自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)研究

王泓

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，并且都取得了不錯(cuò)的績(jī)效。自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅提升了城市供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文首先介紹了自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理，為接下來(lái)的內(nèi)容做好理論基礎(chǔ);之后重點(diǎn)分析了對(duì)于自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)計(jì)，最后圍繞這一系統(tǒng)的基本作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了簡(jiǎn)單探究，使整體結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化水泵;供水控制系統(tǒng)

長(zhǎng)期以來(lái)，在水資源供應(yīng)領(lǐng)域中普遍受到認(rèn)可的是變頻調(diào)控技術(shù)，但是這種技術(shù)在具體應(yīng)用中存在跳閘頻繁、能耗較大等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致供水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)異常現(xiàn)象。自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅能夠有效解決傳統(tǒng)變頻調(diào)控技術(shù)存在的不足，而且更加符合節(jié)能減排的要求?；诖耍嚓P(guān)部門逐漸開(kāi)始引入這種系統(tǒng)，并且其應(yīng)用范圍也在持續(xù)擴(kuò)大，成為現(xiàn)階段供水領(lǐng)域中最受歡迎的一種系統(tǒng)。

1 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理

作為一種先進(jìn)的控制裝置，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的運(yùn)行主要是借助PLC、變頻器等設(shè)備進(jìn)行的，其目的在于保證供水壓力的閉環(huán)控制和穩(wěn)定度?，F(xiàn)階段城市供水量逐漸增大，管網(wǎng)的壓力也隨之加大，針對(duì)這種情況，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度和水流流量符合管網(wǎng)需要，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定水壓和降低能耗的目的。另外，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)能夠通過(guò)調(diào)節(jié)頻率控制水泵轉(zhuǎn)速，其主要作業(yè)過(guò)程在于，通過(guò)這一系統(tǒng)中的壓力變送器檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將與之相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絇ID控制器，PID通過(guò)分析計(jì)算為系統(tǒng)提供合適的頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體作業(yè)過(guò)程中的自動(dòng)化。值得注意的是，PID控制器不僅具有上述作用，而且還是PLC進(jìn)行內(nèi)置控制的核心，它能夠通過(guò)分析Δp（預(yù)先設(shè)定的壓力與給水連接管壓力變送器之間的差值）的不同數(shù)據(jù)情況，為系統(tǒng)控制流程制定不同的方案。具體而言，針對(duì)Δp≠0的情況，PID控制器首先需要計(jì)算出Δp的具體數(shù)值，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)變PLC的輸出值，在這一過(guò)程中，變頻器的輸出頻率也隨之改變，進(jìn)而達(dá)到控制連接管給水壓力的目的;針對(duì)Δp=0的情況，PID控制器不再需要計(jì)算出Δp的具體數(shù)值，因此PLC的輸出值和變頻器的輸出頻率也不會(huì)發(fā)生改變，水泵電機(jī)能夠保持原來(lái)的狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。值得注意的是，工作人員在自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注變頻器的輸出值，一旦發(fā)現(xiàn)輸出值低于50赫茲的情況，應(yīng)該立即切換電網(wǎng)，使該數(shù)值盡快恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)的模式選擇

上面針對(duì)自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，可以發(fā)現(xiàn)，這種系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中整體符合簡(jiǎn)單高效的原則。為了使這種先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)得到更加廣泛的應(yīng)用，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中也需要考慮各種不同的情況。目前，我國(guó)在自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的選擇上，主要涉及到以下三種模式，下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.1.1 手動(dòng)控制模式

在手動(dòng)控制模式下，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)中相關(guān)設(shè)備的啟動(dòng)和停止是由操作人員負(fù)責(zé)的，因此這種控制模式需要在相關(guān)設(shè)備的控制箱中安裝選擇開(kāi)關(guān)。另外，針對(duì)系統(tǒng)中的變頻器操作模板，工作人員可以根據(jù)自身需要和具體情況進(jìn)行手動(dòng)控制或者自動(dòng)控制，具有較強(qiáng)的靈活性。值得注意的是，手動(dòng)控制模式對(duì)于工作人員專業(yè)素質(zhì)和各種技能的要求較高，即工作人員在作業(yè)過(guò)程中首先需要針對(duì)水泵運(yùn)行情況和現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行詳細(xì)了解，之后根據(jù)上述判斷結(jié)果選擇需要開(kāi)啟的水泵，并且需要借助變頻器設(shè)置水泵的具體運(yùn)行效率。一般而言，針對(duì)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大于24小時(shí)的情況，需要操作人員手動(dòng)轉(zhuǎn)換其他水泵的運(yùn)行，確保整體系統(tǒng)持續(xù)處于高效運(yùn)作中。另外，與其它控制模式相比，手動(dòng)控制模式的典型優(yōu)勢(shì)在于，操作人員能夠定期開(kāi)展設(shè)備檢查工作，并對(duì)其中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)維修。

2.1.2 PLC控制模式

現(xiàn)階段在水資源供應(yīng)領(lǐng)域中，政府部門對(duì)于水泵供水系統(tǒng)的最大要求在于經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行可靠、高效節(jié)能。因此，工作人員在設(shè)計(jì)自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)時(shí)，可以選擇借助變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)于水泵的調(diào)控運(yùn)行，其中最核心也最主要的模式就是PLC控制模式。在PLC控制模式下，其中的主要組成部分包括PLC、PID智能調(diào)節(jié)器以及壓力變送器等，能夠發(fā)揮采集數(shù)據(jù)和控制設(shè)備等功能。在具體的作業(yè)過(guò)程中，PLC需要在水泵開(kāi)啟之前，對(duì)水泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和之前的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而自動(dòng)選擇出恰當(dāng)?shù)乃脝?dòng)方式。一般而言，PLC控制模式會(huì)優(yōu)先啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間短且運(yùn)行狀態(tài)好的水泵，這樣才能避免出現(xiàn)因水泵運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者持續(xù)不運(yùn)行而導(dǎo)致的各種問(wèn)題。另外，PLC需要接收PID智能控制器和壓力傳送器等產(chǎn)生的各種信號(hào)，并將其與其他相關(guān)的數(shù)據(jù)信息結(jié)合在一起進(jìn)行累計(jì)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)更加良好的控制效果。當(dāng)然，這種自動(dòng)化的作業(yè)過(guò)程并不意味著工作人員無(wú)法插手其中的任何操作，PLC控制模式還具有一個(gè)隱藏功能，即針對(duì)中央控制層的指令修改自身的控制方案，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化控制效果的目的。因此，為了使工作人員及時(shí)了解水泵的具體運(yùn)行情況，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)在安裝時(shí)會(huì)配備一臺(tái)觸摸屏，這樣工作人員能夠根據(jù)水泵的運(yùn)行狀況以及自身的判斷修改PLC中的參數(shù)，使其作用效果達(dá)到最佳。

2.1.3 中央控制系統(tǒng)

作為自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的“大本營(yíng)”，中央控制系統(tǒng)的主要組成部分僅僅包括設(shè)備開(kāi)關(guān)和設(shè)備控制畫面，但它能夠發(fā)揮宏觀調(diào)度的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于整體系統(tǒng)的全面控制。具體而言，中央控制系統(tǒng)的作用不止于此，它在整體系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)時(shí)間段都進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)度：第一，中央控制系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程設(shè)置變頻器的輸出值、頻率等，進(jìn)而改變供水系統(tǒng)的控制流程;第二，中央控制系統(tǒng)能夠針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集合統(tǒng)計(jì)，并針對(duì)不同的工藝參數(shù)值進(jìn)行具體分析，這一操作能夠?qū)⑵渲杏袉?wèn)題的部分及時(shí)反饋給工作人員，因此在很大程度上優(yōu)化了系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài);第三，中央控制系統(tǒng)為工作人員展示著自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)信息的變動(dòng)情況，對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)的故障也能及時(shí)發(fā)布報(bào)警信號(hào)，以便于工作人員開(kāi)展應(yīng)對(duì)措施，確保整體系統(tǒng)的持續(xù)高效運(yùn)行。

2.2 軟硬件的配置問(wèn)題

作為自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，PLC不僅能夠?qū)Ω鞣N信號(hào)進(jìn)行采集和輸入、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，而且能夠直接影響水泵壓力的穩(wěn)定程度，因此工作人員需要為PLC配置合適的軟件設(shè)備與硬件設(shè)備，確保其在自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的作用充分發(fā)揮。值得注意的是，市場(chǎng)上售賣PLC的商家眾多，很多PLC的質(zhì)量也是良莠不齊，因此工作人員在采購(gòu)PLC設(shè)備的過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)辨別能力，并根據(jù)供水情況和實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

具體而言，在自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的硬件方面，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注對(duì)于PLC設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳感器、LED顯示屏以及電信工控器的選擇和配置。究其原因，在于PLC能夠?qū)⒉杉徒邮盏降母鞣N信號(hào)進(jìn)行放大運(yùn)行，并逐一判斷這些信號(hào)的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和具體類型，但是PLC發(fā)揮上述功能的前提是需要傳感器、LED顯示屏等各種硬件的支持。除此之外，為了及時(shí)明確水泵的運(yùn)行情況、對(duì)系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境實(shí)施整體控制，工作人員需要在水泵作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝適當(dāng)數(shù)量的攝像頭以及與攝像頭相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)備份設(shè)備，這也是工作人員需要采購(gòu)的重要硬件設(shè)備。

在自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的軟件方面，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接口和遠(yuǎn)程調(diào)控程序的安裝和配置，這些軟件系統(tǒng)不僅能夠掌握閥門的開(kāi)關(guān)位置、輔助水泵的開(kāi)啟和停止工作，而且能夠及時(shí)獲取并傳遞系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的水位信號(hào)、水泵壓力以及管道流量等，方便工作人員快速進(jìn)行分析和處理。

3 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)

自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)包括排真空、操控閘門閥門、監(jiān)控水位和流量以及傳輸數(shù)據(jù)等。具體而言，排真空工作首先需要借助真空檢測(cè)器對(duì)水泵中的真空度進(jìn)行檢測(cè)，之后根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)排除水泵中的空氣，確保其中的真空度達(dá)到系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。這一工作環(huán)節(jié)主要是為了穩(wěn)定水泵的導(dǎo)水壓力，確保其在作業(yè)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題;控制閘門閥門的工作即為控制閘門和閥門的開(kāi)啟和關(guān)閉，尤其是在水泵開(kāi)始或者結(jié)束作業(yè)時(shí)應(yīng)該降低閘門和閥門的開(kāi)啟速度，確保水流對(duì)于水泵的沖擊影響降至最低;監(jiān)控水位和流量的工作就是在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中檢測(cè)相關(guān)的水位信息和流量信息，并通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)的控制;傳輸數(shù)據(jù)的工作主要就是將已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，使其完整呈現(xiàn)在LED顯示屏上，但是在傳輸?shù)倪^(guò)程中需要注意防水和隱蔽，避免出現(xiàn)由于硬物毀損線路導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸?shù)膯?wèn)題。

4 小結(jié)

綜上所述，自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)水資源供應(yīng)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，這對(duì)于提高供水效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要的意義?；诖耍嚓P(guān)部門應(yīng)該針對(duì)自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理、設(shè)計(jì)流程以及基本環(huán)節(jié)進(jìn)行深入了解，根據(jù)實(shí)際需求選擇科學(xué)的控制方式，并為系統(tǒng)配置合適的軟件硬件設(shè)備，確保該系統(tǒng)的持續(xù)高效運(yùn)行。

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