棒线型材厂无人值守泵站设计与改造
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[摘 要]文章针对轧钢企业相对分散的污水泵站，就如何实现无人值守从机械、电控方面进行配套改造探讨。
[关键词]水泵远程监控无人值守网络通讯
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0300-01
1 前言
棒线型材厂六条生产线，工艺要求设计六处池（井）储存、处理50000m3/24h生产污水。各池（井）间通过离心式叶轮泵输送生产水，六座池（井）泵站由多台排水泵（包括其抽真空引水装置）、闸阀、配水阀以及多路排水管路组成。泵站系统运行存在人工操作，劳动强度大、电机启停时间长、水泵运行效率低等诸多问题。随着企业发展，实现各泵站自动控制和无人值守，降低用工成本，满足低耗、高效、环保安全运行，成为当务之急。
2 现状分析
2.1轧钢厂生产用水分轧机冷却用水和设备冷却用水，其中轧机冷却对水质要求较低，设备冷却对水质要求高，按水质用途分浊环水、净环水（通过设备处理水中悬浮物、油份后循环使用）。为实现生产水在池（井）间运动、调度、储存的平衡，各池（井）设置泵组和泵站。泵组工作分液位上和液位下两类工况下，轧钢企业多选闭式叶轮泵来实现生产水调配，根据叶轮泵原理，每次启动前需向泵内灌水（排气）或通过抽真空将介质（生产水）抽入泵腔内才能启动。
2.2水泵压力、流量调节依靠人工操作，无法精准控制满足生产要求。各水池液位监控依靠人工手动调节，经常出现各池（井）液位不平衡造成溢水、涨水污染环境和水淹设备事故。
2.3泵站布点距离远，每个泵站需两名司泵工值守操作和监控。
3.1水泵工作于液位之上工况，原设计水泵为直抽真空，不具备保压，每次水泵启动前都需人工操作真空泵确保水泵腔内形成一定负压后才能启动水泵工作。这一真空工作模式存在真空时间长（约15-30分钟），不能满足随时启动要求；真空不稳定，系统稍有泄漏即造成真空失败；人工逐台操作真空泵和水泵，不能实现顺畅开启水泵要求。
3.2 水泵真空装置设计改造。水泵直抽真空装置如图1，水泵启动时，每次需要人工先操作该装置对泵内腔抽真空，待水水灌满后，才能启动水泵，无法实现水泵远程自动启动。
真空装置（图2示）重新设计。新真空装置由真空箱，循环供水箱，管道阀件及电气自动控制箱组成。泵站内所有水泵顶部排气口均安装单向气阀，用管道与真空箱相连。真空箱上装有自动信号发生器，当真空箱内真空度低于下限时，发出启动信号真空设备，开始工作，此时箱内真空度上升。当箱内真空度达到上限时，发出停止指令真空，设备自动停止。真空箱内真空度始终保持在一定范围，使每台水泵处于充水状态，随时可以启动任何一台水泵，具备实现自动化操作。
3.3 水泵实现自动控制配套改造
水力单向阀进行检修确保能自动打开，手动蝶阀改造选用D941H系列电动蝶阀。各泵吸水口增设环形冲渣管道，利用泵出的水对吸水口进行高压清渣，消除氧化铁渣积累带来的隐患。
水泵远程自动控制功能实现，需在水泵拖动电机上增设温度传感器，电机控制柜增设电流、电压表，各泵出水管上加设压力传感器，各蓄水池（井）加设液位传感器。
3.4 电气自动控制系统改造
总体思路是考虑在用设备可用性，整个系统由核心工控机、通信网络、智能监控模块、PLC和终端控制设备组成。
核心工控机：采用高性能、高可靠性的专用工业控制计算机，安装专用监控软件，并采用热备份以保证系统的可靠工作。
通信网络：采用现有的光纤网络，配合光电转换设备、交换机、终端子网络（现场总线），实现整个系统的通信功能
智能监控模块：作为某个子系统的核心，处理系统局部的配合、联动等工作，并整理子系统的数据，通过通信网络上传核心工控机。
PLC：主要实现局部设备的控制，实现某一环节的自动动作，以保证系统下发的某项任务的执行（如将某水池的水位控制在某高度、将输出压力控制在某范围等）。同时具备紧急情况下部分应急处理功能。
终端控制设备：由电控柜、各种仪表、传感器和泵、阀等执行机构组成。是直接执行各种自动运行动作，采集现场数据的设备集合。
如图3所示，终端控制设备控制各种机电装置，通过总线连接到智能监控单元；智能监控单元通过网线连接到交换机或者通过光通路（光纤和光电转换设备）连接到交换机；交换机将系统最终连接到核心工控机。部分智能控制单元可能需要配置显示装置以方便现场观察。
泵房PLC子站数量根据工艺流程以及现场控制的要求设定，利用PLC控制水压力的调节过程如图4所示。
4 结束语
棒线型材厂六条生产线水处理系统按照上述模式对机械、电气设备改造后至今，机械设备、自动控制系统运行良好，满足生产要求。各水泵站取消人员值班监护，改由中心控制室监护运行，六线水处理系统配置16人满足生产要求，节约人工成本60多万/年。
参考文献
[1] 苏尔寿著，.陈振铭.糜若虚译.离心泵手册.上海科学技术文献出版社，1983.
[2] 郭亚兵，张永鹏，王荣祥，任效乾.液体输送设备.冶金工业出版社，1978.
[3] 周涛.城市自来水泵房监控系统研究与实现.江苏大学，2008