利比亞泵站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要:本論文介紹了利比亞項(xiàng)目給水泵站的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)國外監(jiān)理要求，采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，如PROFIBUS總線控制技術(shù)和可視化人機(jī)界面，并且根據(jù)當(dāng)?shù)匾笤O(shè)計(jì)了國內(nèi)沒有先例的水塔+恒壓雙工況全自動(dòng)控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:控制PLC總線模式

中圖分類號:TV22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0132-01

Abstract:This paper introduce the control system design of Water Supply Pumping Station in Libya.This design adopts the advanced technology such as PROFIBUS industrial Fieldbus and Human Machine Interface (HMI) technology in light of the requirement of foreign CM/CS，and meanwhile we create a new automatic control system for dual condition EWT + Pressure Control system according to local condition.

Key words:Control;PLC;Profibus;Mode.

在利比亞項(xiàng)目中的泵站設(shè)計(jì)中，國外監(jiān)理對控制系統(tǒng)有很高的要求，于是我們采用了先進(jìn)的PROFIBUS總線技術(shù)、人機(jī)界面HIM技術(shù)和PLC控制技術(shù)，尤其是根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，國外監(jiān)理還提出了一些特殊的要求，對此國內(nèi)外均沒有現(xiàn)成的模式可以參考。為達(dá)到這些要求，我們完成了具有創(chuàng)新性的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 項(xiàng)目概述

該泵站主要工藝設(shè)備有:給水泵組(二工一備)、全自動(dòng)加氯機(jī)、地面水池出口電動(dòng)蝶閥、泵房排污泵等。

主要電氣設(shè)備有:備用柴油發(fā)電機(jī)組、低壓配電柜、電動(dòng)機(jī)控制中心(MCC)、PLC控制柜等。

主要檢測設(shè)備有:各工藝過程的超聲波液位變送器等、泵站進(jìn)水口及出水口流量變送器、水泵組出口壓力變送器等。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)的核心采用德國西門子S7-300PLC以及PROFIBUS工業(yè)控制總線。

本文著重介紹具有設(shè)計(jì)創(chuàng)新的給水泵組控制模式。

3 給水泵組的控制模式

3.1 高位水箱(水塔)控制模式

這是中東和北非阿拉伯世界最普遍的供水方式。通過水塔的水位控制水泵的運(yùn)行，從而保持水塔一定的水位，依靠重力水壓來進(jìn)行城市管網(wǎng)供水。

3.2 變頻加壓控制模式

在許多國家包括中國的城市供水體系中，一般采用變頻加壓的方式，不采用水塔，而是通過管道上的壓力傳感器和壓力變送器控制變頻器的頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制流量和給水壓力的目的。

3.3 當(dāng)?shù)乇O(jiān)理要求的控制模式

當(dāng)?shù)乇O(jiān)理要求利比亞由中交集團(tuán)新建的給水泵站，除了必須采用水塔之外，還要考慮水塔長期停用時(shí)，給水泵站仍能正常工作，滿足城市供水要求。

水塔短時(shí)間(比如幾個(gè)小時(shí))的檢修，允許采用給水泵組手動(dòng)直供，對整個(gè)水系統(tǒng)運(yùn)行的影響不大。但是如果考慮幾個(gè)月甚至半年的長期停用，就必須采用特殊的措施。這種雙工況(水塔+無水塔)的供水模式，沒有先例，給我們帶來很大的設(shè)計(jì)難題。

3.4 分析與研究

我們經(jīng)過仔細(xì)的分析和研究，我們發(fā)現(xiàn):

1)如果采用水塔+變頻泵，由于水塔的控制方式比較獨(dú)特，要求各臺水泵輪流啟動(dòng)，而變頻泵又有自己的一套控制模式，把他們糅合在一起，將造成系統(tǒng)的運(yùn)行和切換異常復(fù)雜，因而不是優(yōu)秀的設(shè)計(jì)理念。

2)如果采用水塔+氣壓罐，在水塔停用時(shí)，采用空壓機(jī)+氣壓罐，并采用壓力控制系統(tǒng)來調(diào)整氣壓罐的蓄壓，從而保持供水壓力的相對穩(wěn)定。經(jīng)過水力計(jì)算，氣壓罐的容積非常巨大。建造一個(gè)這么大的壓力容器，在當(dāng)?shù)氐臈l件下，也不可行。

4 最小流量控制系統(tǒng)

4.1 我們的解決方案

把“壓力變送器和PLC”為核心的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)+以“自動(dòng)再循環(huán)旁路閥”為核心的機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)，并將其有效整合和系統(tǒng)集成，從而構(gòu)成了一個(gè)全新的機(jī)電一體化的“恒壓控制系統(tǒng)”。該恒壓系統(tǒng)在水塔停用時(shí)，能夠保證水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

4.2 最小流量控制系統(tǒng)的概念

最小流量控制系統(tǒng)是離心泵的主要保護(hù)系統(tǒng)。在離心泵供水系統(tǒng)中，如果用水量減少到一定程度，將造成如下嚴(yán)重后果:

1)由于離心泵是自冷卻泵，用水量過小將導(dǎo)致水泵發(fā)熱損壞。

2)用水量過小，導(dǎo)致泵前后壓差過大，從而產(chǎn)生空化和閃蒸現(xiàn)象，對泵體、閥體和管道產(chǎn)生嚴(yán)重汽蝕，加速設(shè)備的損壞。

因此，為了保證離心泵系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，必須保證泵的流量不能小于一個(gè)“最小流量”。達(dá)到此目的的一系列技術(shù)手段和設(shè)備構(gòu)成了“最小流量控制系統(tǒng)”。

4.3 最小流量控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

最小流量控制系統(tǒng)的核心是自動(dòng)再循環(huán)旁路閥，其本質(zhì)是一種機(jī)械的自動(dòng)化裝置，通過內(nèi)部的彈簧和杠桿力學(xué)原理，自動(dòng)調(diào)節(jié)旁路閥開度的大小，從而使通過主閥的流量始終大于一個(gè)設(shè)定的最小流量，以避免離心泵在低流量運(yùn)行狀態(tài)下可能的損壞。

5 水塔+恒壓雙工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)介紹

對于該給水泵組，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)具有創(chuàng)新性的控制系統(tǒng)，即水塔+恒壓雙工控制系統(tǒng)。

其中，恒壓模式通過合理設(shè)置旁路閥啟動(dòng)壓力和水泵啟動(dòng)壓力，在用水量較大從而導(dǎo)致供水壓力低于旁路閥啟動(dòng)壓力時(shí)，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)起主導(dǎo)作用;在用水量較小從而導(dǎo)致供水壓力高于旁路閥啟動(dòng)壓力時(shí)，機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)起主導(dǎo)作用——這樣的設(shè)計(jì)將機(jī)械自動(dòng)化和電氣自動(dòng)化有機(jī)地結(jié)合，共同實(shí)現(xiàn)了控制意圖。

在輸入的控制信號上除了液位信號外，僅僅又增加了一個(gè)壓力信號。在工作模式的切換上，水塔控制為“自動(dòng)-手動(dòng)”，而水塔+恒壓控制系統(tǒng)為“自動(dòng)A-手動(dòng)-自動(dòng)B”，僅增加了一個(gè)數(shù)字量輸入。系統(tǒng)的簡化，帶來可靠穩(wěn)定。

5.2 水塔控制模式

正常工況下，轉(zhuǎn)換開關(guān)指向“自動(dòng)A”，控制模式為水塔控制系統(tǒng)，水泵組根據(jù)水塔液位控制啟停。

5.3 恒壓控制模式

如果水塔故障或檢修，可以把轉(zhuǎn)換開關(guān)指向“自動(dòng)B”位置。這種情況下，只允許系統(tǒng)按照管網(wǎng)的壓力情況啟動(dòng)和停止水泵電機(jī)。

1)如果用水量較小，管網(wǎng)壓力將會(huì)上升，一旦管網(wǎng)壓力大于旁路閥的旁路壓力P.B，旁路閥立即啟動(dòng)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)旁路流量，從而維持供水泵的最小流量，并避免系統(tǒng)過壓。

2)如果用水量較大，一臺泵無法滿足時(shí)，管網(wǎng)壓力將會(huì)下降，一旦壓力下降到啟動(dòng)壓力P.S，二號泵啟動(dòng)，從而通過增加供水量來保證用水量。如果管網(wǎng)壓力上升且 >P.H，停掉一臺水泵，另一臺水泵繼續(xù)運(yùn)行保證供水連續(xù)性。

6 結(jié)語

在利比亞泵站設(shè)計(jì)中，我們充分采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和新技術(shù)、新工藝，自動(dòng)化程度高、操作靈活方便，特別是針對監(jiān)理的特殊要求，我們做出了具有創(chuàng)新性的解決方案，取得了滿意的設(shè)計(jì)成果。