自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的分析與研究

摘要：當(dāng)前，我國(guó)機(jī)械與電力領(lǐng)域的自動(dòng)化技術(shù)伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展而逐步得到普及與應(yīng)用，各領(lǐng)域都積極嘗試創(chuàng)造自動(dòng)化的控制模式。自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)對(duì)我國(guó)供水業(yè)以及政府事業(yè)發(fā)揮著不可忽視的作用，應(yīng)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)給予高度的關(guān)注與重視。本文針對(duì)自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的分析與研究展開相關(guān)的探究活動(dòng)，望本次探究結(jié)果可以為相關(guān)研究活動(dòng)提供參考與借鑒作用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化水泵;供水控制系統(tǒng);模式;研究

中圖分類號(hào)：TP273;TU991文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????? 文章編號(hào)：2096-6903（2021）08-0000-00

近年來(lái)，變頻調(diào)控技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步與發(fā)展，同時(shí)變頻技術(shù)也受到了人們的高度重視與關(guān)注，在工業(yè)與生活領(lǐng)域供水系統(tǒng)中都已經(jīng)廣泛使用變頻器。使用時(shí)間短、耗能高、易跳閘是工頻控制系統(tǒng)的不足與缺陷，此設(shè)備一般需要長(zhǎng)時(shí)間的快速運(yùn)行，極易發(fā)生磨損，致使使用時(shí)間逐步減少，且需要借助調(diào)控閥門與電動(dòng)機(jī)開關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)壓力數(shù)值，噪音大且系數(shù)以及功率因素特別低。本次探究活動(dòng)集PLC、變頻器與重要控制系統(tǒng)于一身，研發(fā)出具有高程度自動(dòng)化水泵供水系統(tǒng)。此系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為：使用便捷、安全性高、資金投入低、體積小等優(yōu)勢(shì)?？梢詫?shí)現(xiàn)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度與流量相協(xié)調(diào)，不僅可以提高設(shè)備工作的效率，還可以起到節(jié)能減排的作用。因此，變頻調(diào)速技術(shù)可以發(fā)揮以下作用：優(yōu)化水泵供水流程、提高經(jīng)濟(jì)效益、恒定輸出流量與恒定壓力的作用。

1 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)綜述

自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)不僅可以操控供水的水量、水位以及時(shí)間，還可以操控企業(yè)用電承載量、泵閥鎖的開關(guān)、水泵運(yùn)行等。自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)管與操控水泵作業(yè)中的數(shù)據(jù)以及參數(shù)，能夠有效解析與調(diào)控企業(yè)能源的耗電高低期。此外，將計(jì)算有效融入自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)中，可以對(duì)水泵系統(tǒng)作用狀況實(shí)行遠(yuǎn)程操控，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)可以操控計(jì)算機(jī)對(duì)水泵作業(yè)情況與工作數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，并將這些數(shù)據(jù)輸送至水泵控制系統(tǒng)中，可以自動(dòng)操控水泵的流量與水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。為滿足自動(dòng)化操控與管理的需求，自動(dòng)化水泵控制系統(tǒng)應(yīng)符合擴(kuò)展性高的特性，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中重視提升其擴(kuò)展性，應(yīng)依據(jù)企業(yè)的具體需要可以隨時(shí)增減操控節(jié)點(diǎn)。還應(yīng)對(duì)安全性給予高度的重視，水泵可能會(huì)面臨軸承溫度過高、電機(jī)故障與水泵流量等問題，為有效預(yù)防此問題的發(fā)生，應(yīng)在日常工作中做好提示與警示的工作。比如，每個(gè)水廠的水庫(kù)儲(chǔ)存量都會(huì)有最大與最小的限定值，無(wú)論是低于最小值還是高于最大值，自動(dòng)控制系統(tǒng)都發(fā)出警報(bào)或者提示。應(yīng)借助現(xiàn)成水泵作業(yè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)判定水泵的工作狀態(tài)，是否處于正常轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包含水泵流量、電流、水位、電壓、作業(yè)溫度與閥門開啟狀態(tài)等等。借助以上實(shí)時(shí)參數(shù)能夠深入剖析當(dāng)前水泵的工作效率與耗電狀況，對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到一個(gè)保障的作用。

2 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的控制原理

自動(dòng)化水泵控制供水系統(tǒng)屬于閉控制裝備，能夠借助PLC與變頻器等以自動(dòng)化的形式來(lái)調(diào)控水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，保障水泵供水的壓力處于平穩(wěn)的狀態(tài)。當(dāng)水泵管網(wǎng)出現(xiàn)壓力過大的情況時(shí)，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)可以以自動(dòng)化的形式來(lái)調(diào)控水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與流量，從而解決水泵壓力過大的問題，有效穩(wěn)定水泵壓力，從而保障水泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)控水泵運(yùn)行速度的呢？主要是以調(diào)控頻率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)利用壓力變送器來(lái)測(cè)量網(wǎng)管的出水壓力，并且還可以將測(cè)量結(jié)果輸送給PLD控制器，PLD經(jīng)過解析并可以推算出合理的頻率，并依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵，從而水泵實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控。PID是PLC內(nèi)置控制模式的核心部分，輸送水管壓力變送器和水泵預(yù)先設(shè)置的壓力二者間的差數(shù)是? p，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)開展調(diào)控的核心依據(jù)也是? p。當(dāng)? p不等于零時(shí)，PID就會(huì)進(jìn)行核算? p的數(shù)值，基于制定的調(diào)控規(guī)律來(lái)改變PLC的輸出數(shù)值，從而改變變頻器的輸出頻率數(shù)值，保障水泵連接管出水壓力的合理性。而? p等于零的時(shí)候，PID就會(huì)停止計(jì)算工作，變頻器的輸出頻率值將會(huì)保持不變，保障水泵電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的合理配置方法

3.1 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)備

PLC控制箱、計(jì)算機(jī)、電信號(hào)工控機(jī)、水泵數(shù)據(jù)顯示屏與外圍數(shù)據(jù)傳感器是自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的組成部分。PLC控制箱模塊能夠調(diào)控編程，還可以實(shí)行PLC計(jì)算，PLC控制箱能夠結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)來(lái)判斷接受信號(hào)的種類，根據(jù)信號(hào)類型與種類以自動(dòng)化形式展開調(diào)節(jié)。此外，還須設(shè)置攝像頭，將攝像頭安置于水泵作用現(xiàn)場(chǎng)，目的為查看與監(jiān)管水泵的作業(yè)狀態(tài)。水泵數(shù)據(jù)顯示屏可以呈現(xiàn)水泵的相關(guān)數(shù)據(jù)與信息。計(jì)算機(jī)模塊可以解析與備份自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)。外圍數(shù)據(jù)傳感器可以獲取水泵作業(yè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包含超聲水位計(jì)、水流量傳感器與電機(jī)電流等等。除以上設(shè)備以外，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)工作者可以遠(yuǎn)程調(diào)控水泵作業(yè)，須留出和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接連的接口。水泵作業(yè)包含以下內(nèi)容：水泵開閉狀況、輔助泵的開關(guān)狀態(tài)、閥門開關(guān)情況、管道流量狀況、水位信號(hào)、壓力狀況、發(fā)電機(jī)的溫度、電流量與電壓狀況等等，以上這些數(shù)據(jù)信息可以以網(wǎng)絡(luò)的形式輸送至控制中心，由相關(guān)操作者、計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)其進(jìn)行解析工作，根據(jù)具體解析結(jié)果來(lái)自動(dòng)化調(diào)節(jié)水泵作業(yè)。

3.2 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的合理配置方法

自動(dòng)化水泵供水系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備是PLC，因?yàn)镻LC有穩(wěn)定水泵壓力與輸入采集信息的重要作用，水泵整個(gè)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性受PLC軟硬件質(zhì)量和匹配度的影響，因此，應(yīng)慎重與合理的選擇PLC的硬件與軟件。生產(chǎn)PLC設(shè)備的廠家很多，需要考慮水泵供水實(shí)際狀況與PLC設(shè)備的質(zhì)量來(lái)合理的選擇PLC設(shè)備。此次研究的PLC設(shè)備由花西子公司所生產(chǎn)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力方面具有便捷性，為向變頻器傳送信號(hào)提供便利。還為水泵供水控制系統(tǒng)建立了模擬輸入量，其中四種模擬輸入（AI）與一種模擬輸入（AO），模擬量為EM 235。其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速是正比例的關(guān)系，轉(zhuǎn)速為NL，轉(zhuǎn)矩為TL，空間轉(zhuǎn)矩為TO。在水泵低速模式運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，變頻器應(yīng)根據(jù)水泵供水系統(tǒng)的情況進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，TL比較低時(shí)應(yīng)調(diào)至節(jié)能或者專用模式。此次探究對(duì)象是型號(hào)為MM440花西子變頻器，具有質(zhì)量高、功能強(qiáng)與動(dòng)態(tài)性良好的優(yōu)勢(shì)，符合水泵高轉(zhuǎn)矩與低轉(zhuǎn)速的需求。依據(jù)水泵的實(shí)際供水需要在初始化程序內(nèi)可以調(diào)控變頻器的供水上下限值與供水壓力數(shù)值。借助PID依據(jù)設(shè)置數(shù)值和被控制實(shí)際數(shù)值的差值來(lái)計(jì)算控制器的輸出量。

4 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的工作流程

排真空流程、閘閥操作流程、水位流量自動(dòng)管理與調(diào)控流程、參數(shù)傳送流程是控制系統(tǒng)的基本流程。

4.1 排真空流程

水泵的葉輪需要全部浸入水中水泵才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，水泵內(nèi)將形成一個(gè)真空空間，在此基礎(chǔ)上才可以完成排水操作。假如不符合上述的標(biāo)準(zhǔn)，或者真空不足都會(huì)導(dǎo)致泵抽不進(jìn)水，或葉輪等旋轉(zhuǎn)的零部件可能發(fā)生破損的現(xiàn)象，因此，在排真空流程中應(yīng)利用射流閥來(lái)抽取真空，且應(yīng)利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控水泵內(nèi)的真空量，根據(jù)具體情況采取針對(duì)性的處理辦法。

4.2 閘閥操作流程

閘閥操作流程屬于操作環(huán)節(jié)之一，在啟動(dòng)過程中利用開關(guān)出水閘閥來(lái)調(diào)控離心式水泵的啟動(dòng)功率，此外，水泵關(guān)閉之前應(yīng)先關(guān)閉閘閥，讓水流動(dòng)的速度慢慢減緩，然后在將水泵關(guān)閉。

4.3 水位流量自動(dòng)管理與調(diào)控流程

為了實(shí)現(xiàn)水泵可以依據(jù)水位流量的狀況來(lái)自動(dòng)打開與關(guān)閉水泵的目標(biāo)，自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的工作環(huán)節(jié)中不可缺少水位流量自動(dòng)管理與調(diào)控的環(huán)節(jié)。如果水泵水位出現(xiàn)過低或者流量過大的現(xiàn)象，系統(tǒng)將依據(jù)實(shí)際情況與具體參數(shù)展開調(diào)節(jié)工作，視情況將閥門關(guān)閉或者將水泵暫停作業(yè)。如果水泵水位出現(xiàn)過高或者流量過小的現(xiàn)象，應(yīng)視情況將水泵閥門加大或者將水泵開啟。

4.4 參數(shù)傳送流程

自動(dòng)化水泵控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是參數(shù)傳送環(huán)節(jié)，PLC系統(tǒng)、中間繼電器與接觸器構(gòu)成參數(shù)傳送環(huán)節(jié)，水位可以通過水泵操作室的屏幕來(lái)實(shí)時(shí)顯示。需要注意的是，備用水泵因長(zhǎng)期不使用易出現(xiàn)受潮的現(xiàn)象，易引發(fā)機(jī)器故障，對(duì)此應(yīng)給予密切的關(guān)注。為有效解決此問題，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障與及時(shí)處理設(shè)備故障，應(yīng)采用輪換的方法來(lái)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。水泵供水系統(tǒng)依據(jù)水泵的開關(guān)數(shù)量將自動(dòng)化的依次輪流打開與關(guān)閉水泵，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺(tái)水泵或者某臺(tái)水泵閥門出現(xiàn)故障，并對(duì)其進(jìn)行檢查與維修的時(shí)候，在輪流開閉水泵環(huán)節(jié)中應(yīng)除去此臺(tái)水泵，對(duì)其他水泵繼續(xù)采用輪流法進(jìn)行檢查。

5 自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的具體功能

水泵的自動(dòng)化控制伴隨著我國(guó)電信技術(shù)和電力技術(shù)的發(fā)展而逐步趨向模塊化，一種設(shè)備或多種設(shè)備組成一個(gè)模塊，在設(shè)計(jì)自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)中控制設(shè)備的選擇與數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)顯得尤為重要。

5.1 手動(dòng)調(diào)控模式

由人為手動(dòng)的方式來(lái)打開或者關(guān)閉水泵設(shè)備被稱為手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，為了可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)控模式，須要在控制箱上安裝開啟與關(guān)閉的選擇按鈕。除此以外，為可以實(shí)現(xiàn)靈活切換手動(dòng)調(diào)控或者自動(dòng)調(diào)控模式應(yīng)在變頻器操作頁(yè)面調(diào)成手動(dòng)或者自動(dòng)兩種操作模式。應(yīng)根據(jù)水泵運(yùn)行的實(shí)際狀況來(lái)選擇調(diào)控模式，根據(jù)情況切換手動(dòng)調(diào)控還是自動(dòng)調(diào)控模式，借助變頻器依據(jù)設(shè)備的具體狀況來(lái)針對(duì)性的調(diào)控水泵的關(guān)閉狀態(tài)，水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)效率由變頻器來(lái)調(diào)控。一般針對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間多余24小時(shí)的水泵應(yīng)用手動(dòng)調(diào)控模式切換為其他水泵，除此之外，手動(dòng)調(diào)控模式還可以用于自動(dòng)化供水設(shè)備的故障檢查與維修。

5.2 PLC調(diào)控模式

為達(dá)到節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)適用的效果，水泵供水系統(tǒng)需要采用變頻器來(lái)對(duì)其進(jìn)行合理與科學(xué)的調(diào)節(jié)，讓水泵供水系統(tǒng)能夠以自動(dòng)化的方式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，可以起到節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)合理的作用，且具有高程度的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，此系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值非常高。水泵供水系統(tǒng)的重要與核心調(diào)控環(huán)節(jié)是PLC調(diào)控模式，在自動(dòng)化水泵供水系統(tǒng)中占據(jù)核心地位，PLC調(diào)控模式主要由三部分構(gòu)成：PLC、PID和壓力變送器。

在自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)中采集信息和設(shè)備調(diào)節(jié)的工作由PLC調(diào)控模式負(fù)責(zé)。

與此同時(shí)，PLC調(diào)控模式還負(fù)責(zé)接受PID智能調(diào)控器與壓力變送器所發(fā)出的AI與DI信號(hào)，壓力一般為四至二十毫安。需要按照水泵的具體運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間來(lái)進(jìn)行整體解析，依據(jù)解析結(jié)果來(lái)選擇性啟動(dòng)哪一臺(tái)水泵，普遍選擇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間比較短且運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好的水泵，這樣可以有效降低水泵因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過久或者長(zhǎng)期不運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)生故障的現(xiàn)象。與此同時(shí)，針對(duì)系統(tǒng)反饋的水泵流量與水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)與信息PLC調(diào)控模式有累積與計(jì)算的功能。PLC調(diào)控模式可以對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，并且可以根據(jù)中央控制層的具體命令來(lái)針對(duì)性的改變調(diào)節(jié)方法。為提高水泵操控的便捷性，為讓值班工作人員更加便捷的掌握水泵實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，一般會(huì)設(shè)置一個(gè)觸摸屏來(lái)為值班工作者提供水泵運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，值班工作者通過觸摸屏即可掌握水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，值班工作者還可以隨時(shí)調(diào)整與修改PLC的各項(xiàng)參數(shù)，促進(jìn)水泵實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.3 中央調(diào)控系統(tǒng)

中央調(diào)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)水泵供水系統(tǒng)發(fā)揮著宏觀調(diào)控的重大作用，將水泵供水系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)與工藝呈現(xiàn)出來(lái)，主要針對(duì)水泵設(shè)備的控制畫面，中央調(diào)控系統(tǒng)能夠以直接的方式打開或者關(guān)閉調(diào)控，且可以以遠(yuǎn)程調(diào)控的方式來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的壓力、頻率與輸出。中央調(diào)控系統(tǒng)能夠依據(jù)取得的具體信息來(lái)設(shè)立各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，還可以針對(duì)各種工藝參數(shù)與工藝數(shù)值開展解析活動(dòng)，根據(jù)解析情況針對(duì)性的優(yōu)化與完善現(xiàn)行的管理措施，在整體上提高經(jīng)濟(jì)效益。借助控制器顯示屏即可對(duì)相關(guān)設(shè)備以直接的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程調(diào)控的功能，且屏幕還能夠呈現(xiàn)參數(shù)變化的動(dòng)態(tài)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況與事故報(bào)警等相關(guān)信息與數(shù)據(jù)，且設(shè)備故障報(bào)告與生產(chǎn)報(bào)告等信息可以以自動(dòng)的方式形成。假如水泵供水系統(tǒng)發(fā)生故障，中央控制系統(tǒng)與PLC可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并且第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信息。

由上可知，近幾年來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展速度越來(lái)越快，為符合時(shí)代的需求與發(fā)展的需要，應(yīng)進(jìn)一步完善自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)，PLC設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)水泵工頻技術(shù)比較具有很大的優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為：穩(wěn)定性高、資金投入低、節(jié)能減排等優(yōu)勢(shì)，還能夠彌補(bǔ)水泵供水工頻技術(shù)的不足，使用價(jià)值較高且值得推廣與運(yùn)用。本文針對(duì)自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的分析與研究展開了一些列的探究活動(dòng)，研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的含義、自動(dòng)化水泵供水控制系統(tǒng)的控制原理、合理配置方法、工作流程與具體功能等內(nèi)容，希望本次探究活動(dòng)結(jié)果可以為相關(guān)研究活動(dòng)提供一定的參考與借鑒價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：蔡源（1970—），男，重慶涪陵人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：國(guó)企黨建、城鄉(xiāng)自來(lái)水生產(chǎn)供應(yīng)及水利水電工程投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理等。

Analysis and Research on Automatic Water Pump Water Supply Control System

CAI Yuan

（Chongqing Water Resources Industry Co.， Ltd.，Chongqing 401121）

Abstract：At present， my country's automation technology in the field of machinery and electric power is gradually being popularized and applied with the development of science and technology. Various fields are actively trying to create automated control modes. Automated pump water supply control system plays an important role in my country's water supply industry and government undertakings， and automation technology should be given high attention and attention. This article launches related research activities for the analysis and research of the automated water pump water supply control system. It is hoped that the results of this research can provide reference and reference for related research activities.

Keywords：Automated water pump; Water supply control system; Mode; Research