导语： 污水处理行业亟需以最低成本实现对污水泵站的精确控制，这一需求将泵控技术推向了新的高度。非接触式超声波测量正是成功的关键所在，正如脉冲过程测量公司的基思·弗林特所解释的那样。

引言

污水需经由庞大的收集点网络才能到达任何污水处理厂。这些收集点是设于地下的集水坑，汇集生活污水、雨水径流及允许排放的废水，然后被泵送至下一站点或处理厂。成千上万这样的泵站遍布各地，从乡村到海滨长廊，但在人口密集区最为集中。每个湿井通常配备两台潜水泵，根据井内污水水位进行控制。

控制技术的发展

早期，控制方式简单，仅为每台泵配备一个浮球开关，通常设置在不同深度，以实现基本的"主用/辅助"泵控制。可以预见，这种维护量很大，因为工程师需要定期清理设备上的"纤维缠绕物"。纤维缠绕物堵塞泵叶轮是水务公司面临的最棘手问题之一，这一长期难题消耗了大量维护时间。

因此，业界需要非接触式的测量和控制方法。自20世纪80年代末以来，非接触式超声波技术已成为测量液位的首选技术。

超声波测量原理

典型的超声波测量系统包括一个直接安装在井口上方的传感器"探头"，以及一个独立的处理信号、通信和控制功能的控制单元。系统向液面发射超声波脉冲，测量回声返回探头所需的时间，并将其转换为距离。数字信号处理技术的成熟极大地推动了该技术的普及，使测量变得可靠，不易受井内梯子横档、链条、泵头等其他物体产生的干扰回声影响。

早期的设备功能单一，仅能测量液位，泵控功能由针对特定应用单独编程的可编程逻辑控制器（PLC）完成。随着技术进步，超声波控制器所能承担的功能范围也在不断扩大。控制重心已从PLC转向了集成的超声波控制器本身。这非常合理，因为液位控制器必不可少，且作为专用标准单元，它可以包含所有必需的控制功能，并可在现场或安装前进行配置。

现代控制功能

用户需求推动了现代超声波设备内部控制功能的发展。制造商积极响应，开发出满足用户不断变化需求的产品。现代超声波系统标准内置了多种泵控模式，如主用/辅助、主用/备用、主泵轮换、先启先停以及泵运行时间统计等。控制系统需要能适应工程师可能需要的任何两台或三台泵组的配置。大多数超声波控制器至少提供一个与液位成比例的4-20mA输出信号，以及多个用于启停泵的控制继电器。还可提供报警功能，如液位超限或液位变化速率超限报警，后者可能预示着泵需要维护。

近年来，发展出一些专业应用，并开始监测新参数。例如，越来越需要测量从各泵站泵送的液体体积。如果已知每个站点的泵送量，控制和管理就会更简单。既然已安装了超声波控制器，为何还要额外安装流量计？超声波控制器测量液位，并可根据湿井的横截面积推导出泵送体积。同样，也可以记录和监控泵效率；有些系统会将泵送体积与理论泵效率进行比较，并报告泵的性能状况，从而更容易制定维护计划。

节能与高级控制

能耗成本是关键问题。电价在一天中变化，冬季由于TRIAD时段的实施而更为复杂。TRIAD本质上是电力供应商对工业用户在高峰电价时段用电的惩罚性高电价。

更高规格的控制器包含复杂的软件程序。例如脉冲公司的峰值电价规避程序，该程序按以下顺序运行：

在高峰电价期开始前，湿井需尽可能排空；在高峰电价期结束时，湿井需尽可能满蓄。因此，控制器会在HTP开始前将液位降至最低。随后，它会监测湿井的填充速率，计算填充至最大安全液位所需的时间。泵只会在需要将液位降至溢出警戒线以下时才启动。在低电价时段，泵会运行至低液位，但PTA程序允许泵仅在需要降低液位时运行，以便在HTP结束时使湿井能蓄至最高安全液位，从而在整个HTP期间将泵送活动降至绝对最低。

应对异常事件

在某些情况下，可能需要考虑突发暴雨等异常因素。此时可接入雨量计信号，使控制器能够预估进水流量增加的可能性，并相应提前降低液位，保护泵站免遭淹没。

智能报警与自动恢复

水泵工程师面临的关键问题之一是人力资源的有效利用。如果泵跳闸，技术人员必须前往现场，通常只是为了按下按钮重启泵。这会导致大量时间和精力的浪费，更不用说此类出行带来的碳足迹。最新的泵站控制器包含多个数字输入/输出点。数字输入用于检测泵的状态，部分数字输出则专用于泵的跳闸回路。数字输出可自动重启跳闸的泵，这为维护人员节省了大量时间。如果泵在半小时内无法重启，或在24小时内跳闸六次，系统将发出警报，提醒站点管理人员可能存在故障。

结论

我相信，任何尚未了解最新一代超声波控制器功能的人，都会对其已达到的精密程度感到惊讶。或许值得一提的是，拥有所有这些功能的控制系统成本低于1000英镑，与定制的PLC系统相比具有非常显著的成本优势。