在一般的污水處理廠及泵站中，均設(shè)有潛水泵。 在潛水泵的控制系統(tǒng)設(shè)計中，為了簡便可靠，大多采用浮球液位開關(guān)控制進水泵的自動開停。 浮球液位開關(guān)是一種靠液體的浮力改變自身狀態(tài)來達到控制目的的設(shè)備。 它用一根電纜線連接，置于液面之上，內(nèi)部裝有一個開關(guān)，當液位達到或降至某一高度時，浮球液位開關(guān)改變原來直立或傾斜的狀態(tài)，內(nèi)部開關(guān)狀態(tài)隨之改變，開關(guān)信號傳至控制機構(gòu)。 現(xiàn)鹽倉污水處理廠以及長安、周王廟等泵站的水泵自動控制方式即采用這種控制方法。
1浮球液位開關(guān)控制原理
現(xiàn)以我司為例介紹浮球開關(guān)的典型應(yīng)用事例。 進水泵前的污水池設(shè)有 6 個浮球液位開關(guān)，分成2 組，信號送至可編程序邏輯控制器 (工業(yè)常用的一種能按一定順序完成自動控制功能的設(shè)備，以下簡稱PLC)。 浮球液位開關(guān)的位置如圖1 所示。
開泵的控制過程為：
當液位低于 1# 浮球液位開關(guān)時， 將發(fā)出低液位報警信號;
當液位高于 2# 浮球液位開關(guān)時，開 1 臺進水泵;
當液位高于 3# 浮球液位開關(guān)時，開 2 臺進水泵;
當液位高于 4# 浮球液位開關(guān)時，開 3 臺進水泵;
當液位高于 5# 浮球液位開關(guān)時，開 4 臺進水泵;
當液位高于 6# 浮球液位開關(guān)時，開 5 臺進水泵，并發(fā)出高液位報警信號。
為防止進水泵頻繁開停，關(guān)泵順序為：
當液位下降至 5# 浮球液位開關(guān)以下時， 關(guān) 1 臺進水泵(開 4 臺);
當液位下降至 4# 浮球液位開關(guān)以下時， 關(guān) 1 臺進水泵(開 3 臺);
當液位下降至 3# 浮球液位開關(guān)以下時， 關(guān) 1 臺進水泵(開 2 臺);
當液位下降至 2# 浮球液位開關(guān)以下時， 關(guān) 1 臺進水泵(開 1 臺);
當液位下降至 1# 浮球液位開關(guān)以下時， 進水泵全關(guān)，并發(fā)出低液位報警。
為避免1 臺泵重復啟動， 水泵將依次循環(huán)投入工作先開先停，先停先開。 當 1 臺水泵因故障停止工作時，另一臺水泵自動投入運行。 控制流程圖如圖2 所示。
但在實際使用中，為使浮球達到要求的高度和自由動作，要求一段長度的電纜。 電纜用支架固定在提升井內(nèi)。 但在如此大容量的進水的開停沖擊及水流的帶動下，電纜線極易纏繞。加之長期多次重復動作、電纜老化等原因造成的電纜折斷、電纜外皮破裂等損壞問題，使控制受到影響，使進水泵的自動控制無法完成，自動控制形同虛設(shè)。 如果在設(shè)計中注意到這個問題，施工時將浮球的電纜綁在一根鋼管上，僅留一小段能自由運動的長度以避免纏繞。 但這樣其他問題仍無法徹底解決。 而且在實際運行中當浮球出現(xiàn)故障， 要解決和修復已出現(xiàn)的問題，只能等待停泵時進行。 不但影響生產(chǎn)且沉淀污泥產(chǎn)生的危害人體的有害氣體使工作危險性加大。 針對浮球開關(guān)的這些不足和局限， 如果采用超聲波液位計， 這些問題便可迎刃而解。
2超聲波液位計的使用
我公司各泵站的池壁上為監(jiān)視水位而裝了1 個超聲波液位計，在5a 的正式運行中一直處于良好的狀態(tài)，且精度較高，維護、校驗也很方便。 為增進可靠度，也可以考慮再增加1 個超聲波液位計，以防因液位計的故障導致進水泵的誤操作。
(1)根據(jù)原設(shè)計思路和圖1 所示尺寸，可以將原 PLC 程序控制順序改為：
設(shè) 2 個液位計測量值為 X1、X2，儀表的精度為 0.2%，表頭至池底的高度為 8.7m，可能偏差 .034m，取為 0.04m。當 X1-X2〉0.04m 時，取消進水泵的自動控制功能。
開泵的順序為：(假設(shè)最多有 5 臺泵)
當液位上升至 2.90m 時，發(fā)出低液位報警;
當液位上升至 3.12m 時，開 1 臺泵;
當液位上升至 3.34m 時，開 2 臺泵;
當液位上升至 3.56m 時，開 3 臺泵;
當液位上升至 3.78m 時，開 4 臺泵;
當液位上升至 3.90 米時，開 5 臺泵，并發(fā)出高液位報警。停泵的順序為：
當液位下降至 3.78m 以下時，關(guān) 1 臺泵(開 4 臺);
當液位下降至 3.56m 以下時，關(guān) 1 臺泵(開 3 臺);
當液位下降至 3.34m 以下時，關(guān) 1 臺泵(開 2 臺);
當液位下降至 3.12m 以下時，關(guān) 1 臺泵(開 1 臺);
當液位下降至 2.90m 以下時，進水泵全關(guān)，并發(fā)出低液位報警;
每臺泵的開停順序同浮球液位開關(guān)。 具體流程見圖3。
(2)除上述方法外，也可以充分利用 PLC 的計算和判斷功能，用新的思路重新設(shè)計，使程序簡化。
根據(jù)原工藝設(shè)計， 最下部的浮球液位開關(guān)與池底高度為2.90m，每相鄰兩個的距離為 0.22m，液位上升時 ，將所測值減去最底浮球液位開關(guān)的高度除以 0.22m 后取整， 即為將要開啟的泵的臺數(shù);液位下降時，將所測值減去最底浮球液位開關(guān)的高度除以 0.22m 后取整加一，即為將要開啟的泵的臺數(shù)。 液位高于 3.96m 時高液位報警，液位低于 2.90m 時低液位報警。新的流程如圖 4 所示。
3實現(xiàn)的可能性
在我公司各個控制點的實際應(yīng)用中，可以根據(jù)實際需要，合理利用浮球液位開關(guān)以及超聲波液位計 2 種控制方式。 在已設(shè)立 PLC 控制柜的生產(chǎn)現(xiàn)場，以超聲波液位計控制為主;但在尚未安裝 PLC 控制柜的生產(chǎn)現(xiàn)場，從經(jīng)濟角度出發(fā)，暫時用浮球液位開關(guān)直接接在設(shè)備控制柜的自控接口上， 也可達到根據(jù)液位控制潛水泵起停的控制要求， 而且可以很方便地調(diào)節(jié)起停液位。 等整個管線基本正常運行后，再投入 PLC 自控系統(tǒng)。 由于 PLC 自控系統(tǒng)的可靠性較高，配合超聲波液位計對泵的開停時間、臺次進行科學合理的安排，避免人為失誤，增加了控制的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。