利用超声波液位计控制进水泵

张明芝 杜素洁
（天津市东郊污水处理厂）

1 简介

　　在一般的污水处理厂、水处理厂及泵站等，均设有进水口和进水泵。在进水泵的设计中，为了简便可靠，大多采用浮球液位开关控制进水泵的自动开停。浮球液位开关是一种靠液体的浮力改变自身状态来达到控制目的的设备。它用一根电缆线连接，置于液面之上，内部装有一个开关，当液位达到或降至某一高度时，浮球液位开关改变原来直立或倾斜的状态，内部开关状态随之改变，信号传至控制机构。天津市东郊污水处理厂进水泵的自动控制即采用这种控制方法。

2 浮球液位开关控制原理

　　天津市东郊污水处理厂设计日处理能力40万吨，最大50万吨，使用了260千瓦，容量1.32-1.54立方米/秒，扬程1.32-11.0米，电压6千伏的进水泵6台（其中一台备用）。进水泵前的污水池设有6个浮球液位开关，分成两组，信号送至可编程序逻辑控制器（工业常用的一种能按一定顺序完成自动控制功能的设备，以下简称PLC）。浮球液位开关的位置如图1所示：

　　开泵的控制过程为：
　　当液位低于1#浮球液位开关时，将发出低液位报警信号；
　　当液位高于2#浮球液位开关时，开一台进水泵；
　　当液位高于3#浮球液位开关时，开两台进水泵；
　　当液位高于4#浮球液位开关时，开三台进水泵；
　　当液位高于5#浮球液位开关时，开四台进水泵；
　　当液位高于6#浮球液位开关时，开五台进水泵，并发出高液位报警信号。
　　为防止进水泵频繁开停，关泵顺序为：
　　当液位下降至5#浮球液位开关以下时，关1台进水泵，（开四台）；
　　当液位下降至4#浮球液位开关以下时，关1台进水泵，（开三台）；
　　当液位下降至3#浮球液位开关以下时，关1台进水泵，（开两台）；
　　当液位下降至2#浮球液位开关以下时，关1台进水泵，（开一台）；
　　当液位下降至1#浮球液位开关以下时，进水泵全关，并发出低液位报警。
　　为避免一台泵重复启动，水泵将依次循环投入工作先开先停，先停先开。当一台水泵因故障停止工作时，另一台水泵自动投入运行。控制流程图如图2所示：

　　但在实际使用中，为使浮球达到要求的高度和自由动作，要求一段长度的电缆。电缆用支架固定在污水厂口。但在如此大容量的进水的开停冲击及水流的带动下，电缆线极易缠绕。加之长期多次重复动作、电缆老化等原因造成的电缆折断、电缆外皮破裂等损坏问题，使控制受到影响。我厂进水泵的控制即是如此。设备、程序的安装、调试通过后，经过一段时间的使用，六个浮球相互缠绕使进水泵的自动控制无法完成，自动控制形同虚设。经了解，现在的设计中注意到了这个问题。施工时将浮球的电缆绑在一根钢管上，仅留一小段能自由运动的长度以避免缠绕。但这样其他问题仍无法彻底解决，且象我厂这样已运行的情况，要解决和修复已出现的问题，只能等待停泵时进行。不但影响生产且沉淀污泥产生的危害人体的有害气体使工作危险性很大。如果采用超声波液位计这些问题便可迎刃而解。

3 超声波液位计的使用

　　我厂进水污水池口距池底8.7米的池壁上为监视水位而装了一块超声波液位计，其他象配水、回流污泥、出水等处共设有超声波测量仪共计20块，在7年的正式运行中一直处于良好的状态，且精度较高，维护、校验也很方便。为增进可靠度，也可以考虑再增加一个超声波液位计，以防因液位计的故障导致进水泵的误操作。
　　（1）根据原设计思路和图1所示尺寸，可以将原PLC程序控制顺序改为：
　　设两个液位计测量值为X₁、X₂，仪表的精度为0.2%，表头至池底的高度为8.7米，可能偏差0.034米，取为0.04米。当X1-X２〉0.04米时，取消进水泵控制的自动。
　　开泵的顺序为：
　　当液位上升至2.9０米时，发出低液位报警；
　　当液位上升至3.12米时，开一台泵；
　　当液位上升至3.34米时，开两台泵；
　　当液位上升至3.5６米时，开三台泵；
　　当液位上升至3.7８米时，开四台泵；
　　当液位上升至3.9０米时，开五台泵，并发出高液位报警。
　　停泵的顺序为：
　　当液位下降至3.7８米以下时，关一台泵（开四台）；
　　当液位下降至3.5６米以下时，关一台泵（开三台）；
　　当液位下降至3.34米以下时，关一台泵（开两台）；
　　当液位下降至3.12米以下时，关一台泵（开一台）；
　　当液位下降至2.9０米以下时，进水泵全关，并发出低液位报警；
　　每台泵的开停顺序同浮球液位开关。具体流程见图3。

　　（2）除上述方法外，也可以充分PLC的计算和判断功能，用新的思路重新设计，使程序简化。
　　根据原工艺设计，最下部的浮球液位开关与池底高度为2.9０米，每相邻两个的距离为0.22米，液位上升时，将所测值减去最底浮球液位开关的高度除以0.22米后取整，即为将要开启的泵的台数；液位下降时，将所测值减去最底浮球液位开关的高度除以0.22米后取整加一，即为将要开启的泵的台数。液位高于3.96米时高液位报警，液位低于2.90米时低液位报警。新的流程如图4所示。

4 实现的可能性

　　在我厂包含进水泵控制部分的PLC中，有模拟量输入模块 2个，可输入模拟量16个，现使用了14个，有空余输入点2个，允许增加一个超声波液位计的模拟量输入。
　　将浮球液位开关控制进水泵改为超声波液位计除增加一块超声波液位计外，不需其他投资，对计算机的监控也没有任何影响。改造后，既减少了浮球液位开关、继电器、PLC模块及多条缆线的费用及PLC字节的占用，又可以充分体现原设计的思路，对已废弃的自动控制进行充分的利用。对泵的开停时间、台次进行科学合理的安排，避免人为失误，增加了控制的可靠性、安全性和稳定性。