行水位的同时，还可以轮流启动和停止。有效地预防了一台机泵不间断工作的情况。

2 提升泵房的PID设置

PID变频控制流程:变频运行的提升泵采用PID闭环调节控制方式，如图2、图3所示［1］。

变频泵的频率调节采用ControlLogix专用PID指令完成。为及时跟踪进水渠道水位变化过程，PID指令执行周期设定为200 ms。

PID指令参数:

SP—水位控制设定值，单位:m，该工艺参数由操作人员根据工艺要求设定;

图2 PID变频控制流程Fig．2 Process of PID Frequency Conversion

PV—水位控制实测值，单位:m，该工况参数由液位仪反馈给PLC;

E—实测值对设定值的偏差，即:E=PV-SP;

Kp—PID设定的比例增益(P增益);

在江河湖泊设置入河排污口的建设项目，建设单位应当取得县级以上地方人民政府水行政主管部门或者流域管理机构出具的入河排污口设置同意文件。在进行入河排污口设置审批时，应结合废污水产排分析及纳污水域调查成果，分析判断其是否符合清洁生产、达标排放与总量控制、水功能区限排等方面要求。因保留区、缓冲区主要是采用现状污染物入河量作为纳污能力及限排总量，因此在进行入河排污口设置审批时，需削减水功能区内相应的排污量，以满足新增加入河排污量后不会超过限排总量；而开发利用区的纳污能力及限排总量主要是采用模型法进行计算，新增加入河排污量与现有入河排污量的总和不得超过该水功能区限排总量。

Ki—PID设定的积分增益(i增益);

Kd—PID设定的微分增益(d增益)。

用于PID指令的PID方程是一个可以选择独立增益或者相关增益的位置形式方程。本程序采用独立增益方式，其比例、积分、微分只影响各自特定的分项。

图3 PID设置图Fig．3 Diagram of PID Setup

PID方程式:

CV=Kp(E)+Ki∫(E)dt+Kd(PV)/dt+BIAS

其中:

CV—PID控制输出。

BIAS—输出偏置。

Kp、Ki、Kd参数在调试时根据实际工况在PLC的PID指令中设置。

通常，在确定 PID 参数(Kp、Ki、Kd)时要兼顾系统灵敏性和稳定性，因此，对上述分量的设置，都要在现场调试过程中，采用经验的方式和逐步逼近的方式，小心地进行试验，最终得到最佳设定值［2，3］。

3 结论

通过调节提升泵的频率，来达到调节水泵输出功率的目的，进而实现出水流量的控制。这种方法最大的特点是节能，其次是调节精度高，无机械损伤，运行寿命较长。源江水厂提升泵房使用的效果证实了这些特点。

图4记录了实际运行时，提升泵房蓄水池水位控制的趋势曲线(2013年1月1日～2013年4月21日)，从实际记录的趋势曲线看，水位控制相当平稳，基本在3 m附近波动。

图4 提升泵房蓄水池水位趋势曲线Fig．4 Trend Curve of Reservoir Water Level in Pumping Station

该系统自投运以来，运行正常可靠，从未发生蓄水池漫溢事故。

提升泵房由于设计上的缺陷，导致了水流成侧向进水，涡流较大。同时，提升泵房的储水容积又偏小，因此，只要水位一有波动，轻者会引起提升泵的汽蚀与振动，重者便会使得提升泵叶轮折断。通过PLC系统的改造，可以很大程度上缓解设计上的缺陷，保证设备的使用安全。

［1］吴勇．智能仪表在水厂中的应用与管理［J］．中国科技博览．2011，19(30):298-299．

［2］盛宴．论自来水厂中的PLC自控技术的运用［J］．现代商贸工业．2008，20(3):288-289．

［3］王勇，陈晓恂．PLC在水厂真空系统控制中的应用［J］．净水技术，2008，27(5):66-68．