防冻液液位计在地面排水控制系统改造中案例分析

发布时间：2021-01-12 05:40:46

地面排水系统主要用于收集地面雨水并排放到大海中，可用于地面排水系统的液位计的选择有多种，如电结点式液位计、防冻液液位计、超声液位计等产品，其中使用较为广泛的就是防冻液液位计，因为其安装和维护都非常方便，测量结果也很精准。也可以配套相应的远传信号装置，进行远程的报警和控制。在本文的案例中，以前的工程系统一直使用的是电结点式液位计，但缺陷也很明显，易受环境潮湿和结垢的影响，性能不稳定，并且安装位置较低，不便于维护。后来通过国产化改造，使用了国产的投入式液位传感器和智能二次显示表替代了电结点式液位计，但改造后的系统因设计存在不足，防冻液液位计故障后，造成轴流泵无法停运，空转烧毁。为了避免泵空转事件的再次发生，应用S7-200系列PLC又对地面排水控制系统进行了改造，成功解决了系统存在的问题，提高了系统的可考性。

一、 初次改造后控制系统简介
1.1 系统功能
地面排水控制系统主要用于实现两台轴流排水泵的启停，排出地面水收集地坑的水。控制系统通过测量地坑液位，当液位高度达到*一启泵设定值时，启动1台排水泵进行排水，当液位高度达到*二启泵设定值时，启动另1台排水泵进行排水，当液位降到停泵液位时，停止排水泵运行。
1.2 系统结构

如图1所示，国产化改造后，地面排水控制系统用防冻液液位计测量地坑液位，用智能二次仪表接收防冻液液位计的信号，并根据设定的液位报警值向电气控制部分发出启动和停运排水泵信号，控制系统配置了2个防冻液液位计，通过1个转换开关，可以选择投入使用的液位计，也可对比两个液位计的测量数据，通过定期巡检发现液位测量故障。
二、系统存在的不足
2006年，因投入使用的防冻液液位计损坏，输出液位测量值保持不变，并高于*一启泵设定值，导致了排水泵无水空转，轴承失去水润滑冷却烧毁，事后，对控制系统进行了研究和分析，发现存在初次改造后系统存在以下问题：
1）未考虑液位计损坏保护停运排水泵。
2）配置了2个防冻液液位计，但受智能二次仪表的功能限制，只能投入1个液位计作为逻辑判断的依据。
3）没有液位计故障诊断和报警功能。
4）根据运行经验，在切换液位计过程中，因电流冲击易发生液位计的损坏
三、 系统改造
为了解决目前系统存在的问题，应用S7-200系列PLC对系统进行了再次改造，改造后系统的结构如图2所示，选择了CPU224中央处理器、EM235模拟量输入输出模块、TD200显示单元，并设置了液位计故障报警灯。
CPU224可以用编程软件STEP7-Micro/WIN 32进行逻辑编程，同时引入两个防冻液液位计的信号，实现复杂的控制功能，主要的逻辑功能如下：
（1）通过两个液位计测量值对比实现了液位计诊断和报警功能，当两个液位计的差值绝对值超过设定值时，发出报警，点亮报警灯，便于巡检人员及时发现液位计测量故障。
（2）当存在液位计测量故障时，发出保护停泵命令。
（3）取两个液位计测量值的平均值作为液位测量值参与启泵和停泵的逻辑判断，提高了测量的准确性和可靠性。
（4）通过TD200可以同时显示两个液位计的测量值和液位差值，不需要硬切换，避免电流冲击导致液位计损坏。
实现起停泵控制和报警的梯形图逻辑如图3所示：

四、本文总结
通过S7-200系列PLC在地面排水控制系统改造中的应用，提高了系统的逻辑处理能力，摆脱了智能二次仪表的功能限制，实现了液位测量的故障诊断和报警功能，解决了单个液位计故障导致排水泵无法停运的问题，提高了系统的可靠性，对类似系统的设计和改造有一定的参考意义。