引滦大张庄泵站集水廊道水位自动控制系统应用

　　1 概述

　　引滦工程大张庄泵站于1983年建成并投入使用，泵站整体结构形式为地上一层，地下两层，分别为电机层，检修层，水泵层，泵站设计输水流量30m3/s，设计净扬程4.11m，排涝流量20m3/s，设计净扬程6.01m。选用18CJ-63型立式轴流泵5台，其中3台正常运行，另有2台作为检修和备用。单机流量10.1 m3/s，设计扬程6.3m。配以TL900-24/2150型立式同步电动机5台，单机功率900kW，总功率4500kW。

　　大张庄泵站输水方式共有三种：（1）提升上游输水明渠来水，通过永定新河倒虹吸入新引河，经屈家店闸入北运河再进入海河，以补充天津市海河两岸的工业用水和城市生态用水。（2）如上游暗渠检修，明渠上游来水可通过大张庄泵站提升经后池暗渠闸进入下游暗渠输送到宜兴埠自来水厂，确保市区居民生活用水。（3）利用大张庄泵站排沥闸排泄周边地区沥水到永定新河。

　　引滦工程大张庄泵站充分利用了集水廊道的功能，机组运行时作为机组冷却水的水源，机组停运时承担收集渗透水的作用。为确保输水安全，提升现代化管理水平，2001年对大张庄泵站集水廊道水位自动控制系统进行了改造，实践表明，此控制系统符合泵站自动化管理要求，多年来系统运行安全、可靠，提高了现代化管理水平。

　　传统廊道水位的控制采用的是浮球式弹力开关，通过浮球的上下移动，启动上、下限湿簧管控制排水泵，实现廊道水位的控制。此控制方法结构简单，易于维护但其可靠性较低，尤其是上、下限位通过管内湿簧管的高度来确定，精准度很低；另外浮球经常上下移动也易出现卡死现象，造成控制失败。大张庄泵站的排水泵采用的是卧式离心泵，特别是当下限位失灵将廊道水排空后，造成泵腔内空气进入，待廊道水满上限起动造成电机运行但水泵无法排水的现象，容易酿成事故。另外当集水廊道作为机组冷却润滑水使用时，水量需消耗掉一部分，就会造成水位的不断降低，需要补水泵及时的进行水量的补充。这样两套浮球控制系统就过于复杂，也造成系统的故障率较高的缺点。

　　针对以上现象，结合当前自动控制的需要，我们对廊道水位自动控制系统进行了改造，首先在方案制定上我们采用现地PLC控制与后台中央控制这样分层分布的控制模式，提高了系统的可靠性。信号采集单元选用在现地可直接显示水位高度的压力传感器，并输出4mA~20mA模拟信号给PLC实现程序控制。对控制箱进行全部更新改造，实现了现地及远方、手动/自动、主备切换等多种控制方式。当选择开关置于自动位置时，系统进入PLC控制流程，所有操作均由预先编制的程序来控制运行。当自动控制系统出现问题时只需将选择开关置于手动位置，运行人员现地就可操作整个系统，人为的干预设备的启停。排水泵更新为卧式自吸泵，提高了系统的可靠性。

　　2 系统工作原理

　　由于廊道水位的变化是不规律的，首先机组运行的台数在变化，另外地表水的渗入也与季节变化、地表植物浇水的充盈度有关，选用美国压力传感器作为水位监测元件，可以全过程实时的监视水位的变化，克服了只监视上下两点的弱点。选用PLC为控制核心，就可以非常方便地设置多个动作点来控制排水泵和补水泵。我们选用的传感器测量区间为3m，模拟量为4mA~20mA。在机组停运时排水泵运行时分别将0.5m为下限停机点，0.45m为下下限强制停机点，2.0m为上限开机点，2.2m为上上限强制开机点。在机组运行时冷却水供水泵运行时分别将0.5m为下限开机点，0.45m为下下限强制开机点，2.0m为上限停机点，2.2m为上上限停机点。

　　当机组运行时，架设在集水廊道内机组冷却水供水泵自动运行，为机组冷却水提供充分的水源，消耗水量大于地表渗透水量，这时系统中的排水泵退出控制系统，而补水泵参与廊道水位的自动控制。水泵机组停运时，就只有排水泵参与集水廊道水位的自动控制。

　　我们还在中控室安装了后台监控管理计算机，并开发了后台管理软件，实现多画面显示控制。对水位的变化、水泵的起停、故障报警等实现了动态显示。并可通过后台操作员工作站上的控制按钮发出起停指令，通过以太网总线与PLC通讯模块ETY410相连，通过网络传输给PLC开关量输出模块，泵启停的状态量通过PLC的开入模块也可反馈至后台管理机，从而实现廊道水位的自动化控制。

　　3 系统设置

　　该系统结构如图1所示。设备部分主要由排水泵（一用一备，型号6BA-B，扬程12.5m，流量162m3/h，转速29000r/min，配YB2M-4型号电机）、供水泵（一用一备，型号TSZ-8B-50-250，扬程50m，流量50m3/h，转速2930 r/min，配Y160MZ-2836型号电机），变频供水泵2台，补水泵1台，压力表、闸阀、蝶阀、逆止阀、仪表阀等构成。控制部分主要由现地PLC单元、水位传感器、接触器、热继电器等构成。其中，PLC采用Modicon Premium系统小型PLC做为控制核心，选装了TSX AEY 1600模拟量模块做为模拟量输入单元，选装了DSY32T2K做为开关量输出单元控制排水及补水设备的启停。量程0m～2.5m，测量精度1‰，输入信号4mA-20mA，工作温度5℃～55℃；在现地安装了投入式压力传感器作为水位检测单元，并做了相应的电气控制柜的改造。

　　3系统软件编程

　　大张庄泵站集水廊道自动控制系统控制流程如图2所示。

　　主要实现功能包括：

　　（1）数据采集和处理。现地PLC单元采集所有I/O点的模拟量（主要有集水廊道水位、电动机工作电流、水泵轴温、电机温度等）、开关量（主要有远方/现地控制信号、手动/自动控制信号、供水泵运行/停止状态、补水泵状态、排水泵状态等）。

　　（2）监视和报警。主控室上位机对系统设备的状态、越限、过程和故障等进行监视；对所有相关限位和故障进行判断和动作（报警）并及时记录，以便查询和分析。

　　（3）控制和调节。主控室上位机和现地PLC控制单元都可对排水泵、补水泵的正常启停操作、事故或紧急停止操作等方面进行控制；可以通过笔记本电脑对现地PLC单元进行参数整定与限值修改，远方/现地、手动/自动等工作方式切换等方面的修改。

　　系统采用PL7 PRO语言进行编程，根据现场需求编写的梯形图如图3所示。

　　4 结束语

　　大张庄泵站集水廊道排水实现了自动控制，确保了排水任务的及时执行，通过几年运行实践表明，此控制系统操作简便、实用性强，系统运行安全、可靠，既确保了机组的正常运行，保证了安全输水，又减少了值班人员的巡视次数，减轻劳动强度，提高了泵站自动化水平。

　　作者简介

　　赵杨，（1983—），女（汉），天津市人，大学本科学历，助理工程师，从事泵站运行管理工作。