聚酯纖維是我國(guó)合成纖維中生產(chǎn)及消費(fèi)量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最寬的品種，而生產(chǎn)聚酯纖維需要大量的冷卻水。本工程中海水經(jīng)取水泵站的海水提升泵加壓后，通過(guò)輸送管道送入空壓機(jī)冷卻設(shè)備，進(jìn)行熱交換后排放。在大型生產(chǎn)企業(yè)的給排水工程中,合理地設(shè)計(jì)取水泵站的控制系統(tǒng), 選擇高質(zhì)量且穩(wěn)定的控制設(shè)備是很重要的。本文介紹了國(guó)內(nèi)某大型石化企業(yè)給排水工程中取水泵站的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　1取水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

　　按照項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模，結(jié)合廠區(qū)工藝的需要，供水流量要求為55000m3/h，所需壓力為0.39MPa。LB型立式長(zhǎng)軸泵，可以滿足本工程的流量和揚(yáng)程，效率較高，可達(dá)86%以上，配套電機(jī)功率較低，為1600kW，可以地面安裝，節(jié)省結(jié)構(gòu)投資，安裝維護(hù)管理方便。根據(jù)供水量需求及生產(chǎn)機(jī)組的距離等設(shè)計(jì)條件, 本著經(jīng)濟(jì)節(jié)能的原則, 取水泵站設(shè)置5臺(tái)功率為1600kW的10kV高壓LB型立式長(zhǎng)軸泵作為取水主泵，每臺(tái)流量11000m3/h，揚(yáng)程0.39MPa。該化工廠選址于海邊, 因此設(shè)計(jì)時(shí)選用的是岸邊式取水泵站, 整個(gè)取水泵站分為取水頭部、引水箱涵、取水泵房、供電控制室等幾部份，另配有相關(guān)輔助設(shè)備, 如格柵清污機(jī)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、電解制氯機(jī)組等。

　　2現(xiàn)場(chǎng)控制要求與工藝控制方案

　　2. 1現(xiàn)場(chǎng)控制要求

　　根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要, 取水泵控制系統(tǒng)采用集中管理、分散控制的集散型控制系統(tǒng)。取水泵站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)三級(jí)控制：就地、泵站控制室監(jiān)控系統(tǒng)、化工廠控制中心監(jiān)控系統(tǒng)。上、下控制級(jí)之間，下級(jí)控制的優(yōu)先權(quán)高于上級(jí)。各級(jí)均設(shè)有“就地/遙控”兩種方式，各設(shè)備均可通過(guò)“就地/遙控”選擇開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作遠(yuǎn)程控制的切換。

　　2. 2工藝控制方案

　　取水泵站共有5套設(shè)備, 其中每套設(shè)備包括1塊格柵、1臺(tái)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、1臺(tái)高壓泵、1個(gè)電動(dòng)出口閥，5套設(shè)備共用一臺(tái)移動(dòng)式格柵清污機(jī)。5臺(tái)泵對(duì)應(yīng)5個(gè)吸水池, 吸水后送入廠區(qū)冷卻水供水主管。在每臺(tái)主泵出口處裝有智能壓力變送儀表, 便于監(jiān)控每臺(tái)水泵的出口水壓。

　　2.2.1 監(jiān)控信號(hào)的采集

　　為了實(shí)現(xiàn)泵站設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行和狀態(tài)監(jiān)控，泵站控制室PLC站需采集和監(jiān)控的內(nèi)容包括：

　　1) 泵站格柵除污機(jī)前液位，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前后液位;

　　2) 單泵出口壓力;

　　3) 格柵除污機(jī)和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)運(yùn)行工況;

　　4) 機(jī)組開(kāi)停一步化控制;

　　5) 泵機(jī)故障監(jiān)測(cè)和保護(hù)(包括電機(jī)繞組/軸承溫度、水泵軸承溫度等的監(jiān)測(cè));

　　6) 電動(dòng)閥門故障監(jiān)測(cè)和保護(hù);

　　7) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接收 10/0.4KV變電所高壓開(kāi)關(guān)柜上綜合保護(hù)單元采集的信號(hào)，包括 10KV 進(jìn)線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器、饋線斷路器工況;10KV 進(jìn)線電流、電壓、電度、功率因數(shù)。

　　8) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接收低壓開(kāi)關(guān)柜上智能斷路器采集的信號(hào)，包括進(jìn)線斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器工況、進(jìn)線電流、電壓、電度、功率因數(shù)和低壓水泵電機(jī)電流、有功功率、電度。

　　9) 泵站出水總管流量、壓力(根據(jù)泵站總管出口流量控制 NaCLO 加注量);

　　10) 泵站內(nèi)反沖洗泵運(yùn)行工況;

　　2.2.2 取水主泵的啟停

　　本工程采用5臺(tái)功率為1600kW的10kV高壓LB型立式長(zhǎng)軸泵，功率較大;為減小高壓泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)10kV 母排的沖擊，取水泵電機(jī)采用固態(tài)軟起動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)。啟動(dòng)使用高壓斷路器位信號(hào), 可以選擇程控啟動(dòng)和單機(jī)手操啟動(dòng)。在設(shè)備運(yùn)行中, 通過(guò)對(duì)其自身相關(guān)參數(shù), 如定子溫度、驅(qū)動(dòng)端軸承溫度、非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度和電動(dòng)機(jī)電流等進(jìn)行監(jiān)控, 也對(duì)電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境如水位高度等進(jìn)行監(jiān)控。利用傳感器輸入這些模擬量, 并與設(shè)定好的計(jì)算值進(jìn)行比較, 來(lái)判斷電動(dòng)機(jī)是否處于正常運(yùn)行環(huán)境, 保證設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定和狀態(tài)可控。

　　取水主泵啟動(dòng)和停機(jī)的控制要求：

　　1)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備

　　a. 開(kāi)機(jī)組冷卻和潤(rùn)滑水系統(tǒng)的閥門，冷卻水系統(tǒng)向機(jī)組供水5分鐘;

　　b. 排氣閥處于工作狀態(tài);

　　c. 主泵起動(dòng)。

　　2)啟動(dòng)方法

　　a.先將閥門開(kāi)至30°位置，主泵啟動(dòng)，閥門繼續(xù)開(kāi)啟到全開(kāi);

　　b.泵和出口閥門同時(shí)啟動(dòng)，前10秒閥門快開(kāi)，閥門在30秒內(nèi)由開(kāi)啟至全開(kāi)。

　　首臺(tái)泵啟動(dòng)采用方法a啟動(dòng)，當(dāng)共母管的多臺(tái)泵中有一臺(tái)泵已投入運(yùn)行，其余泵亦需投入運(yùn)行時(shí)，采用方法b啟動(dòng)其余水泵。

　　3)停車方法

　　停車時(shí)閥門與水泵電機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)閥門關(guān)閉30°時(shí)，泵電機(jī)斷開(kāi)電源，閥門關(guān)閥時(shí)間30秒左右。

　　根據(jù)以上控制要求，取水主泵機(jī)旁控制箱的電氣控制原理圖如圖1。其中，出口閥門的狀態(tài)信號(hào)取自閥門智能電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)輸出端子。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)SA2來(lái)切換就地/遠(yuǎn)程控制，并通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)SA1來(lái)選擇每臺(tái)水泵的啟動(dòng)方法。

　　圖1 取水主泵機(jī)旁控制箱控制原理圖

　　3 PLC控制系統(tǒng)

　　3. 1在線檢測(cè)儀表

　　根據(jù)工藝流程在線參數(shù)檢測(cè)和控制需要配置必要的流量、壓力、液位在線檢測(cè)儀表：

　　1) 泵站出水總管設(shè)置電磁流量?jī)x1套和壓力變送器1套;

　　2) 單泵出水管分別設(shè)置壓力變送器1套，共5套;

　　3) 泵站格柵除污機(jī)前設(shè)置超聲波液位變送器2套;

　　4) 泵站旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)前后共設(shè)置超聲波液位變送器10套

　　3. 2 PLC硬件配置

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求和通信方式要求, 選用支持RS232和Ethernet 通信方式的S7-300型可編程控制器,PLC模塊與上位機(jī)采用Ethernet 通信方式, 通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行通信。配置SM321數(shù)字量輸入模塊2塊、SM322數(shù)字量輸出模塊1塊、SM331模擬量輸入模塊(用于熱電阻)4塊，根據(jù)配置模塊總數(shù)選擇機(jī)架1個(gè)。

　　表1 PLC系統(tǒng)配置表

　　模塊名稱型 號(hào)

　　PS307電源模塊PS307, 120/230VAC輸入, 24VDC輸出，5A

　　CPU模塊CPU315-2 DP, 128KB RAM

　　信號(hào)模塊SM1SM321, 32點(diǎn)輸入，24VDC

　　信號(hào)模塊SM2SM321, 32點(diǎn)輸入，24VDC

　　信號(hào)模塊SM3SM322, 32點(diǎn)輸出,120VAC, 1A

　　信號(hào)模塊SM4SM331，8點(diǎn)輸入，用于熱電阻

　　信號(hào)模塊SM5SM331，8點(diǎn)輸入，用于熱電阻

　　信號(hào)模塊SM6SM331，8點(diǎn)輸入，用于熱電阻

　　信號(hào)模塊SM7SM331，8點(diǎn)輸入，用于熱電阻

　　信號(hào)模塊SM8CP343-1,工業(yè)以太網(wǎng)通訊處理器

　　DIN安裝導(dǎo)軌DIN Rail,530MM

　　MMC卡2MB MMC卡

　　4組態(tài)監(jiān)控

　　系統(tǒng)的監(jiān)控界面主要由幾部分組成: 各設(shè)備的運(yùn)行情況監(jiān)控, 系統(tǒng)中管道壓力等參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),高壓電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)( 電流、溫度等), 各個(gè)設(shè)備的手操控制、報(bào)警記錄和歷史趨勢(shì)圖等，可實(shí)現(xiàn)如下功能：

　　1) 顯示功能

　　生成取水泵站的生產(chǎn)工藝流程、變配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖，為泵站生產(chǎn)值班人員提供清晰、友善的人機(jī)界面，生動(dòng)形象地反映生產(chǎn)工藝流程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、完成報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢(shì)曲線的存儲(chǔ)、顯示和查詢。生成各類生產(chǎn)運(yùn)行管理的班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)表。

　　2) 工藝參數(shù)設(shè)定功能

　　工藝參數(shù)設(shè)定有兩大類：生產(chǎn)工藝控制點(diǎn)設(shè)定和報(bào)警限設(shè)定。在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上可實(shí)現(xiàn)上述工藝參數(shù)的設(shè)定。對(duì)于設(shè)定值都必須經(jīng)過(guò)確認(rèn)，對(duì)于錯(cuò)誤的設(shè)定和超范圍的設(shè)定計(jì)算機(jī)要進(jìn)行屏蔽并送出“錯(cuò)誤”信息，提示操作人員予以改正。

　　3) 控制功能

　　在基于圖形和中文菜單的方式上，在下級(jí)釋放控制優(yōu)先權(quán)的情況下，操作人員通過(guò)鍵盤或鼠標(biāo)對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行控制。

　　4) 通訊功能

　　泵房控制室 PLC 站與泵房?jī)?nèi)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制站之間以現(xiàn)場(chǎng)總線形式通訊，泵房控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī)與NaCLO加藥間PLC站(設(shè)備配套帶來(lái))之間以現(xiàn)場(chǎng)總線形式通訊。

　　5) 報(bào)表輸出功能

　　泵站監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收現(xiàn)場(chǎng)上傳數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存于服務(wù)器硬盤中，制作出日、月、季、年報(bào)表。各種報(bào)表可按照標(biāo)準(zhǔn)格式或用戶需要的格式打印。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　基于Siemens S7-300可編程控制器和組態(tài)王設(shè)計(jì)的取水泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)和監(jiān)控界面既保證了泵站設(shè)備運(yùn)行的正常可靠, 又對(duì)設(shè)備運(yùn)行性能進(jìn)行了合理優(yōu)化。在一定程度上提高了大型取水泵站的運(yùn)行效率，為大型化工企業(yè)的節(jié)能減排做出了貢獻(xiàn)。