（河源市勤诚达水务有限公司广东河源517000）
摘要：本文对供水系统一级泵站机组使用改制电动式蝶阀通过PLC编程控制，来代替原人工操作的机组生产方式优化改造，避免流程繁琐造成误操作损坏设备,对供水调度可靠性及降低生产成本有着显著的成效。
关键词：水泵；电动蝶阀；PLC
一、前言
一级泵站为我司早期投产系统，设施陈旧，操作较繁琐。它由电气控制柜、离心水泵、真空泵及各阀门管道等设施构成，主要承担着将取水口江水通过水泵提升至水池处理后供用户使用,为供水的一个重要环节,泵站供水任务很重，长年几乎满负荷运行，它的运转正常直接影响整个供水系统。
二、问题
一级泵站共有4组160KW水泵机组，在去年6月的安全生产日中，我司自检小组提出一级泵站生产运行存在人员及设备的安全隐患：阀门及电控开关较多,操作很繁琐，操作人员易误操作而造成电气及机械设备的损坏。且现场专设泵工现场值班三班倒操作，每班只有一人，操作人员为24小时不定时到现场操作，泵房环境较差，易发生人身安全事故（公司人员调配较紧张，包括休假及管理共编制5人）。针对上述情况，我司要求由我负责进行对设备设施进行改进优化。
三、分析及方案
简单对现场的4台160KW离心水泵原理进行分析，它是利用叶轮旋转而使水发生离心运动来工作的。水泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水发生离心运动，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。由于水泵在操作不当情况下，没有缓闭阀门将造成水冲击叶轮会使叶轮损坏，另开机前需先关闭阀门缓慢开启，否则将使管网冲击损坏和开机瞬间过流造成损坏（离心水泵阀门关闭时相当空载启动电流为额定电流的1/2-2/3之间），同时每个开机前都通过真空泵来进行排空气，以达吸水管充满水条件（即由真空把江水灌满吸水管）。
为此，在原设施不能更改情况下，考虑将泵站涡轮式蝶阀改成电动式蝶阀（只需更换操作机构部份），由调节型电动执行机构和阀杆连接调试好以后；以电能作为驱动力来驱动硬密封蝶阀阀板，作0~90°部分回转运动。再通过真空传感器测得真空度0.1MPA反馈至PLC，由PLC编程对各阀门及泵的顺序作业，达到中控室远控进行操作。
如一级泵站设备改造的系统，中开式离心水泵160KW*4台（型号：350S44A3用1备，检修时用备用机组投用）、水环式真空泵*2台（型号：ZJZB3k-6为1用1备）、DN400电动阀门1个*4组和DN32真空电动阀*4个，其余阀门为常开状态。开启水泵操作顺序（如1#）：1号真空电动阀打开――启动1号（或2号）真空泵――待DN400管路达真空值达负0.1MPA时――开启1号水泵――关闭1号（或2号）真空泵和打开1号出水电动阀――关闭1号真空电动阀――启泵完成；关闭水泵操作顺序：关闭1号出水电动阀――关闭1号水泵――停泵完成（电动阀门在不接受指令时状态为常闭，真空泵1号或2号为界面选择操作），同时，根据生产自来水依供水量进行中控调度启停水泵机组数量。
DN400电动蝶阀操作机构为3相380V工作电压，接线方式为通PLC控制柜的2个接触器控制正反转（对调任意两相电源实现正反转原理工作），动作90度后通过带达限位后停止工作，左右转动分别有操作限位开关控制阀门动力接触器动作，同时限位开关输出信号开或关（详见电动阀接线图），控制主电路设3P10A断路器对各电动阀进行防短路和过载保护，另DN32阀为普通电动阀AC220V直接控制。PLC输出通过控制中间继电器来进行电动阀和水泵的接触器（控制DN400电动蝶阀操作机构接触器虽然较小可以直接控制，但为提高PLC输出触点使用寿命一致按电动机控制的方式通过中间继电器控制较能可靠运行）。更换蝶阀的操作机构，机构带8#内六角板手进行手动备用控制装置，一旦出现电源故障，可以临时用手动操作，不至于影响使用。另外在更换电动阀门时只需更换操作部份，通过松掉螺丝拆卸蜗轮操作机构，更换电动操作机构。图3为改制蝶阀电动机构电路原理图，1、2、3为三相控制电源输入，实现正反转，4、5、6为带行程限位控制接触器线圈，7、8、9为信号输出。同时根据市场了解，改造阀门DN400电动蝶阀费用约5000元每个，DN32电动蝶阀费用约2000元每个，费用不算很高，该实施不存在问题同时可以降低工程时间。
图（3）
电气控制系统由触摸屏向PLC发信启停泵机，PLC接收指令处理后对各泵及阀进行控制，除动力控制柜为原有（原动力起动为自耦变压器降压起动，由三个接触器和一个自耦变压器等组成），PLC利用其远控端子进行制，以降低工程周期及工程费用，其余PLC控制柜（含触摸屏）、电动式阀门操作机构及DN32电动阀为新增加，另通过新增控制线与各器件连接。
编缉PLC及触摸触屏程序，触摸屏画面上分别每4台泵机上都有开、关、运行指示，2台真空泵运行指示、待机指示、1#用2#备开关、2#用1#备开关等，另PLC程序按启、停泵顺序进行编写，且与触摸屏元件编号对应(本次不标注程序及电气图附件)。主电气图进行对原电气动力柜电路图分别为4台自耦变压器变压器通过接触器降压起动运行，自耦起动选60%电压档位先KM2、KM3启动运行，再100%档全压KM1运行，其中两台真空泵为全压运行接触器4KW。本次改造新增电动阀和出水电动蝶阀一次控制，通过KM1、KM2来实现正反转而开关阀门，主电路同时设防浪涌装置进行防护。通过PLC输出控制KA继电器来控制KM2、KM3线圈（启动线圈），接着由PLC输出控制KA继电器来控制KM1线圈运行达到全压运行。另用中继KA9、KA10来控制真空泵KM线圈。由PLC的输出控制KA继电器来控制电动阀的KM1、KM2正反转接触器，KM1、KM2为1个KA继电器的开、关和电动阀的限位触点来控制，降低施工布线难度，且PLC选型上可由三菱的FX2N－48MR即可满足，该PLC为48点输出（输入输出分别24个）。其中I/O分配图由YO－Y7、Y10－Y21控制继电器KA1－KA18，X10为真空传感器开关量信号反馈。
四、工程实施
以上方案经报我公司各级领导审批，经深度研究可行性一致通过。采购相应材料进行改造，按电气规范对其各器件进行施工，如各器件的要求装接地线、导线进线属槽（管）敷设、导线工艺及线径和各控制柜进行可靠接地等。其中安装PLC控制柜（含触摸屏）1台，更换DN400电动阀操作机构4台，连接PLC控制柜至动力柜控制线1组，更换DN32电动阀4个，现场布置控制4组及信号电缆6组（包括真空传感器信号线2组），经1个月工期的安装周调试后各环节工作较顺利，后期泵站直接由水厂中控室直接操控，节省了现场操作人力，并且原值班人员5人由于安装公司正急缺的工程施工队伍任职，缓解了公司人员紧缺状况，同时提高了设备的可靠性，受到公司领导的表彰。
参考文献
[1]钟肇新、彭侃编译，《可编程控制器原理及应用》，华南理工大学出版社，2001年4月第2版.