某電站集水井排水控制系統水泵自動輪換控制策略優化探索

　　摘要：以某電站集水井排水控制系統為前提，著重分析其水泵自動輪換控制策略。針對當前水泵自動控制策略存在的不足，提出一種基于動態調整輪換優先級的策略優化思路。該策略在功能性、易用性、可移植性等方面具有優勢，對類似項目具有一定的借鑒意義。

　　關鍵詞：水泵自動輪換、排水系統、優先級、控制策略優化

　　引言

　　排水系統是水電廠輔助設備中最基本的系統之一，水泵控制系統是指揮水泵運行的大腦[1]。在工程應用中，經常會遇到兩臺或兩臺以上的水泵在一個排水系統中使用的情況。為了讓每臺水泵合理有序地完成啟停工作，避免出現主用泵頻繁啟動，備用泵長期空置的情況，一般采用各泵輪流啟動、互為備用的工作方式。兩臺水泵輪流啟動、互為備用的功能較容易實現;多臺水泵多種啟停方式下實現水泵輪流啟動、互為備用的功能則較為復雜[2]。

　　排水論文范例：環保節能理念在建筑給排水設計中的應用

　　某電站集水井共設有五臺排水泵。兩臺小泵功率為15kW，流量為100m³/h;三臺大泵功率為75kW，流量為750 m³/h。排水控制系統由計算機監控系統上位機、可編程邏輯控制器及現場儀表等構成。該系統選用安德里茨TM 1703 ACP系列PLC作為數據采集、通信和控制單元。監控系統上位機用于數據顯示和遠控。集水井內設有一套浮球式液位開關和一只投入式液位傳感器，以控制水泵啟停。

　　現有控制程序邏輯介紹

　　集水井設有一只投入式液位傳感器和7只浮球式液位開關。由于液位傳感器測量精度高、穩定性好，且能實時測量集水井內水位，故選擇液位傳感器信號用于水泵控制，浮球式液位開關信號作為后備。

　　集水井排水系統的兩臺小泵輪流啟動，互為主備。小泵的自動啟、停以集水井水位控制，水位2.15m啟動主用小排水泵，水位1.7m停泵。三臺大泵輪流作為主用泵、第一備用泵和第二備用泵。大泵的自動啟、停以集水井水位控制，水位2.85m啟動主用泵，水位3.85m啟動第一備用泵，水位4.85m啟動第二備用泵，水位1.7m停泵。集水井的兩臺小泵采用按次數進行主、備用輪換的方式。集水井的三臺大泵采用按累計運行時間確定自動輪換優先級，通過自動輪換優先級實現水泵的主、備用自動輪換。累計運行時間越少的水泵，輪換優先級越高。

　　此外，根據水泵運行的要求設置了水泵閉鎖、故障、啟動失敗、啟動超時、運行超時等判斷邏輯，用以保障水泵的安全運行。

　　存在的不足與策略優化思路

　　檢修后水泵存在長時間作為主用泵的問題

　　問題分析

　　采用按累計運行時間進行自動輪換的排水控制系統中檢修后水泵在一定時期內一直作為主用泵，頻繁啟動運行可能導致水泵的疲勞受損[4],其余水泵由于長時間不運行可能出現受潮等問題。故需對PLC程序內的計時器進行清零操作。

　　策略優化思路

　　(1)水泵檢修后自動清零運行時間

　　增加水泵檢修判斷程序段，當某臺水泵的閉鎖信號超過某一時限時，即判斷該水泵因檢修或故障停運。當該水泵閉鎖信號消失，判斷水泵檢修結束恢復自動方式運行，此時將各水泵的累計運行時間清零。由于各水泵的運行時間統計由監控系統上位機中完成，累計運行時間清零不會對統計信息造成影響。

　　(2)優化自動輪換邏輯策略和算法

　　改變水泵累計運行時間與水泵輪換優先級之間的強關聯，通過動態調整輪換優先級盡量避免水泵的連續啟動。根據水泵累計運行時間得到累計運行時間數列。建立動態調整數列，其初始狀態與累計運行時間數列一致。當某臺水泵閉鎖時，將動態調整數列中其對應的數值置為一個極大值。當某臺水泵啟動后，將動態調整數列中其對應的數值置加上一個較大值。建立自動輪轉優先級數列，根據動態調整數列中數值的排序結果，確定各水泵的自動輪換優先級。當水泵全部停止運行后進行一次數列更新，刷新優先級。

　　針對水泵運行后動態調整數列中對應數值的復位，可根據實際運行需要采取定時復位或啟泵條件復位。啟泵條件復位即采用啟泵水位信號作為復位信號。水泵運行一次后，各水泵的自動輪換優先級發生變化，當集水井水位再次達到啟泵水位時，將該水泵在動態調整數列中對應的數值恢復為其運行累計時間。避免了檢修后水泵連續作為主用泵運行的情況。

　　三臺大泵存在長期空置的問題

　　問題分析

　　集水井排水控制系統中，大泵的啟動水位遠高于小泵，正常情況下集水井水位不能達到啟主用大排水泵的水位，每月需手動運行大排水泵。

　　策略優化思路

　　(1)采用五泵輪換方式

　　兩臺小泵和三臺大泵根據累計運行時間自動輪換運行，避免水泵長期空置。鑒于大泵與小泵額定流量差異較大，可在水泵高效區內分別設置啟、停泵水位，盡量使各泵的累計運行時間均衡。

　　(2)大、小泵分組輪換運行

　　兩臺小泵劃分為小泵組，三臺大泵劃分為大泵組，兩組泵之間交替輪換運行。即小泵組主用時，大泵組作為備用;大泵組主用時，小泵組作為備用。組內各泵可根據需要設置主、輔、備泵啟動順序和自動輪換功能。根據主用泵組的不同，可在程序中設置兩套啟停、泵水位定值。泵組間的輪換可選擇按次數輪換、按運行時間輪換、定時輪換等。從均衡各水泵累計運行時間角度出發，建議采用五泵輪換的方式。

　　基于水位信號處理的策略優化

　　問題提出

　　集水井的水位信號實時上送至計算機監控系統，以便于、監視集水井水位和查詢水位的歷史曲線。通過歷史曲線可以定性分析集水井來水情況和水泵排水效率，但不太直觀且未充分利用集水井來水量和水泵排水量關系曲線，用以降低水泵啟停頻繁度。

　　策略優化思路

　　(1)集水井來水量計算

　　集水井截面為長方形，底面為正方形。因此集水井內蓄水量與水位成正比例關系，通過水位變化速率可以計算出集水井的來水量。

　　程序中采用水泵全停信號作為來水量計算程序的使能信號。為避免管路回水的對計算結果的影響，應設置來水量計算程序啟動延時。來水量計算程序啟動后周期性地讀取和存儲集水井水位值，通過連續兩次讀取的水位值計算出水位變化速率和來水量。計算出的集水井來水量除直接上送計算機監控系統外，還可進行二次處理，實現來水量過大報警和來水量增速過快報警等功能。水泵運行期間，集水井來水量可根據水泵流量和集水井水位變化量計算。

　　(2)水泵動態調整啟停

　　根據集水井來水量可動態調整啟動水泵數量，可減少水泵啟停次數，避免水泵連續運行時間過長。

　　(3)水泵流量計算

　　水泵啟動后，假設集水井來水量不再發生變化，可根據水位變化速率計算出水泵的流量。若水泵流量過低(如低于額定流量的70%)，則發出報警提醒運維人員進行檢查和處理。

　　結語

　　多臺水泵基于累計運行時間的自動輪換一直是工程項目中的重點與難點[6]。本文主要針對某電站集水井排水控制系統水泵自動輪換控制策略存在的問題進行分析并提出策略優化的思路，提出基于動態調整輪換優先級的策略在功能性、易用性、可移植性等方面具有優勢。優化后的控制策略可應用于類似的系統中，達到提高設備可靠性、延長使用壽命和降低維護成本的目的。

　　參考文獻：

　　[1]孫汪萍, 王春玲. 廠房滲漏排水控制系統中排水泵的輪詢控制[J]. 石化技術, 2016, 23(007):264-265.

　　[2]劉寧芳. 多電機輪換啟動的控制要求及PLC編程思路分析[J]. 電子世界, 2017, 000(007):167.

　　[3]郭維禮, 孫貴珠. 基于PLC的電站排水控制系統中電機輪換的實現[J]. 機械工程與自動化, 2013(6):138-139.

　　[4]韋仁能, 姚濤, 張廣明. 自循環啟動在水電站排水泵控制系統中的實現[J]. 電工技術, 2016, 000(002):4-5,11.

　　作者：謝禹晨 姚偉

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