聚酯纖維是我國合成纖維中生產及消費量最大、應用領域最寬的品種，而生產聚酯纖維需要大量的冷卻水。本工程中海水經取水泵站的海水提升泵加壓后，通過輸送管道送入空壓機冷卻設備，進行熱交換后排放。在大型生產企業的給排水工程中,合理地設計取水泵站的控制系統, 選擇高質量且穩定的控制設備是很重要的。本文介紹了國內某大型石化企業給排水工程中取水泵站的自動控制系統。

　　1取水泵站自動控制系統的設計要求

　　按照項目的建設規模，結合廠區工藝的需要，供水流量要求為55000m3/h，所需壓力為0.39MPa。LB型立式長軸泵，可以滿足本工程的流量和揚程，效率較高，可達86%以上，配套電機功率較低，為1600kW，可以地面安裝，節省結構投資，安裝維護管理方便。根據供水量需求及生產機組的距離等設計條件, 本著經濟節能的原則, 取水泵站設置5臺功率為1600kW的10kV高壓LB型立式長軸泵作為取水主泵，每臺流量11000m3/h，揚程0.39MPa。該化工廠選址于海邊, 因此設計時選用的是岸邊式取水泵站, 整個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，另配有相關輔助設備, 如格柵清污機、旋轉濾網、電解制氯機組等。

　　2現場控制要求與工藝控制方案

　　2. 1現場控制要求

　　根據生產實際需要, 取水泵控制系統采用集中管理、分散控制的集散型控制系統。取水泵站現場設備設三級控制：就地、泵站控制室監控系統、化工廠控制中心監控系統。上、下控制級之間，下級控制的優先權高于上級。各級均設有“就地/遙控”兩種方式，各設備均可通過“就地/遙控”選擇開關切換實現手動操作遠程控制的切換。

　　2. 2工藝控制方案

　　取水泵站共有5套設備, 其中每套設備包括1塊格柵、1臺旋轉濾網、1臺高壓泵、1個電動出口閥，5套設備共用一臺移動式格柵清污機。5臺泵對應5個吸水池, 吸水后送入廠區冷卻水供水主管。在每臺主泵出口處裝有智能壓力變送儀表, 便于監控每臺水泵的出口水壓。

　　2.2.1 監控信號的采集

　　為了實現泵站設備的自動運行和狀態監控，泵站控制室PLC站需采集和監控的內容包括：

　　1) 泵站格柵除污機前液位，旋轉濾網前后液位;

　　2) 單泵出口壓力;

　　3) 格柵除污機和旋轉濾網運行工況;

　　4) 機組開停一步化控制;

　　5) 泵機故障監測和保護(包括電機繞組/軸承溫度、水泵軸承溫度等的監測);

　　6) 電動閥門故障監測和保護;

　　7) 通過現場總線接收 10/0.4KV變電所高壓開關柜上綜合保護單元采集的信號，包括 10KV 進線斷路器、聯絡斷路器、饋線斷路器工況;10KV 進線電流、電壓、電度、功率因數。

　　8) 通過現場總線接收低壓開關柜上智能斷路器采集的信號，包括進線斷路器、聯絡斷路器工況、進線電流、電壓、電度、功率因數和低壓水泵電機電流、有功功率、電度。

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

　　10) 泵站內反沖洗泵運行工況;

　　2.2.2 取水主泵的啟停

　　本工程采用5臺功率為1600kW的10kV高壓LB型立式長軸泵，功率較大;為減小高壓泵啟動時對10kV 母排的沖擊，取水泵電機采用固態軟起動方式實現平滑起動。啟動使用高壓斷路器位信號, 可以選擇程控啟動和單機手操啟動。在設備運行中, 通過對其自身相關參數, 如定子溫度、驅動端軸承溫度、非驅動端軸承溫度和電動機電流等進行監控, 也對電動機工作環境如水位高度等進行監控。利用傳感器輸入這些模擬量, 并與設定好的計算值進行比較, 來判斷電動機是否處于正常運行環境, 保證設備運行穩定和狀態可控。

　　取水主泵啟動和停機的控制要求：

　　1)啟動前的準備

　　a. 開機組冷卻和潤滑水系統的閥門，冷卻水系統向機組供水5分鐘;

　　b. 排氣閥處于工作狀態;

　　c. 主泵起動。

　　2)啟動方法

　　a.先將閥門開至30°位置，主泵啟動，閥門繼續開啟到全開;

　　b.泵和出口閥門同時啟動，前10秒閥門快開，閥門在30秒內由開啟至全開。

　　首臺泵啟動采用方法a啟動，當共母管的多臺泵中有一臺泵已投入運行，其余泵亦需投入運行時，采用方法b啟動其余水泵。

　　3)停車方法

　　停車時閥門與水泵電機聯鎖，當閥門關閉30°時，泵電機斷開電源，閥門關閥時間30秒左右。

　　根據以上控制要求，取水主泵機旁控制箱的電氣控制原理圖如圖1。其中，出口閥門的狀態信號取自閥門智能電動執行機構的狀態輸出端子。現場通過選擇開關SA2來切換就地/遠程控制，并通過選擇開關SA1來選擇每臺水泵的啟動方法。

　　圖1 取水主泵機旁控制箱控制原理圖

　　3 PLC控制系統

　　3. 1在線檢測儀表

　　根據工藝流程在線參數檢測和控制需要配置必要的流量、壓力、液位在線檢測儀表：

　　1) 泵站出水總管設置電磁流量儀1套和壓力變送器1套;

　　2) 單泵出水管分別設置壓力變送器1套，共5套;

　　3) 泵站格柵除污機前設置超聲波液位變送器2套;

　　4) 泵站旋轉濾網前后共設置超聲波液位變送器10套

　　3. 2 PLC硬件配置

　　根據現場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模塊與上位機采用Ethernet 通信方式, 通過工業以太網交換機進行通信。配置SM321數字量輸入模塊2塊、SM322數字量輸出模塊1塊、SM331模擬量輸入模塊(用于熱電阻)4塊，根據配置模塊總數選擇機架1個。

　　表1 PLC系統配置表

　　模塊名稱型 號

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

　　CPU模塊CPU315-2 DP, 128KB RAM

　　信號模塊SM1SM321, 32點輸入，24VDC

　　信號模塊SM2SM321, 32點輸入，24VDC

　　信號模塊SM3SM322, 32點輸出,120VAC, 1A

　　信號模塊SM4SM331，8點輸入，用于熱電阻

　　信號模塊SM5SM331，8點輸入，用于熱電阻

　　信號模塊SM6SM331，8點輸入，用于熱電阻

　　信號模塊SM7SM331，8點輸入，用于熱電阻

　　信號模塊SM8CP343-1,工業以太網通訊處理器

　　DIN安裝導軌DIN Rail,530MM

　　MMC卡2MB MMC卡

　　4組態監控

　　系統的監控界面主要由幾部分組成: 各設備的運行情況監控, 系統中管道壓力等參數的實時數據,高壓電動機的實時監控數據( 電流、溫度等), 各個設備的手操控制、報警記錄和歷史趨勢圖等，可實現如下功能：

　　1) 顯示功能

　　生成取水泵站的生產工藝流程、變配電系統實時動態圖，為泵站生產值班人員提供清晰、友善的人機界面，生動形象地反映生產工藝流程的實時數據、完成報警、歷史數據、歷史趨勢曲線的存儲、顯示和查詢。生成各類生產運行管理的班報、日報、月報和年報表。

　　2) 工藝參數設定功能

　　工藝參數設定有兩大類：生產工藝控制點設定和報警限設定。在監控計算機上可實現上述工藝參數的設定。對于設定值都必須經過確認，對于錯誤的設定和超范圍的設定計算機要進行屏蔽并送出“錯誤”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，在下級釋放控制優先權的情況下，操作人員通過鍵盤或鼠標對工藝設備進行控制。

　　4) 通訊功能

　　泵房控制室 PLC 站與泵房內現場遠程控制站之間以現場總線形式通訊，泵房控制室監控計算機與NaCLO加藥間PLC站(設備配套帶來)之間以現場總線形式通訊。

　　5) 報表輸出功能

　　泵站監控計算機接收現場上傳數據，并儲存于服務器硬盤中，制作出日、月、季、年報表。各種報表可按照標準格式或用戶需要的格式打印。

　　5 結語

　　基于Siemens S7-300可編程控制器和組態王設計的取水泵站自動控制系統和監控界面既保證了泵站設備運行的正常可靠, 又對設備運行性能進行了合理優化。在一定程度上提高了大型取水泵站的運行效率，為大型化工企業的節能減排做出了貢獻。