1  引言

城市生活污水处理包括三大控制系统：提升泵房控制系统，鼓风房控制系统和脱水机房控制系统。作为三大控制系统之一的提升泵房控制系统主要控制设备是提升泵，提升泵负责将污水提升至水解池或初沉池中。提升泵房的自动控制方案有变频控制和工频控制。

本文结合工程实际，提出另外一种工频控制方案，该控制方案采用液位变化趋势和时间联控，控制方式上借鉴了变频控制思想，改善以往分阶段控制的死区及不稳定性。

2  系统控制说明

关于提升泵最基本的控制要求有：避免提升泵启停频繁；尽量保持保持提升泵在高液位运行；避免单台泵长时间连续运行，或者长时间不运行（防止提升泵放置太久被污水中的杂物堵塞）。

2.1 现场条件

上海某污水处理厂提升泵房，共有5台泵，按远期设计4用1备，采用工频控制。现场参与控制仪表为超声波液位计，4~20ma标准信号对应于0~6.8m的液位；浮球两个，高浮球用来超高报警并且强行启动所有的泵，低浮球用来超低液位报警并且强行停止所有的泵。每台提升泵的自动控制信号有：手/自动信号、启/停信号、综合故障信号。

按照设计，以目前的处理量，正常时启用2台提升泵就够了，特殊情况下启动台数为3台，超高液位时启动4台泵。

现场控制器采用的是omron cj1m_cpu11, 上位机监控软件采用亚控科技“组态王”，上位机和下位机通过光纤以太网通信。

2.2 液位状态控制思想

系统控制设计采用手/自动方式，方式选择通过提升泵控制箱中的二次回路、接触器、中间继电器、选择开关等的切换实现。正常情况下，选择开关置于自动位置，当自动控制系统出现问题时，需到现场切换为手动方式。单台提升泵手自动都是独立的，自控系统自行诊断并且相应的自动调整控制方案。自控相关参数说明，如图1液位控制示意图所示。

图1  液位控制示意图

（1）当液位低于超低液位ll时立刻停止所有的泵（此处是浮球控制信号，所以不会有干扰，不需要增加延时进行判断信号是否为干扰信号）。

（2）当液位低于l时，且持续时间达3分钟（可在组态界面中设置），停止自控下运行时间最长的那一台泵，之后每隔3分钟，且液位比三分钟之前低10cm（可在组态界面中设置，但不能低于液位计正常波动值，也不能太大否则会使ll液位出现的概率提高），再停止剩下的自控下运行时间最长的那一台泵，直到所有的自动状态下的泵都停止。

（3）当液位达到s时且持续时间达到一分钟（干扰信号判断），启动无故障且停止时间最长的那台泵（前提是之前没有泵在运行，且至少有一台泵在自动控制状态下）；

（4）当液位达到h时，且持续时间达到5分钟（可在组态界面中设置）启动无故障且停止时间最长的那台泵（前提是之前没有泵在运行，且至少有一台泵在自动控制状态下，否则此次不启动）；之后每隔5分钟，且液位比三分钟之前高5cm（可在组态界面中设置，但不能低于液位计正常波动值，也不能太大否则会使超高液位hh出现的概率提高），再启动剩下的自控下无故障且停止时间最长的那台泵，直到所有的自动状态下的泵都启动，但启动的台数不能大于3。

2.3 可行性和稳定性分析

（1）前提假设：

● 假设1：3台泵是最大启动台数，即根据现实流量不可能会超越3台泵的情况；

● 假设2：所有的泵都处于自控下，并且此时无泵在启动；

● 假设3：l=3.0m、s=3.5m、h=5.5m、启动检测间隔时间5分钟、停止检测时间间隔3分钟。

液位达到s之后,并持续时间达1分钟则启动1台泵，假设此时液位继续上升，则会出现两种情况，一是液位还没有达到5.5m时，1台泵运行和进水流量保持平衡；二是液位继续上升达到5.5m，此时液位也会有两种趋势:上升/保持。

（2）分析：当液位继续上升时,过5分钟之后，若液位比之前高5cm时会再启动1台泵（否则将循环检测直到满足条件），此时运行了2 台泵，液位将会有三种趋势：上升/保持/下降。

● 当为上升时（也就是流速保持在2~3 台泵的控制范围），再过5 分钟之后若液位比之前高5cm将再启动一台泵，此时启动了3 台泵，据现场情况前提条件，液位肯定会下降，当液位降至3.0m，且持续时间达1分钟时，将停止1台泵，此时将由2 台泵运行，由于液位差影响扬程，最终有可能2台泵保持在3.0m和5.5m之间稳定运行，否则液位缓慢回升(据现场我们调试观察回升时间非常长)，直到液位上升到5.5以后并且保持5分钟后高于之前的液位5cm才会再启1台泵，即3 台泵运行。如果3台泵刚好和进水流速吻合，它将保持在5.5m 以上的液位运行。或者直到液位达到高高位，启用紧急情况，运行4 台泵，根据条件该情形只会在下暴雨发洪水时出现。

● 当液位保持时，也就是2 台泵刚刚好，这是最佳状态。

● 当液位下降时（也就是1～2 台泵之间的运行刚好满足流速），据前提条件，当液位还没有下降到3.0m 时，根据液位差影响扬程2台泵刚好保持与进水流速平衡，此时将会保持2台泵运行，这也是最佳的控制效果；

● 当液位保持时（也就是1 台泵在这个液位刚刚好）,这也属于最佳状态。

综上分析，该控制方案确实可行，且很稳定。

图2  启泵自动控控制流程图

3  软件设计

根据上述分析及功能要求，软件实现功能流程框图如图2所示，根据流程图plc编程限于篇幅此处不将程序列出，只做几点说明：

启动时将启动自控模式下停止时间最长的那台提升泵，停止时将停止自控模式下运行时间最长的那台提升泵，实现方法可以采用冒泡法编写成功能块或者子程序的形式，便于系统维护，而且可重复使用。

时间参数可以采用秒定时器或者分钟定时器和dm寄存器配合一起使用，示例如图3所示。

图3  1#提升泵泵停止时间累计

4  结束语

提升泵房实现自动控制不仅减少了员工操作量，而且能尽可能大的保持提升泵在高液位运行，提高了泵的运行效率，相应的延长了泵的使用寿命及达到了一定的节能效果。实践证明上海某污水厂采用该控制方案之后，运行效果比之前的分阶段启停泵好多了，值得推广和应用。