一種排水泵房內液位控制系統研究及應用

張 輝

（秦皇島港股份有限公司第二港務分公司，河北秦皇島 066000）

0 引言

4#泵房位于秦皇島港股份有限公司第二港務分公司（以下簡稱“公司”）煤一期翻車機房西50 m，該泵房為污水泵房，主要解決煤一期翻車機房汛期及平時的積水問題而設立的。由于年限過久，該泵房的自動系統基本失靈，全靠老式的機械限位實現自動，又不可能經常性地人為啟動水泵來排水。此次改造結合泵房的目前狀況，本著節約成本的原則，重新設計一種針對排水泵房的液位控制系統，使得排水系統實現自動化，避免汛期雨量過大時自動失靈導致水不能及時排出。

1 項目分析

液位控制在泵房使用十分常見，當前市場上也有多種液位計及其相關的控制系統。常見的液位計主要有兩大類型。

（1）純物理式液位計。該液位計是一種現場直觀型液位計，多見于水箱、水柜上，不具備遠程顯示功能，多用于現場校準，常見的有標尺式液位計、連通器式液位計。該液位計在現場直觀的顯示液位，準確度比較高，但是無法為其他設備提供聯動信號。

（2）控制型液位計。該液位計是用得最多、最廣的液位控制方式，常見的產品有浮球式、壓力式、超聲波、磁翻板式等。大多數都會配備變送器，以便接入系統進行編輯。

本文介紹的液位控制系統，主要是與控制型液位計配合使用，所設計的簡易控制箱可以直接和控制型液位計匹配，且適用于多種控制型液位計。設計主要是受公司4#排水泵房啟發，該泵房主要是為保護煤一期翻車機房重要生產設備不被水淹而設計建造的，主要是將機房底部蓄積的除塵中水以及累積的雨水迅速抽走排至蓄水池，保護翻車機等重要設備。該泵房內的電氣線路以及主要排水設備嚴重老化，如果進行規模型改造，受土建、所屬設備的限制，大規模改造短期內無法進行，利用現有設備已經不可能保證翻車機房內積水有效并迅速排空，并且水泵自動控制部分的液位控制浮漂及液位控制接近開關機械結構已經老化并且腐蝕嚴重，所以時常導致液位控制失靈。一旦出現此類情況水泵就不能自動啟動，進而導致水位上漲，如果在汛期雨量大的情況下有淹沒泵房以及翻車機房的風險。

在仔細研究探討之后，重新設計一套輔助泵液位自動控制系統，作為保護原有水泵自動控制失靈時或液位上漲迅速時自動啟動輔助泵，相當于增加了一道應急保護裝置，同時也增大了泵房排水能力。

2 設計原則

（1）可靠性。所選的設備都要符合相關工業等級的規范及標準：硬件具有與環境相適應的能力，不能因環境影響導致實際無法運行；軟件要具備一定的防人為失誤的能力，以自動化為主，避免人為操作失誤；控制系統具有自我診斷能力，運行穩定且安全，避免過度繁瑣，經濟實惠且方便后期維護。

（2）實用性。以實用為前提，考慮現有設備的情況，要與現有設備具有兼容性，不改變原有合理的操作方法，保證排水能力，安全生產要有保障，對環保效益有一定提升，對降低勞動工作強度有一定效果，系統要具備相匹配性能價格比。

（3）創新性與經濟性相融合。采用先進的思想、技術來改造提升老舊的設備系統，保證設備有創新點的同時滿足設備具體的運行工況及經濟投入。

（4）環境適應性。設計思路及設備選擇要滿足適合北方、沿海港口、煤炭運輸業等環境的需求。

3 技術方案

根據設計原則，結合現場設計情況，擬定技術方案。解決問題的核心是有一套可兼容多種控制型液位計的液位控制系統，且該系統不能太復雜，既能適用于老式泵房也能適用于新式泵房的控制系統。4#泵房屬于老式泵房，整體的設備形式比較落后，需要有一個簡單且實用的液位控制系統來操作泵房的常用水泵以及應急用泵。結合現場控制柜形式、水泵特點、當下控制型液位計結構來設計液位控制器圖紙。

首先，根據使用需求，以比較常見的浮球式液位計為例，繪制液位控制原理圖（圖1）。工作原理：

圖1 液位控制原理

（1）當主電路空開及控制電路空開閉合但不啟動系統時，紅指示燈HR 停止指示紅燈亮起，證明系統處于準備狀態。

（2）當手動控制部分當中2#線路與3#線路之間的轉換開關SA 閉合時，證明已經投入手動控制模式，此時，按下4#線路與5#線路之間的啟動按鈕SB2 啟動按鈕，手動繼電器K1 線圈通電吸合，K1 自鎖。此時圖紙主接觸器部分中2#線路與10#線路之間的K1 輔助常開觸點閉合，電機接觸器KM1 線圈吸合，水泵電機M1 通電啟動，紅指示燈HR 停止指示、紅燈熄滅，綠指示燈HG 啟動指示綠燈亮起，證明系統正常啟動。當按下3#線路與5#線路中間的停止按鈕SB1，K1 線圈釋放，解除自鎖，同時主接觸器部分K1 輔助常開觸點釋放，KM1 同時釋放，HR 停止指示、紅燈亮起，HG 啟動指示、綠燈熄滅，證明系統停止，M1 停止運作。

（3）當液位控制部分當中2#線路與7#線路之間的轉換開關SA 閉合時，證明已經投入自動控制模式，此時，如果7#、8#、9#線路當中的浮球開關FQK1 中間水位浮球液位開關及浮球開關FQK2 最高水位浮球液位開關都探測有水，閉合時，液位繼電器K2 線圈通電吸合。此時圖紙主接觸器部分中2#線路與10#線路之間的K2 輔助常開觸點閉合，KM1 線圈吸合，M1 通電啟動，HR 停止指示、紅燈熄滅，HG 啟動指示、綠燈亮起，證明系統自動啟動。當7#、8#、9#線路中的兩個浮球液位開關其中一個檢測不到水位時，K2 繼電器線圈釋放，同時主接觸器部分K2 輔助常開觸點釋放，KM1 同時釋放，HR 停止指示、紅燈亮起，HG 啟動指示、綠燈熄滅，證明系統停止，M1 停止運作。

其次，根據圖1 進行接線制作液位控制系統電控箱，制作完成后進行通電模擬調試。

最后，將控制箱接入泵房內水泵控制中進行實際抽水試驗。利用液位控制箱中的液位控制控制水泵的啟停，進行實現水泵的自動化，在原有控制系統未作大的修改的前提下，在原有的控制形式上增加了一道保護，新作的水泵液位控制系統同時還接入了一臺輔助防汛水泵，當原有水泵出故障時輔助防汛泵可以啟動，防止因為抽水不及時損壞相關設備、設施。

4 實施效果及系統優點

經過一段時間的投入運行，運行效果安全穩定并安全渡過了汛期。此方案的優點主要有4 個。

（1）解決了4#泵房電氣部分自動故障，有效保護了泵房、避免翻車機房重要設備被水淹，提高泵房汛期排水能力。

（2）新設計的液位控制系統在使用方面十分靈活，可不做任何改動就可以安裝到各排水泵房、提升類泵井使用。

（3）此項設計兼容性很強，只要經過輕微改動，不改動接線原理的情況下就可實現多種功能，適用于多種控制型液位計。例如，只需要把圖紙中液位控制部分的7#、8#、9#線路當中的浮球液位開關取消，串聯接入超聲波液位控制計，就可改造成超聲波液位計控制系統；只需要取消液位控制部分的7#、8#、9#線路當中的浮球液位開關，串聯接入壓力式液位控制計及溫度控制計，并適當寫入報警參數值即可實現溫度和液位雙重邏輯的浴池太陽能水箱自動補水控制或加熱水箱自動加熱控制。

（4）對后續泵房的整體改造在液位控制方面擴寬了思路，如果泵房整體升級改造，也可直接將設計融入整體設計，其中的邏輯關系對相關程序的編寫也有很大幫助。

5 結束語

根據該泵房的實際情況研究的一種排水泵房內液位控制系統，不僅解決了實際問題，在經濟及社會效益方面效果也較為顯著。主要體現在以下4 個方面。

（1）社會影響效果分析。該液位控制系統沒有改變原有的泵房設計結構，沒有土建拆改，主要是在原泵房設備上進行了升級改造，并提高了排水能力，保證翻車機房設備不受到積水影響從而影響翻車作業生產。沒有任何的負面社會影響，正面影響則較明顯。

（2）社會風險及對策分析。本項目無需占用農田，無移民搬遷，對社會環境影響很少。絕大多數利益相關者為項目受益群體，普遍對項目的建設和經營予以了支持和配合，不會導致其他社會矛盾。本項目不會導致不良社會后果，社會風險很小。

（3）社會影響綜合評價。本項目的實施將提高防汛能力，降低采樣勞動強度，提高公司服務質量。本項目的建設對所在地區經濟、社會正面影響明顯，具有較好的社會適應性，在社會方面是可行的。

（4）經濟效益方面。改造后的泵房增加了集水能力，提升了水泵的排水能力，有效保證了翻車機房內的水可以及時排空，并且可應對汛期帶來的強降水，實現全自動的控制、減輕勞動強度。