水泵控制系统

水泵控制系统（精选十篇）

水泵控制系统 篇1

目前各煤矿都在装备水泵自动控制系统, 其性能的稳定可靠性对于排水泵房的正常运行非常重要[1,2], 而对水泵压力监测功能的实现, 又是水泵自动控制系统中一个非常关键的因素。笔者从实际应用出发, 根据近几年对水泵系统的设计及安装调试经验, 以及对水泵运行过程的分析, 特别是对水泵压力监测数据的分析, 编写了矿井水泵自动控制程序, 实现了稳定可靠的矿井水泵自动控制功能。

1 压力传感器选型

水泵在整个启动及停止过程中需要监测2个压力数据, 即水泵的真空压力和排水压力[3]。真空压力主要用于判断水泵是否允许启动, 排水压力则主要用于判断水泵运行后排水是否正常。所以在水泵的抽真空管路上安装真空压力表, 在水泵出水管路安装排水压力表[4]。

考虑到压力传感器在井下的应用环境, 在选型时需要考虑以下几点: (1) 精度方面, 线性误差低于满量程的0.2%, 长期稳定性优于0.1%; (2) 抗过载能力强, 防水性能好, 能用于真空场合; (3) 电子部件模拟式, 经济型, 响应速度快, 尤其适用于快速反应过程; (4) 螺纹连接, 安装调试方便。经过多次实际应用, 最终选用PMC41系列智能压力表;根据实际常用水泵情况, 真空压力表量程选用-0.1～+0.1 MPa, 排水压力表量程选用0～4 MPa。

2 压力数据的监测

压力传感器一般输出直流4～20 mA信号, 对应相应量程转换成压力数据。转换过程主要通过水泵自动控制系统的软件来实现。水泵一次正常启动、运行、停止过程即可监测出真空压力与排水压力的实际数据。

图1、图2描述的就是2个压力数据在水泵正常运行过程中的变化曲线。

3 压力数据在程序中的应用

水泵正常运行时, 其压力数据自然会按照图1、图2所示的曲线, 控制程序也会正常执行, 此时操作人员不需采取任何措施。但如果水泵在运行过程中出现故障, 而从表面无法判断故障类型时, 自动控制程序就可以将检测到的压力数据与水泵正常运行数据比较, 以此判断故障类型, 从而指导控制程序输出相应指令来采取保护措施。该方法一方面保证了水泵自动控制系统的可靠运行, 另一方面也避免了排水设备产生重大的故障损失[5]。

首先分析真空压力在控制程序设计中的应用。水泵启动前首先要对其进行抽真空灌水, 灌满水后才能启动水泵。通过监测真空压力数据来判断水泵是否灌满水。当实际检测到的真空压力达到设定压力值时就可以启动水泵, 如果达不到设定的真空压力值, 则判断为抽真空管路有问题, 无法抽真空给水泵灌满水, 故不能启动水泵。图 3为该时段的真空压力分析程序流程。

水泵启动以后真空压力在正常情况下基本保持在一个水平线, 如果监测到的实际真空压力逐渐或者立刻变小, 说明水泵有漏气点, 不能继续运行水泵, 自动控制程序应输出指令, 停止水泵。图4即为第二时段的真空压力分析程序流程。可见真空压力主要用于水泵启动前后的自动控制分析。

其次分析排水压力在控制程序设计中的应用。从图2可看出, 水泵启动后, 排水压力会在瞬间达到最大值, 然后稳定在一个稍微小一点的数值上, 停止水泵时压力会达到最大值后瞬间变为零。图2中有2个最高点的原因是这2个期间都有一个排水阀门的开关过程, 所以会有2个变化, 在水泵运行及阀门打开的情况下, 排水压力会保持在一个水平数值。

所以在设计自动控制程序时将排水压力分为3个时段来分析。第一时段为水泵启动后排水阀门没有打开时, 这时泵体无法排水, 所以排水压力会瞬间达到最大值, 如果实际检测到的排水压力达到设定的压力, 那么说明水泵正常, 可以进行下一步控制;如果没有达到设定的压力, 说明水泵有问题, 无法达到排水的要求, 水泵不能运行, 需要停止、检修, 以免损坏水泵。该时段的排水压力分析程序流程如图5所示。

第二时段为水泵运行并且排水阀门打开的情况。此时排水压力应该保持在一个固定数值, 如果排水压力在这种情况下慢慢变小或者瞬间变小, 说明水泵存在漏气情况或者有其它原因, 不具备排水条件, 必须停止水泵并关闭排水阀、检修, 否则会对水泵设备造成损坏。该时段的排水压力分析程序流程如图6所示。

第三时段为排水阀门启动关闭并停止水泵这段时间。这段期间排水压力应随着阀门的关闭又一次达到最高值, 水泵停止后瞬间变为零。如果实际检测到的排水压力值小于设定压力值, 说明水泵设备存在问题, 需要停止水泵并检修。该时段的排水压力分析程序流程如图7所示。可见, 排水压力主要用于水泵启动后与阀门打开、关闭情况下的自动控制分析。

在水泵运行过程中, 真空压力与排水压力同时存在, 2种压力异常数据产生的原因一样, 导致的结果也一样, 所以只要有1个压力数据不满足条件就需要控制程序输出指令控制水泵设备停止。

4 结语

通过对水泵排水压力与真空压力的监测分析, 将其应用于水泵自动控制系统的程序设计, 实现了水泵的自动控制功能, 不但能够使控制系统更加稳定可靠, 而且能够很好地保护水泵及相应设备, 对煤矿的安全生产具有重要的意义, 同时使煤矿井下水泵自动化技术更加成熟稳定。

摘要：分析了矿井水泵自动控制系统中水泵真空压力和排水压力在水泵正常运行过程中的变化情况, 讨论了水泵真空压力和排水压力监测数据对于水泵自动控制系统程序设计的作用, 指出真空压力监测数据主要用于判断水泵是否允许启动、排水压力监测数据主要用于判断水泵运行后排水是否正常。实践证明, 根据该原理设计的控制程序使矿井水泵自动控制系统更加稳定可靠, 而且能够很好地保护水泵及相应设备。

关键词：矿井,水泵,自动控制,真空压力,排水压力,数据分析

参考文献

[1]李胜旺, 吉贵堂, 赵晓旭, 等.矿井主排水自动化控制系统[J].工矿自动化, 2002 (1) :3-5.

[2]高林.煤矿井下排水自动控制系统的研究与开发[D].太原:太原理工大学, 2007.

[3]刘冰, 陈洪亮, 贾立新.煤矿水泵自动化监控系统设计[J].煤矿机电, 2004 (5) :100-102.

[4]李亚哲, 刘媛媛.煤矿井下主排水系统中真空管网的设计[J].工矿自动化, 2010 (4) :81-83.

矿井水泵自动化控制系统分析 篇2

摘要：对井下水泵的控制系统进行分析，并探讨了排水系统的构成，从硬件以及软件等部分对井下水泵自动控制系统进行分析，并总结了该系统在井下的应用效果，结果表明，设计的基于PLC的水泵自动化控制系统具有稳定性高、操作控制简单，功能齐全等优点，并可以降低井下工作人员劳动强度，提升矿井自动化水平。

关键词：水泵；排水；控制系统；PLC

在井下煤炭进行回采的过程中，井下涌出的水需要利用水泵及时、高效率的排出到地面，以保证煤矿井下能够安全的进行生产。水泵是整个井下排水系统的核心部件，若排水系统中的水泵出现故障则会给矿井排水工作造成严重影响，严重时可能会造成淹井事故，带来严重的财产损失，因此，保证井下水泵系统的安全高效运行至关重要。基于此，笔者在PLC的基础上，对煤矿井下的水泵自动化控制系统进行设计研究，并对设计的系统进行了现场实验，结果表明，系统可以高效平稳的运行，保证了井下排水系统的安全，可靠。

1.控制系统分析

随着科学技术的向前发现，PLC控制程序已经替代了原有的继电器控制方式，成为现阶段直流使用方式，在对PLC系统进行开发时，需要选择安全、可靠、能够配备的电气元件，并能够适应井下复杂、恶劣的环境条件。严格按照矿山有关标准对元件进行选型，并在设计之初就应充分考虑到井下存在的各种难题，这样才能使得系统可靠，稳定。在对系统进行设计时，需要根据矿井的实际需求，完善采用的PLC硬件以及软件，并能实现自动调整工作状态的目的。在设计的系统中需要实现对水位的自动监测。

2.井下排水系统组成

矿井井下中央水泵房中布置5台离心泵，其中2台水泵工作，2台水泵备用，1台水泵用作检修，与井下的水泵房中水泵相连接的排水管路共有3条，每一台水泵都与两条排水管路进行连接，当一条排出管路出现故障时，另外一条排水管路可以及时的进行替换。井下水泵工作流程为：当井下水位超过一定高度时，与射流泵连接到一起的电磁阀开启，此时射流泵开始向水泵中进行注水，离心水泵入口处的真空度压力值达到设备启动状态的设定的阈值时，驱动水泵的电机开始启动，当水泵出口处的压力值达到设定值时，水泵出口的电动阀开启，开始向排出管路中进行排水。当排水水泵停机时，需要先将出口处的电动阀进行关闭，最后再关闭水泵的电机。

3.系统运行特点

当系统中的组成部件（水泵、阀门或者排水管路）出现故障时，自动控制系统会发出报警信号，同时自动向系统切换至另外不受到影响的管路。同时设计的系统可以实现自动的错开用电高峰期，在用电的低谷段以及平段内运行，水泵运行后将水仓内的水通过排水系统排出后，当水位下降到设计时的低位时，水仓可以腾出较大的空间，这样可以尽量做到避开井下用电的高峰段，同时也可以节省一定的电量。设计的自动控制系统具有手动控制，半手动控制以及全自动控制等三种控制方式，当对设备进行检修或者进行试车时可以采用手动控制方式，通过设置在水泵房中的控制柜来实现对系统进行手动控制；选择半自动控制方式时，井下的工作人员选择哪几台水泵处于工作状态，并由PLC控制器来选择设备的开启或者关闭。选择全自动控制方式时，PLC控制系统可以接收到井下布置的各种传感器的信息，并通过预先设定的程序完成对水泵的自动控制运行，这个过程不需要人工进行参与。在系统中布置的上位机采用的是动态软件，以便达到对水泵及附属的其他设备的监控作用，对井下水仓内的水位，排水系统中的流量、压力、轴承温度、驱动装置的电流、电压等参数进行显现，并提供各类信息的存储，故障提升以及事故报警等功能，同时还可以实现对各类数据报表的打印，历史数据的查询，报表的统计工作等。

4.系统硬件

系统的PLC采用西门子生产的S7-300系列，CPU模块是314，选用PS307电池模块，选用4块型号为SM321的数字量输入模块；1块16×220v，AC的继电器，1块32×24v，DC开关模块，5块型号为SM331的模拟量输入模块；通信信息处理模块1块，型号为CP340。在井下水泵房内安装各种类似的传感器，达到对设备运行状态的实时在线监控，水泵房内的5台水泵均配备YD2010型智能电力参数监控设备，对电机的电量参数进行监控，相关数据传输到PLC控制器中，控制器的CPU对输入数据进行计算，并综合判断。井下水仓水位传感器采用的`是型号为CYB31的液位变送传感器；对水泵压力进行测量的是压力变送器型号为CYA602；采用ZDY-I型真空计对真空度进行测量，该型号的真空计稳定性好，测量精度高，响应速度快，并可以在井下的复杂环境中应用。对电机轴承温度进行测量的温度传感器采型号为WZPD。

5.系统软件设计

（1）系统软件的操控方式如图1所示。（2）井下水泵房设备的自动开启与关停。通过对启动井下水泵数量程序，以及水泵工作模式轮换程度，就可以知道井下正在运转，处于工作状态的是具体哪个编号的水泵，并自动对水泵的工作状态进行检查，当满足水泵开机条件时，系统自动开启水泵运行。并避开井下用电的高峰时段，选择用电平稳或者底谷段，为了节省设备用电，在井下用电高峰结束前只需要保持井下水位不超过设计的最高水位值即可。（3）工作状态自动切换。在井下水泵房中每个水泵中都安装两个数据存储设备，用以对设备的运行时间以及设备的运行次数进行记录，当启动井下水泵时，系统会根据相关数据自动判断运行时间最短且稳定性最高的水泵进行工作，当两台水泵的工作时间比较接近时，且工作时间都是最少的，系统会根据水泵的运送次数进行判断，选择运行次数最少的水泵作为优先启动的设备。当系统中的某台水泵启动时，系统会根据与水泵相连的两条管路中运行工作最短的一条，若两条管路运行时间较为接近，则选择运行次数最少的管路。

6.总结

在煤矿井下采用设计的自动控制系统，运行结果表明：该系统具有操作控制简单，功能齐全，维修管理较为简便的特点，系统能够保持长时间的平稳稳定。与以往采用的系统相比，能节省大量的人力，降低井下工作人员的劳动强度，并提高了矿井的自动化水平。

参考文献

[1]张耀军.矿井主排水泵自动化控制系统的研究思路探索[J].硅谷,2014,7(17):61+77.

水泵控制系统 篇3

关键词：动力机功率；水利工程；水利系统；灌溉系统；额定转速；配套转速；水泵

中图分类号：S232.9 文献标识码：A文章编号：1674-0432（2012）-09-0256-1

在灌溉系统工作中首先遇到的问题是要选择合适的水泵。在水泵的选择中，其性能、设计流程、设计扬程以及水泵的选型都是十分重要的，然而最为重要的是其动力系统的配套，对此，本文对动力机功率和配套转速的确定进行了分析研究。

1 动力机功率的确定

所选定的水泵需要多在功率的动力机械去配套，通常在选择水泵型号时，可同时在水泵规格性能相关的表中查到，按表中规定直接选配动力机就可以了。但是，有时水泵机组的工作条件有变化，动力机的类型及传动方式也有变化，以及其他因素的变化等，造成规格性能表中规定的配套功率可能与实际需要的配套功率相距甚远。如果大功率拖小水泵不但设备投资大，而且使用中长期多耗油、电，将造成很大的浪费；如果动力机功率改小了就很可能长期超负荷甚至于拖不动，影响机械使用寿命，严重时可能会发生烧坏电动机等重大事故。所以，动力机功率大小必须与所选定的水泵配套。通常动力机配套功率的计算公式按照如下的标准进行：P配=KP轴/η传。公式中：P配表示动力机的配套功率，单位为KW；P轴表示水泵的轴功率，单位为KW；K表示功率储备系数；η传表示传动效率，用%表示。功率储备系数K的功用，是考虑水泵在运行中可能发生意外的超负荷现象，避免动力机熄火或烧坏。在一般情况下，配套用大功率的动力机采用的储备系数小一些，配用小功率动力机采用的储备系数大一些。储备系数的值，可在有关手册中选取。传动效率η传的大小与传动方式有关。采用联轴器直接传动时η传为0.95～0.985，采用平带传动时η传为0.85～0.95。

2 配套转速的确定

采用V带传动时每台选定的水泵，都有它自己的额定转速。水泵只有在这个转速下工件，才能最好地发挥其性能，因此所选动力机的转速以及传动方式必须满足水泵对转速的要求。所谓配套转速，是指动力机按它的额定转速运转时，被拖动的水泵也必须在它的额定转速下运转。因此，需要根据动力机类型、性能以及传动方式来处理好水泵和动力机转速的配套关系。

一般原则是若采用电动机作为配套动力，应尽量选择额定转速与水泵额定转速相一致的电动机，并采用传动效率比率高的联轴器进行直接传动。若选用柴油机作为配套动力，或选用电动机的额定转速与水泵的额定转速不一致时，就需要采用带传动装置进行间接传动。采用带传动时，动力机的额定转速与水泵的额定转速可以不一致。但它们之间必须满足动力机和水泵的转速之比（速比）与动力机和水泵带轮直径之比成反比的关系。

3 水泵在灌溉结束后的技术保养

毫无疑问，任何一个机械在使用完毕后，其保养是必不可少的。水泵在灌溉使用前和使用后都要注意这方面的事项。

3.1 遵守水泵技术保养规程

水泵的技术保养规程是根据水泵在使用过程中的零部件技术变化发展情况以及水泵的适应情况而拟定的规程，因此其规程对于所有的水泵使用具有指导意义。操作人员在操作过程中，如果能够认真遵守水泵技术保养使用的规程，认真做好水泵的技术保养工作，可以更好地减少或减轻水泵零部件技术状况恶化的速率，延长水泵的使用寿命使其能够更好地报务于农业生产和农田水利工程建设，因此，要按时、按项、按照质量和要求进行水泵的技术保养工作。在一般的情况下，不能只图省钱而任意地削减水泵的保养项目，或者任意地拖延水泵的保养周期，以防止水泵的保养不及时而造成严重的故障或者重大事故的发生。

3.2 针对水泵的不同使用情况区别对待

水泵在进行水利工程灌溉时，由于功率不同和性能不同，使用所需要的条件也会有所不同，因此，其技术状态所受到的影响程度当然也会不同。这就要求对于不同和水泵在执行保养规程的时候要区别对待，即根据具体情况进行相应的变动。比如说在干旱地区和夏季天气炎热时要防止内部胶垫被烤化或磨损而使电机空转发生烧坏电机的情况，对电机密封处要及时进行线圈的密封等。在灌溉季节需要进行灌溉时则要注意千万不能让水发生冻结现象，以免影响电机的正常工作和运转。

3.3 注重保养质量

为了保证水泵使用的技术质量，应当努力提高水泵维护保养的技术人员的操作水平和正确的使用方法，并且一定还要充分注意到必要的物质条件进行补充。有些时候在维修时除常规的使用工具外，还必须注意使用水泵专用的技术工具进行维修，必要的时候，对于一些技术操作要求比较高的复杂操作或者是复杂的技术维修与调整，应当聘请专业人士或者送归厂家进行维修。

3.4 提高水泵的使用操作水平

实践经验证明，水泵技术保养的好坏，关键在于技术操作的问题上。而能否在技术过程中对于水泵进行正确的使用与操作是保证水泵进行技术保养质量好与坏的前提和基础。因此，一是要对水泵定时进行外部和内部的清洗。外部清洗主要是擦拭的方法，防止其有灰尘和水而影响到水泵的正常使用，而且，如果水和灰尘长期得不到清洗会使水泵生锈或者使用时散熱不好而发生故障。内部清洗主要是对水泵进行拆卸上润滑油以保证水泵的润滑作用，避免影响到正常工作。除此之外还要注意定期对水泵进行紧固，防止机器连接部位出现松动现象，从而使机器结构动力和受力不均匀。因此在维修过程中也要充分注意连接部件的正确紧固。

参考文献

[1] 肖兴宇主编.农业机械使用与维护.北京：中国农业大学出版社，2009.

[2] 尹安东，张维标.农用排灌机械使用与维护.合肥：安徽科学技术出版社，2004.

[3] 李自华.农业机械学（上、下册）.北京：中国农业出版社，2001.

水泵远程控制系统设计与开发 篇4

在最近出台的国务院有关生产建设的条例, 我们可以看到, 为了建设:“资源节约型”和:“环境友好型”社会, 国家大力提倡并鼓励采用新的科技, 新的管理方法来进一步降低传统资源的投入, 特别是在一些边远落后的地区通过科技手段来实现远程监控, 进一步节省人力、物力和财力, 具有很重要的现实意义。水泵作为日常生产, 生活的必要工具液体输送, 液体加压的工作方式, 在帮助我们满足农田灌该, 生活用水以及水土保持和沙漠化的防治等方面, 发挥着重要的作用。但在我国大多数地区, 水泵的日常运行、管理和维护还是停留在过去的专人看管的水平上与国外发达国家相比, 我国的远程控制技术还有很大的发展空间, 特别是针对水泵设计的远程控制系统, 在国内应用和推广的还比较少。

近年来, 随着我国信息技术水平的不断被提高, 远程控制已经慢慢成为可能。在一些重点领域比如化工生产, 航空航天以及物流配送等领域都有了比较好的利用和推广。这种远程控制技术是利用计算机网络来实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制, 这种能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。这种远程控制系统从初期的集中控制慢慢演变为网络远程控制。过往的集中远程控制通过大型的仪表来实现对各种重点工艺或重点设备的远程控制, 其操作的主要方式是通过操作盘来实现的。到了20世纪末期, 电子计算机的推广特别是互联网的普及, 让这种远程控制可以通过以计算机为控制主体, 借助各种检测装置和执行装置来实现对被监控对象的远程控制, 特别是在工业生产过程中, 对环境的要求以及远程控制的精确度和稳定性都得到了很大水平的提高。因此, 远程控制系统的技术条件已经基本成熟。

2 水泵控制系统发展的现状及发展趋势

我国是一个最大的发展中国家, 水泵在农业生产和工业用水等领域都是不可或缺的工具。目前, 我国对水泵的控制系统还是以提高水泵自身的工作效率为主, 目的是降低能耗和充分利用自然资源。比如, 在部分地区, 生产、生活通过用单一功率比较大的水泵来取代以往的多台小水泵。通过这种方式可以有效的节约生产材料和各种资源成本包括工程造价来实现对水泵的管理。这种管理只能说是由过去的分散式管理发展为集中化管理, 并没有从根本上实现对水泵的远程控制。最重要的一点, 由于水泵的使用率比较高, 它作为一种基本的液体输送和加压工具本身就意味着是一个很大的耗能点。我国根据建设资源节约型社会的需要, 对于涉能密度比较大, 也就是能源密集型产业, 例如:金属冶炼、石油化工、钢铁、电力、水处理等产业提出了比较严格的节能要求。水泵可以说在其中扮演着耗能大户的角色。根据最新的国家节能减排办公室发布的调查数据显示:水泵作为工业中心流体运送设备所耗费的电量约占我国全年发电总量的1/5。我国的水泵管理方式虽然经过近几年的发展, 已经有了很大的进步, 但和西方发达国家比较来看, 还是存在着水泵管理效率低、能耗比较高、运行费用比较高以及自动化程度比较低的问题, 随着环保问题的日益严重, 全球水资源出现供应紧张, 对远程自动化控制提出了更高的要求, 所以水泵的管理将朝着向高度自动化以及无人现场监守的方向发展。可以说, 对于水泵的重视, 特别是充分利用互联网资源实现对水泵的远程控制, 不光可以实现节能减排, 更有助于提高我国的自动化水平。

3 水泵远程控制系统设计与开发

3.1 远程控制系统

关于远程控制系统目前是国内外研究的重点课题, 关于远程控制系统的概念目前还没有达成一致, 但有以下几点已经获得普遍的共识。远程监控是指利用计算机通过网络系统实现对远程工业生产过程控制系统的监视和控制, 能够实现远程监控的计算机软件系统称为远程监控系统。

国内对于远程监控技术进行了一系列积极的研究。基于Internet控制网络方面的研究也已经起步。在具体的应用方面, 国内的东大公司为自己研发的CT产品进行了开发和升级可以实现对产品的远程诊断和维修。另外国家大力度支持网络通信与维护, 并把它纳入863计划中, 借助互联网来实现对设备的远程监控与控制已经成为目前互联网应用研究的重点。

3.2 水泵远程控制系统的设计

首先, 在远程控制系统中, 要首先确定控制系统中各类数据的传输, 保证不低于1.5的带宽。比如, 实时传送水泵运行过程中各种变量的变化, 然后按照一定的时间节点的要求进行数据的传输。

其次, 配备与控制系统目标相匹配的可编程控制器。在这一控制系统系统的组成中, 可编程控制器的选择尤为重要, 因为它直接关系着操作命令执行的稳定性, 系统的稳定性直接影响着锯石机的工作状态。所以经过多方面的参考与比对并结合国产水泵的技术特点以及对数据输出稳定性的要求, 最终选用的是德国西门子公司生产的可编程控制器。该编程控制器总共包含30个点数, 其中18个是输入点、12个是继电器型输出点。另外还有1个RS-232通讯/编程口, 一个RS-485通讯/编程口。在本系统中可编程控制器通过控制变频器的多段速和外部端子方式与变频器进行直接通讯;通过RS-232串行口与文本显示器来完成人机界面的数据通讯。西门子公司推出KGL-WC编程软件, 为我们提供一个完整的中文编程环境, 可以进行离线编程、在线连接和调试, 并能实现梯形图与语句表之间的互相转换, 具有很强的可操作性。

这种编程控制器取代过去的继电器来实现运算的逻辑控制。随着信息技术的发展, 这种编程控制器已经发展为以微处理器为基础的控制装置, 可以大大超过原有的逻辑控制范围。另外, 这种可编程控制器已经可以兼容计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术, 能够完成对功能的控制, 数据的采集, 信息的处理和传送, 还具备后期的人机界面和调试功能。在水泵的远程控制系统中首先将相关检测指令进行输入扫描, 在这个过程中, 编程控制器会按扫描方式读入该可编程控制器所有端子上的输入信号, 并将这些输入信号存入输入映像区。在本工作周期的执行和输出过程中, 输入映像区内的内容不会随实际信号的变化而变化。然后, 控制系统会执行扫描, 在执行用户程序的扫描过程中, 编程控制器会对用户以梯形图方式 (或其他方式) 编写的程序按从上到下、从左至右的顺序逐一扫描各指令, 然后从输入映像区取出相应的原始数据或从输出映像区读取有关数据, 做由程序确定的逻辑运算或其他数学运算, 随后将运算结果存入确定的输出映像区有关单元, 但这个结果在整个程序未执行完毕前不会送到输出端口上。最后, 编程控制器会输出扫描结果, 在执行完用户所有程序后, 编程控制器会将输出映像区中的内容同时送入到输出锁存器, 然后由锁存器经功率放大后去驱动继电器的线圈, 最后使输出端子上的信号变为本次工作周期运行结果的实际输出。

水泵现场自动控制系统分为现场控制层, 以编程控制器为控制核心, 泵站现场设置现场监控计算机, 负责采集编程控制器上的实时数据进行现场存储管理并与监控中心进行实时数据交换, 并作为现场人机界面, 显示该泵站的运行状态。中央监控系统为中央监控层, 位于水泵运行管理中心, 并配备工控机服务器, 安装二套Server软件, 两者互为冗余系统, 通过数据传输系统采用PPTP协议与现场各泵站监控计算机或者现场编程控制器的实时数据进行交换, 采集泵站现场实时数据。另外监控中心配备两台监控计算机, 并安装组态软件, 作为监控中心监控终端, 在监控中心实现整个系统的实时监控, 数据汇总, 打印等功能。中央监控层平常不参与水泵的自动控制, 只在远程监视各水泵的工作情况, 统计分析各站点设备、工艺参数数据;在需要的情况下, 可通过远程数据传输系统对下层泵站设备进行直接远程控制调度。而在通讯发生故障时, 现场控制层, 不需要依赖中央监控层, 能独立地完成泵站就地控制功能。

最后, 进行远程数据传输功能, 为了实现对水泵的远程控制系统的集中管理调度, 需选择合适的远程数据传输系统, 实现泵站现场与监控中心之间可靠的实时数据传输。在传统的水泵管理模式中, 泵站安排值班人员, 工作人员每天对泵站内的设备情况以及泵房水位进行巡检, 然后通过电话与调度人员互相联系, 根据调度人员的指令手动启停泵房设备。泵站远程监控系统通过现代化的计算机技术进行实时数据采集, 可以实现在监控中心快速、准确、有效的监控调度管网中所有泵站, 实现集中高效的管理。

3.3 水泵远程控制系统的设计意义

水泵的日常运行需要很大的人工来进行系统的维护与保养, 传统的水泵管理办法是在各主要的泵站安排值班人员对附近的小泵站每天进行巡检, 通过电话和泵站管理所调度人员, 而这种方法具有工作量大、效率低、反应慢的缺点, 传统的管理办法与迅速发展的城市的要求越来越不适应。

通过建立水泵的远程控制系统我们可以完成以下功能:首先是通过水泵的远程控制系统可以有效的对各个水泵的实时运行状况进行检测, 并把采集的相关数据进行集中存储、加工和处理为后续的水泵的工作时间和工作强度进行合理的安排和调度, 与此同时通过计算机专业的数据运算能力, 对数据进行深加工, 得出水泵的在各个时间段运行的具体峰值, 便于系统控制人员进行设备的进一步检测。

其次, 水泵远程控制系统通过设定相关指令来实现对水泵工作状态的监控便于中心控制人员通过远程监控来实现水泵的运行和停止, 并且设立最低阈值, 一旦在水泵运行参数出现异常, 或故障等紧急情况, 远程控制系统会启动紧急预案, 并按照提前设置的指示来进行信号提醒和报警, 并且自动完成相关数据的存储和记录, 方便后期进行数据的查询和管理。

最后, 这种水泵远程控制系统, 随着科技的进步, 可以解决传统方法所具有的缺点, 水泵远程监控系统可以借助于远程监控可以将水泵运行的内部信息网 (Intranet) 与控制网有效地连接起来, 实现对生产、运营情况的随时掌握, 把生产运营状况同农业生产与工业生产的经营管理策略紧密结合, 从而实现企业特别是水泵使用比较集中的农业生产企业和原料运输企业等的综合自动化, 可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中, 获得现场监控数据, 为远程故障诊断技术提供了物质基础;通过远程监控, 技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数, 使受过专业训练的人员虚拟地出现在许多监控地点, 方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制, 以维护设备的正常运营, 从而减少值守工作人员, 最终实现远端的无人或少人值守, 达到减员增效的目的。

4 结语

水泵远程控制系统在设计完成后通过在一些水泵使用比较密集的生产企业进行投入运行, 取得了非常好的效果, 极大的提高了水泵的自动化生产水平, 改善了水泵的使用效果, 降低了用工成本。与此同时, 由于该远程控制系统具有操作简单、可靠性高、使用寿命长、节能高效等优点。在未来的企业中具有极大的推广价值。以污水泵站为例, 其日常运行及维护按照传统的管理方式需要很大的工作量, 目前国内很多企业仍然采用人工巡查的办法, 具有工作量大、效率低、反应慢的特点, 因此这种水泵远程控制系统的发展还有很大的发展空间。本文设计的水泵远程控制系统, 通过网络系统对远程泵站实施监控和控制, 可以实现无人值守、远程集中控制, 节省大量的人力、物力、财力和提高管理水平和工作效率, 以及提高信息化和自动化、网络化水平。当然, 远程控制系统在水泵的维护管理中的应用只是一个领域, 未来远程控制技术将会得到更多的推广和使用。目前, 越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势, 利用网络技术实现远程监控, 对企业降低生产成本, 提高劳动生产率, 提高企业产品的科技含量, 以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。

摘要：水泵作为一种输送液体或使液体增压的工具, 在日常的生产、生活中发挥着极为重要的作用, 但在大多数地区水泵的日常维护与管理还停留在过去的专人看管的模式, 反应能力较差, 一旦遇到突发紧急情况无法进行正确科学的应对。近年来, 随着信息技术的不断发展与进步, 对水泵的远程控制已经越来越具有可行性。本文响应国家建设资源节约型社会的号召, 依托虚拟专用网络, 设计了一套水泵远程控制系统, 希望能提高水泵日常管理和维护水平, 为建设和谐社会尽绵薄之力。

关键词：水泵,远程控制,系统设计

参考文献

[1]翟海生.IP VPN隧道协议及其应用[J].通信世界, 2001 (34) .

[2]何宝宏.IP虚拟专用网络技术[M].北京:人民邮电出版社, 2002.

[3]高海英.VPN技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[4]孙为清, 赵轶群.VPN隧道技术[J].计算机应用研究, 2000 (8) .

[5]张大陆, 户现锋.VPN核心技术的研究[J].计算机工程, 2000, 26 (3) .

[6]王涛, 周琦.污水提升泵站无人值守的改造[J].中国给水排水, 2010, 26 (10) .

国家水泵及系统工程技术研究中心 篇5

开放基金管理办法（试行）

本着“开放、流动、联合、竞争”的原则，结合本中心的研究方向：流体机械（泵）、化工过程机械特性及现代设计方法的研究，流体机械内部流场计算及现代测试技术的研究，新型节水节能灌溉技术及设备的研究，人造心脏泵的研究及应用，泵站工程及其自动控制技术的研究，南水北调等大型水利工程用泵水力模型及特性研究等，中心将设立开放基金，优先资助意义重大、学术思想新颖、属于学科发展前沿或优先发展领域，能积极推动相关领域产业技术成果转化，以及与本中心研究方向有关的基础性或应用性研究。

一、资助的研究领域：

1.流体机械内部不稳定流动机理研究； 2.流体机械系统及节能技术研究；

3.面向国家战略需求和重大工程中的新型流体机械装备与应用技术研究； 4.流体机械中的物联网、测试技术、智能控制技术研究； 5.水泵产业的战略研究。

二、申请及审批程序

（一）申请者必须具有讲师以上职称的研究人员、在读博士生、博士后或者相应水平的研究人员。

（二）申请人可以在“江苏大学流体机械工程技术研究中心”网站，下载《工程中心开放课题申请表》，并按规定的格式，认真、如实填写《工程中心开放课题申请表》。申请人所在单位学术主管部门应签署意见，单位领导在申请书上签字并加盖单位公章。

（三）所有申请均须报送电子申请书和纸质申请书原件（一式五份），电子申请书和纸质申请书的内容必须一致。难以电子化的附件材料随纸质申请书一并报送。所有书面文件请采用A4纸打印和普通纸质材料做封面；不采用胶圈和文件夹等带有突出棱边的装订方式。

（四）评审将按照“公平公正、择优支持”的原则，由中心技术委员会对申请者提交的申请书进行评审，确定资助项目和金额，并书面通知获得资助的申请人。在技术委员会闭会期间，对于某些具有明显创新思路的课题申请，可由中心主任约请3-5名评审专家进行书面评审，并将评审结果通报全体技术委员会委员。

（五）每开放课题的截止日期见当年详细通知。(邮寄申请以邮戳为准)。

三、课题管理

（一）凡经审批通过的课题，课题负责人应于每年12月1日前提交研究进展报告，内容包括：进展情况报告、成果和论著的书面材料和下一研究计划。本中心对报告审查后给出评审意见，评审结果分为合格、不合格两个等级。合格者，继续按原计划资助；不合格者，停止资助。无正当理由不作进展报告者，视为不合格，停止资助。

（二）开放基金基础类项目研究年限一般为2年，产业化技术和工程示范类项目研究年限不超过3年。每项开放课题的资助经费一般不超过10万元人民币，经费首次划拨资助总额的50%，在合同期内，课题负责人需有1篇符合中心署名要求的论文正式发表在SCI收录期刊上，再划拔剩余经费。对于取得重要进展的课题，经中心主任和技术委员会主任同意可以适当增加经费支持。确需延期完成的项目应提前两个月书面申述理由并获本中心主任同意。

（三）开放课题的研究成果归本中心和申请者所在单位共有。获本中心资助的研究课题在课题结题时，应满足考核指标，考核指标为3篇SCI检索论文以及相关模型资料。获得资助的课题所发表的论文、论著、研究报告、资料、鉴定证书以及申报成果，申请者第一单位应中文标注“江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，镇江，212013”字样，英文标注“National Research Center of Pumps, Jiangsu University, ZhenJiang, 212013”。同时，成果资助部分应中文标注“获江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心开放课题资助”，英文标注“Supported by the Open Foundation of National Research Center of Pumps, Jiangsu University”，或同时注明“江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心开放基金资助”（课题编号：NRCP-XXXXXX）。未按要求标注的成果不计入课题考核成果。

（四）原则上开放课题经费仅限于支付该课题研究所需的费用，且不得用于购置属于固定资产的设备等。如果研究工作中使用本中心资助经费购置、加工的仪器设备和装置归中心所有。

（五）开放课题的负责人必须对课题组人员所发表的研究成果进行认真审查，严禁有抄袭、造假等违反科学道德规范的现象存在，如果与开放课题相关的研究成果出现科学道德问题，课题组负责人将负完全责任。

（六）如果发现开放课题因故中断或无法继续进行时，经中心主任批准后，中心有权中断该课题基金的使用或取消原批准的经费。

（七）研究课题结束后，课题负责人应向中心提交下列技术档案资料： 1.研究工作总结报告；

2.已发表及已正式录用的符合中心署名要求的学术论文；

3.研究工作过程中，在本中心实验室完成的全部原始数据资料（如实验记录本、数据光盘等）；

4.课题的鉴定及评审意见； 5.课题获奖证书；

6.其它与本课题相关的成果证明材料。

四、开放课题经费管理办法

（一）开放课题基金使用范围：

（1）与课题直接相关的科研费用，包括：材料费、加工费及分析测试等消耗费用（约占总经费的70%）。

（2）学术活动费（学术会议、调研与出版费等），申请者来中心做实验差旅费等（约占总经费的30%）。

（二）开放课题经费来源于中心基本科研业务费、工程中心建设经费、优势学科建设经费等，课题承担方需提供研究过程中的开销票据到中心报销，相关费用须经中心分管领导签字后在江苏大学财务处进行报销。如果条件允许，建议经费划拨到申请单位进行管理。

（三）仪器设备使用费收取办法

开放课题研究人员使用本中心测试设备所需费用参照中心对外测试服务收费标准，对于无明确收费标准的工艺或其它测试设备，收费标准如下：

使用仪器设备的每小时标准费用按以下公式计算：

每小时标准费用=设备价值/1080×12（用外汇款额度购买的仪器将原价值乘1.6倍）

五、附则

本条例的解释权与修改权属国家水泵及系统工程技术研究中心。

水泵控制系统 篇6

关键词: PLC 水泵测试 控制系统 创新

中图分类号: TQ153 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-026-01

用心脏来形容水泵在供水系统中的作用一点都不为过,因为实现对水泵的可靠控制至关重要,它的可靠性是供水系统成败的关键。传统的水泵控制系统控制柜体积较大、可靠性较低且调试检修和维护均很不便,其主要是由继电器控制线路组成,器件排列复杂,二次接线繁琐。但是采用PLC 实现对水泵的测试控制极大的提高了设备在线故障监测能力以及系统的可靠性和自动化水平,关键原因是其不仅取消了所有的中间环节和二次接线,与此同时也大大减少了值班人员对消防水泵定期手动测试的工作量。

现在国内的那些水泵生产企业在做水泵型式试验和出厂试验时,尤其是采用专用测量仪器与仪表的水泵微机测试系统时,在精度和效率方面都有一些提高,但仍然存在像现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性薄弱的缺点。本文在原有设计系统的基础上提出了一套改进创新方案,在水泵试验测试控制系统中引入工业控制领域中运用相对普遍的S7-200PLC设计,这样就结合了PLC 自身处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强与工控机良好的数据分析和处理能力等优点于一体。

1 水泵测试控制系统的创新设计方案

1.1 控制系统

通过控制变频器电动机的转速,调节电动阀门等以达到满足用户需求的自动调整水泵电动机的运行状态并自动修正不同流量下水泵各类测试,从而使误差降到最低。为了保证整个测试过程的精度和读数分辨力,可以根据测量统计修正模型并进行有效的补偿,从而达到对信号进行较复杂的计算和处理,对自动处理水泵测试过程中出现的各种故障进行检测和排除。

1.2 自动检测和报警系统

第一, 监测量可以是开关量,也可以是模拟量,自动实时监测水泵电动机及相关辅助设备的运行参数和运行状态;第二,将事先设定的限定值实时与监测量的监测结果进行比较,一旦被测量超过限定值时, 相应的声光报警信号将会启动,这样用户就可以适时调整相关信号。

1.3 安全系统

安全系统主要是适时地产生一些保护性动作。比如由于某些异常或是人为因素而引起的电动机反转现象,致使水泵出现倒吸的针对水泵在测试运行过程中发生的严重漏电现象,从而能够避免整个测试系统的崩溃。

2 基于S7-200PLC 测试控制系统软硬件设计

2.1 自动控制系统设计

使用西门子S7-200 系列微型PLC的入表指令及先入先出指令可将5台水泵作为一个队列,当水泵运行出现故障时出列,水泵故障排除或低水位停止时入列,从而为实现了多台水泵的轮换起停及故障自投功能。因此,我们组建一个备用泵队列合理使用正常无故障的水泵,把正在运行的水泵作为运行泵队列, 实现水泵电机的循环启动功能只需要通过队列中水泵的出入来完成。

2.2 西门子S7-200PLC与水泵测试系统之间的信号

第一,电压、电流、电阻、功率、频率、转速以及电动机绕组温度这些都代表电动机的信号。

第二,进口压力和出口压力是压力传感器信号,电网频率及各空气开关线圈的开关状态。

第三,电动机的启动、停机及电动调节阀可以调节PLC 测控单元的控制信号。

2.3 运行方式程序设计

可供选择的运行方式有手动和自动2两种, 如果系统出现故障和调试时可使用手动方式。自动运行方式的步骤如下,首先将真空泵抽成真空,进行数据分析并计算达到满足的条件,检验压力在控制策略的分区内是否正常,在压力正常的情况下,采集管网压力数据,但压力非正常的情况下,通过子程序调解变频器的转速或压力,然后再采集管网压力的信号。周而复始,循环往复,直至适当的压力出现,供水正常。

2.4 软件编写时应该考虑以下问题

(1)为不出现水面波动而导致的浮球误动作,需要增加延时判断。

(2)上下水位信号中有2 个或以上信号同时联通,那么只需要接收其中一个信号,同时输出报警信号,方便查找故障。

(3)增加一个延时判断是为了减少电机启动时对电网的冲击,所以在接收一个启泵信号之后的一定时间内再接收第二个启泵信号是不可行的。

(4)定时轮换水泵工作。

3 结语

深井水泵的变频控制 篇7

一、变频器控制的基本原理

变频器主要由控制电路、整流电路、滤波电路、逆变电路、制动单元、驱动单元和检测单元等组成。其中控制电路完成对主电路的输入控制, 当系统与三相交流电源接通后, 整流电路将交流电变换成直流电, 产生脉动的直流电压。直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波, 使脉动的直流电压变得更加稳定, 逆变电路再将直流电逆变成交流电, 将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。操作控制电路的功能是利用信号来开关逆变器的半导体器件, 为变频器提供各种控制信号并且监视变频器的工作状态, 起到保护作用。变频器可以把50 Hz的工频电源变换成各种频率的交流电源, 使得其所控制的交流异步电动机的运行曲线平行下移, 使电机以较小的启动电流, 获得较大的启动转矩, 就是说变频器可以平稳地启动重载负荷, 自如地实现电机的变速运行, 而不至于对电网产生较大冲击。

二、变频器的理论依据

三相异步电动机的转速公式是:N=60f/p (1-s)

式中:N为转速;f为电源频率;p为极对数;s为转差率。

频率与转速成正比, 频率降低则转速就会变小。但调速后为保证电机的转矩, 我们将以恒转矩控制原理来控制电机, 以实现电机能够正常地启动和运行。

由法拉第电磁感应定律, E=-n×dΦ/dt

式中:E为磁动势;Φmax为磁通量最大值;f为电源频率;N为线圈匝数;k为常数。

磁动势的标准定义是电流流过导体所产生磁通量的势力, 是用来度量磁场或电磁场的一种量。它被描述为线圈所能产生磁通量的势力, 这样就能够用它来衡量或预见通电线圈实际能够激发磁通量的势力。当电动机调速时, 希望能够保持每极的磁通量Φm为额定值, 这是因为磁通太弱, 铁芯没有得到充分利用, 是一种浪费。同样的转子电流下, 电磁转矩小, 电机负载能力下降。磁通太强, 则铁芯处于过励磁饱和状态, 严重时会因绕组过热损坏电机。变频器调压、调频、调速就是要尽量达到E/f为恒定值, 以达到保持主磁通Φm不变。但是, 绕组感应电动势难以控制, 当电动势较高时, 常常忽略定子绕组的漏磁阻抗压降, 使定子相电压U与E近似相等。故得出近似等式:Φmax=k×U/f, 使U/f为常值, 以达到恒压频比控制电机的理想效果。

三、变频器的参数设置

变频器功能参数很多, 在变频器运行前, 多数只要采用出厂设定值即可, 但有些参数要根据实际进行设定和调试, 以便更好地带动电机工作。

1. 最高频率。

变频器在超过50 Hz时的高频运行状态下, 电动机的承受能力将会受到影响, 对普通电机来说, 其轴承和转子都将受到威胁, 所以一般设为50 Hz为宜。

2. 载波频率。

变频器的载波频率会对功率模块损耗和输出二次电流的波形产生影响。载波频率提高, 功率损耗增大, 功率模块发热增加, 对变频器不利。但是当载波频率高时, 电流正弦波形平滑, 谐波小、干扰小、噪音低。一般电动机功率越大, 载波频率选取越小。但当变频器控制柜距离电机较远, 会增加线间的分布电容, 此时载波频率越高, 漏电流就越大。所以, 当电缆超过50米时应当将载波频率设为最低。

3. 加减速时间设置。

加速与减速时间就是输出频率从0上升到最大频率和从最大频率下降到0所需时间。加速时间设定通过起、停电动机观察有无过流、过压报警, 以不发生报警为原则将加减速设定时间逐渐缩短。在电动机加速时须限制频率设定的上升率以防止过流, 减速时则限制下降率以防止过压。

4. 转矩矢量控制。

转矩矢量控制是基于异步电动机与直流电动机转矩产生机理相同理论, 得到交流电机与直流电机相同的控制性能。基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量, 根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制, 矢量控制方式就是将定子电流分解成规定的磁场电流和转矩电流, 分别进行控制, 同时将两者合成后的定子电流输出给电动机, 从而达到控制异步电动机转矩的目的。

四、变频控制技术在水泵上的应用

自动化水泵供水控制系统研究 篇8

我国是水资源比较缺乏的国家之一, 节水是我们建设和谐社会的需求水是我们生活和工作都无法离开的物质, 石化、采矿、电力、冶金等企业的运营都很依赖水。水泵供水是重要的供水途径之一, 利用水泵的自动化供水, 能够将供水过程变得更加简单, 提高居民的生活质量, 也能够满足各个企业、单位或个人对水资源的需要, 提高它们的经济利益水平。

1 关于水泵的自动化

水泵的自动化技术, 就是根据用户对水量的需求, 对水泵的运行数量和运转速度进行及时调整的技术。举例来说, 当一台水泵外供压力很低的时候, 水量无法满足用户需要, 这时, 自动控制系统就调节水泵的转速或者运行泵数量, 使水压增高, 并且使整个供水系统达到稳定的状态。当水压太高的时候, 自动控制系统就会降低水泵转速或者减少工作的水泵数量, 从而达到降低水压的目的。这样, 水泵的工作才能时时刻刻处在高效率的状态, 既能节省能量, 又能为用户的用水提供保证。近年来, 二次供水加压技术的不断进步, 让自动供水的需求从根本上得到了解决。运用水泵的自动化供水系统, 能够做到不使用资源耗费较高的水塔, 节能环保, 占地面积比较小, 所以花费的资金也比传统的水泵供水系统要少。另外, 水泵自动化供水系统能够根据环境进行自动调节, 自动运转, 在没有电力供应的情况下也能短暂及时的供水, 为居民、企业和其他使用者提供了很大的便利。

供水的时间、水位和流量的控制, 是水泵自动化控制的几个方面。而且, 由于企业需要的水量很大, 水泵的运用数量也比较多, 水泵的自动化控制还应该包括对企业电力资源使用情况的控制, 通过监控自动开关水泵, 对水量和电力使用情况进行分析, 结合计算机系统完成对环境的监测并得出水量和环境的相关关系, 自动控制流量和时间等等, 这些都是水泵自动化能够完成的。在进行水泵自动化设计的时候, 要充分考虑拓展性这个因素, 因为不同的企业、单位, 或者居民个人等等, 对水泵自动化的需求不尽相同。运用水泵自动化的拓展性特点, 就能根据需求增加或者减少水泵的控制节点, 更好的实现水泵管理的自动化。另一个方面, 由于水泵是机械的一种, 有对电力的需要, 所以, 安全性也是需要考虑的内容之一, 在使用的时候, 要做好监测工作, 防止水泵运行时间过长导致温度过高。当水的流量较少, 要防止水泵空转浪费电力, 防止烧坏水泵。

水泵的自动化, 还要注意蓄水池水位。水位太高或者太低, 自动控制系统都应该能够及时发出警报, 以便系统能够能够迅速采取措施, 增加或减少水池水量, 或者增减水泵的数量, 这样才能保证企业的利益和安全。在水泵工作的时候, 我们应该对水泵的工作数据进行记录和分析, 防止水泵处在不正常的工作状态, 记录水位、流量、压力、电压、电流等等数据, 减少电力和其他资源的消耗, 能够提高水泵的工作效率。

2 水泵供水自动化系统

在我国, 由于电信和电力技术近年来发展迅猛, 模块化也成为了水泵自动化的主要部分。水泵供水自动化就是实现对这些模块的灵活控制, 系统运行时, 模块会产生相应的数据, 对这些数据记录分析以后, 反馈给自动化供水系统, 系统实现对供水模式的调整。整个过程实现了闭环控制, 这是主要的工作思路。

如今要实现水泵供水的自动化, 主流方法是使用成套设备, 包括PLC控制器, 监视器和传感器等等。其中PLC控制器是进行信号采集和运算的设备, 通过PLC对信号的计算, 得到当前供水自动化系统的数据, 然后再由计算机进行下一步的处理和运算, 得到数据, 再对数据进行分析、备份等等处理, 通过一套设备的整套流程的工作, 才能实现水泵供水的自动化控制。

自动化水泵供水系统重点要控制好如下几个环节。第一个环节, 是排真空, 具体就是将水泵中的空气排除干净。水泵中存在空气是一个主要干扰因素, 一旦水泵中存在空气, 那么泵内部的压力就会不够, 水泵无法正常工作。在水泵运行时泵内如果存在空气的话, 产生的负压力就会对水泵的叶片造成损坏。水泵要正常工作, 叶轮就要完全浸没在水中, 这样, 水泵内部存在真空场, 才能顺利的实现排水工作, 真空度要求达不到的话, 水泵无法供水或者会被损坏。所以, 在进行水泵自动化供水系统的运作之前, 要仔细检查检测, 用仪器将水泵内部抽成真空, 达到要求才能进行下一步的操作。第二个环节, 是对闸阀进行操纵, 主要是开关水泵自动化供水系统的各个阀门和闸门, 进行这个环节操作的时候一定要仔细, 水泵开始运作和结束运作的时候, 开关阀门和闸门都要轻手轻脚, 用力过大会让水速受到影响, 水泵会因此受到水流冲击的影响。操纵闸阀主要的目的是为了减小水泵刚开始和刚结束时的运行功率, 所以关闭水泵的时候, 必须要先将闸阀等等关闭。第三个环节, 是对水流的监控环节。时刻监控水位和流量并根据运行参数情况开关水泵, 是监控水流的主要作用。如果出现水流量太大或者水位过低的情况时, 水泵供水自动化系统会立刻监测到, 并根据情况发出停止部分水泵工作或者降低水泵运行速度的命令, 而水流量太小或者水位太高的时候, 系统就会做出相反的决策, 发出增加运行泵数量或者加快水泵运行速度的命令。最后一个环节是数据的显示环节, 水泵供水自动化系统中包括了监视设备, 监视设备的主要作用就是显示水位、流量等数据信息, 以便工作人员根据情况及时做出决策调整运行状态。

3 总结语

水泵供水自动化技术正在随着我国的经济和技术的发展, 不断的进步。通过对上述水泵供水自动化系统的简单介绍, 可以看出自动化技术在供水方面的重要作用。通过供水自动化系统, 能够实现水泵自动控制, 减少人力资源的浪费, 提高供水质量, 节约运行费用。水泵供水自动化系统对不同的企业、单位和个人, 有很强的拓展性, 能够按需进行调整, 实现稳定供水。

参考文献

[1]郭小定, 卢明.基于DSP的智能变频调速系统[J].电工技术杂志, 2013

[2]肖彦, 杜克俭.水泵控制电路图设计分析[J].智能建筑电气技术, 2013

基于PLC的水泵测试控制系统设计 篇9

在水泵生产过程中,对水泵相关性能的测试是非常重要的一个技术环节,可以通过对所测试验参数的分析,评判所生产的水泵是否满足相关的技术要求,并可以判断内部是否存在设计缺陷。因此,如何提高水泵具体性能参数的测试精度,以及如何更有效地控制水泵的整个测试过程,引起了水泵生产企业的关注。目前,国内大多数水泵生产企业所采用的水泵测试系统仍然停留在早期的仪器与仪表测试阶段,存在测量精度差、人为因素干扰大及实时控制能力差等缺陷。相比之下,那些采用专用测量仪器与仪表的水泵微机测试系统的水泵生产企业,它们做水泵型式试验和出厂试验时,无论精度还是效率方面都有了较大的提高。但是这类测试系统仍有一些不足之处,例如在现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性方面相对较为薄弱。为此,在原有设计系统的基础上,笔者提出了一套改进方案,将工业控制领域中运用相对普遍的PLC引进了水泵试验测试控制系统,既充分利用了PLC自身的优点(处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强等),又利用了工控机良好的数据分析和处理能力。

对于水泵测试过程控制系统而言,其最大的特点就是动作复杂且频繁,又有较多的执行元件(如接触器)。在这种场合下使用继电器控制逻辑,需要大量的中间继电器,而这些中间继电器在用PLC控制的情况下,就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质来讲,前者是要用具体的电气元件来组合,而后者只是PLC的内部寄存器,在PLC编程容量许可的范围内,无需额外的费用来实现复杂的控制逻辑。在本文所设计的测试过程控制系统中,上位机选用工业PC机,下位机选用西门子S7-200可编程序控制器(PLC),并配备输入输出模块和通讯模块,组成集散式控制系统(DCS),又称分布式计算机控制系统[1]。下面通过具体的模块设计来阐述本系统的构建过程和设计思想。

1 水泵测试控制系统的总体设计方案

1.1 控制系统

根据用户需求自动调整水泵电机的运行状态,通过控制变频器控制电机的转速;调节电动阀门测试不同流量下水泵的性能参数,能够自动修正各类测试误差,根据测量统计修正模型,进行有效的补偿,确保测量精度的稳定性;能够自动切换各种测量仪表的量程,以保证整个测试过程的精度和读数的分辨力;能够对信号进行较复杂的计算和处理;能够自动处理水泵测试过程中出现的各种故障。

1.2 自动监测报警系统

自动监测报警系统的任务:首先,自动实时监测水泵电机及相关辅助设备的运行状态和运行参数,监测量可以是模拟量,也可以是开关量;其次,自动监测报警系统将监测量的监测结果实时与事先设定的限定值进行比较,当被测量超限时,将会发出相应的声光报警信号,用户可根据相关信号适时调整系统的运行状态。

1.3 安全系统

安全系统的任务主要是针对水泵在测试运行过程中发生的严重漏电现象,以及由于某些异常或是人为因素而引起的电机反转,致使水泵出现倒吸的严重故障,能适时地产生保护性动作,避免整个测试系统的崩溃。

水泵测试控制系统的结构如图1所示。它包含了自动控制系统应具备的各项功能,由总体控制逻辑把它们有机组织在一起,各项功能相互独立又相互联系,共同完成水泵测试的自动控制。

2 基于PLC的水泵测试控制系统硬件设计

2.1 测量控制单元设计

测量控制单元属于过程控制级,直接与水泵电机及各类测量传感器、变频器、各种空气开关和中间继电器相连,来完成整个测试过程的控制与监测。机组的测量控制单元包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、键盘输入和声光报警等。图2为测量控制单元原理框图。

2.2 西门子S7-200 PLC与水泵测试系统之间的信号

1)电机的信号为电压、电流、电阻、功率、频率、转速以及电机绕组温度。

2)电网的信号为电压、电网总有功功率、电网频率及各空气开关线圈的开关状态。

3)压力传感器信号为进口压力和出口压力。

4)PLC测控单元的控制信号为电机的启动、停机及电动调节阀的调整等。

PLC与水泵机组之间的信号如图3所示。

2.3 水泵测试控制系统主要电路的设计

水泵测试过程控制系统的主要电路包括主控电路、测量电路、电动阀控制电路和水泵电机控制电路。综合考虑系统的整体性能和可靠性,具体电路设计如图4所示。

2.3.1 主控电路设计

作为整个水泵测试过程控制系统的主控电路,其性能直接影响整个系统运行的稳定性。结合电路设计和布置的具体要求,总体主控电路的设计原理图如图4所示。

2.3.2 测量电路设计

测量电路是水泵测试系统关键部分,其功能是负责测量水泵与电机的各种信号,通过各种测量仪器和传感器采集水泵与电机运行的各种关键信号量(如电压、电流、功率、频率和进出口压力等)。因此,其性能的好坏直接影响信号测量的精度和可靠性。图5是该系统的测量电路原理图。

3 基于PLC的水泵测试控制系统软件设计

3.1 模块设备

在水泵测试控制系统的软件设计过程中,整个系统大致可以分为4个模块,即通讯模块、数据处理及过程控制模块、监控模块、数据采集模块。整个系统之间的关系如图6所示。

3.1.1 通讯模块

通讯模块的基本功能是要保证试验过程中试验数据传输的实时性和准确性,这样才能既发挥PLC控制精度高和抗干扰能力强的特点,又能充分利用工控机良好的数据分析和处理能力[2];系统采用了RS232通讯模块来保证数据传输通道的正常运行。

3.1.2 数据处理及过程控制模块

数据处理及过程控制模块是整个测控系统的核心。本系统通过对来自数据采集模块数据的计算、分析和处理,由D/A或者I/O模块向系统中的各个控制器件和电控开关发出控制信号,实时调整系统的状态和参数,使系统严格按照要求自动完成试验项目的操作。

3.1.3 数据价值模块

数据采集模块的主要功能是对测控系统中各个传感器的信号进行采集,为试验的分析和处理提供数据来源。本系统的数据采集分为两部分:模拟量信号采集和数字量信号采集。模拟量的采集使用12位的A/D卡,数字量的采集使用C/T卡。

3.1.4 监控模块

监控模块就是对系统各个部分的状态进行监控。当系统发生异常或出错时,及时报警并采取相应的应急措施。在水泵试验中,试验回路正确与否对试验能否正常和顺利地完成起着决定性的作用。因此,监控模块的主要功能就是对试验回路进行监控,方便用户在系统出现异常时及时做出反应。

3.2 PLC控制程序设计

针对水泵测试系统的控制特点,PLC控制程序主要由过程控制、继电器动作和数据上传3部分组成。过程控制部分主要将PC上位机上所设定的参数读入,检查设备是否处于初始状态,控制每个试验的逻辑过程,与上位机设定通信接口位;继电器动作部分主要将过程控制中的各个逻辑状态进行组合,根据其组合的结果控制继电器、电动调节阀及电机的开闭,从而完成整个系统所要实现的各种电气、电动功能;数据上传部分主要是将传感器测量的模拟量信号和数字信号处理后上传给上位机进行显示,根据控制要求画出程序流程图,并根据流程图进行梯形图编程。

3.3 上位机通信程序设计

在实际使用过程中,用PC机对测试过程中的情况,进行实时控制和数据的实时采集,通常要求PC机能与PLC进行实时通信,因此在水泵测试系统中创建一个RS232类,来完成上位机与下位机之间的通信,上位机通信流程图如7所示。

由于采集信号较多,本程序所用通讯口为COM1～COM3,波特率分别设为4800、2400、2400。

4 结束语

本系统采用以西门子S7-200 PLC为控制核心与工控机联合控制的模式,利用VB.NET程序设计语言编制了界面和通信程序,构建了水泵测试过程控制系统,该系统充分发挥了PLC和工控机自身的优势。系统测控软件的设计是基于模块化思想进行设计的,整个软件由通讯模块、数据采集模块、监控模块、数据处理及过程控制模块4个部分组成。模块的引入大大简化了程序,使程序具有良好的可读性及可扩展性,为以后系统功能的增加奠定了良好的基础。经过现场的调试表明,系统稳定可靠,满足生产实际需要,使用方便,有效地提高了水泵测试过程的可靠性和安全性。

摘要：研究了以PLC为控制核心的水泵测试控制系统。采用VB.NET程序设计语言,在Windows操作系统环境下实现上位计算机与下位PLC的串行通信,以实现上位机对下位机的信号采集和实时监控。该系统能够实现对水泵测试过程的实时控制和安全保护。现场测试结果表明,该系统性能稳定,能满足测试要求。

关键词：自动控制技术,水泵测试,设计,可编程序控制器,串行通信,实时控制

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水泵控制系统 篇10

随着电力系统中火电容量的增加和核电的发展，为了解决合理调峰问题，世界各国正在积极兴建抽水蓄能电站，水泵水轮机因而得到迅速发展。水泵水轮机可实现节能储蓄，调节电力高峰负荷，提高电力系统的总效率，节约能源。目前，水轮机调节控制系统普遍采用PID控制[1,2]，这种控制简单易行，并且能满足大多数工业过程控制的要求。但是由于水轮机的大惯性、非线性和不确定性等特点，水轮机控制系统[3,4,5]易出现超调量大，摆动时间长、波动频繁、控制缓慢等现象，传统的PID控制较难改善其控制品质。针对这样的现象，提出了基于模糊规则的水泵循环节能控制系统[4,5]，将人工智能技术和水泵控制系统相结合，并分别从硬件与软件方面设计不同的改善系统动态特性的方法。

1 系统结构概述

系统选用直流水泵模拟水泵水轮机抽水蓄能发电的过程[6,7]。水泵抽水蓄能使水流循环从高处流下，用风车模拟水轮机转轮被水冲刷转动，驱动发电机发电。在这个过程中，考虑到水流流速大小与发电量的关系，设计了水泵的三种工作模式，分别为高速、中速与低速。系统整体结构框图如图1所示。

图1中，控制模块可进行工作模式的调节；电压输入设计为12～30 V，设定工作模式后，单片机通过比较内部设定量和被控对象反馈的信息，根据拟定的专家规则表，通过电压调节模块对输入电压进行调节；显示模块提示用户当前工作状态和下一步操作；外部模块可添加其他部件丰富系统功能，比如定时，警报等。

2 硬件电路设计

2.1 电压调节模块

电压调节模块的主要功能是调节输出电压的大小，改变水泵的水流速度。它主要由脉冲宽度调制控制器TL494与BUCK电路组成。电压调节模块的工作原理图如图2所示。

如图2所示，电压驱动型脉宽调制控制集成电路TL494在该模块中的作用是输出一个频率不变，占空比可变的方波，它通过比较差值（指反馈电压与D/A输出电压的差值）与其引脚CT上三角波的大小来调整输出脉冲电压的占空比，控制MOS管的开通与关断。

当控制模块通过单片机I/O口改变D/A的输入数字量后，D/A的输出电压也随之改变，电压差值变化，TL494的输出脉冲电压占空比也相应变化，则MOS管的开通关断频率改变，随之BUCK电路的输出电压改变，从而改变水泵抽水速度。

2.1.1 脉宽调制电路TL494

设计TL494的工作方式为输出正向电压，单端模式输出，即将引脚13接地，使触发器的输出不起作用，并将TL494的两个晶体管并联起来使用，并联后输出驱动电流将增大1倍，集电极输出电流最大可达500 mA，输出方波频率等于锯齿波振荡器的频率。其电路图如图3所示。

在图3中，D/A为D/A芯片输出端，Vfb为被控对象的反馈电压，这两端电压差值的大小与电容CT上的三角波进行比较，输出PWM波。差值越大，PWM波的占空比越小；差值越小，PWM波的占空比越大。Vq为脉宽调制电路TL494的输出端，可输出一频率不变、占空比可变的方波，控制BUCK电路中MOS管的开通和关断。在TL494的引脚3与引脚2之间接入了比例积分调节器，构成反馈网络。当TL494输出高电压时，MOS管（IFR540）导通，将BUCK电路中的MOS管（IFR9532）栅极电位拉低，MOS管（IFR9532）导通，BUCK电路工作。

则TL494内置振荡器的工作频率和周期分别为：

当基准电压（D/A电压）和反馈电压基本相同时，TL494内部误差放大器1工作在线性区，此时误差放大器输出的是电压信号而不是电平信号。

由于TL494输出的只是驱动信号，通过开关的电流有限（最大500 mA），因而功率有限，并且TL494的工作电压范围有限，所以加入BUCK电路，可有效地提高系统的输入电压范围和输出功率。

2.1.2 BUCK电路

BUCK电路在整体硬件电路中的作用是接收TL494发出的PWM波，输出随PWM波变化的电压，并且加宽系统输入电压范围和提高输出功率，以驱动更大的负载。其电路图如图4所示。

图4中Vfb,Vq与图3一致。

设计BUCK电路的工作方式是电感电流连续工作模式，即电感电流IL在周期开始时不是从零开始的。

电源正极输入端并联，起到保护作用的功率电阻和稳压管，二极管使用肖特基二极管LN5819。使用1∶9的电阻分压，则反馈电压Vfb为输出电压Uo的9 10。输出端再并联电容，进一步降低输出电压的纹波，保护执行机构水泵。

输出电压的大小为：

式中：D1为占空比，由TL494电路提供；Ui为输入电压。

则系统输出电压为：

在高速模式下，测得DA输出电压为9.28V，输入电压Ui=30V。则输出电压值Uo为：

同理可计算出中速与低速模式下的理想输出电压和实际占空比。高速、中速和低速时的计算输出Uo值与实测值的关系如表1所示。

V

若水泵的功率变大，则可通过增加D/A模块的输出电压或改变BUCK电路的参数来改变BUCK电路输出电流的大小。

2.2 STC89C51单片机

执行机构水速的大小与发电量有关，而其电压与水速也具有一定关系，为了增加系统的稳定性和可靠性，在单片机模块加入了一个闭环，将施加在执行机构上的电压反馈给单片机，由此引入了模糊规则控制。

综上所述，由表1可知，水泵循环节能控制模拟系统在电压调节模块使用BUCK变化器，输出端并联电容减少纹波，加入闭环系统等措施，均增加了系统的稳定性和可靠性，提升了系统的性能，并且为大功率负载的加入提供了依据。

3 基于模糊规则的水泵循环节能控制模拟系统

本系统应用的是模糊控制系统[8,9,10]，将系统的电压调节看成执行机构（水泵）从初态到终态一系列的状态变化过程，在某一时段，让水泵的水流速度保持在一定范围之内，当有外界干扰出现时，保持水泵电压的稳定性，使水泵水流速度的值保持在设定的范围之内。根据电压设定值和系统当前的反馈电压值的偏差量E以及偏差变化率EC等参数经过推理，决定采用何种措施保持输出电压稳定地跟随输入，生成控制规则表，利用控制规则表决定对执行机构的控制操作，从而达到误差合理的要求。

3.1 模糊规则的拟定

选择当前输出电压相对于输入电压的偏差E以及偏差的变化率EC为变量，控制对象为输出电压U，取值范围设定在[-6,6]范围之内；把[-6,6]变化的连续量分为7个档次，同时定义7个语言变量值，将离散化的精确量与表示模糊语言的模糊量建立关系，可将[-6,6]之间的任何整数精确量用模糊量表示，可表示为“NB”={电压偏差∈[-6,-4]}，“NM”={电压偏差∈[-6,-2]}，“NS”={电压偏差∈[-4,0]}，“ZE”={电压偏差[-2,2]}，“PS”={电压偏差∈[0,4]}，“PM”={电压偏差∈[2,6]}，“PB”={电压偏差∈[4,6]}。则对电压的模糊控制规则表如表2所示。

该控制规则表可用22条模糊条件语句来描述，在此列举两条：

3.2 仿真实验

为了验证系统的正确性和实用性，使用Matlab 7.1在Windows平台上编写了一套仿真程序。在Windows XP系统，Intel®CoreTMDuo CPU T7300，主频2.00 GHz，内存1 GB的计算机上，对基于模糊规则与基于PID控制的系统进行了比较（无噪声情况），比较结果如图5所示。

由图5可知，当输入为1时，基于PID控制的系统有着明显的超调，超调量达到0.27，经过13 s达到稳定，稳态误差为0.04左右，而基于专家规则的系统超调量为0.04，经过8 s达到稳定，稳态误差为0.025左右。基于专家规则的系统有效减少了系统的超调量，减少了摆动时间，能够快速达到稳定，系统的输出稳定地跟随输入，并且稳态误差较小。

在理想操作情况下，系统不含噪声，但是现实操作环境中，会有许多噪声的干扰。为了验证系统的抗干扰力与系统的稳定性，对于有无噪声的情况进行了仿真比较，比较结果如图6所示。

由图6可知，对比无噪声系统，在随机噪声的干扰下，系统具有良好的抗干扰能力，输出误差略有提高，但是不超过0.04。

综上所述，模糊规则的引入有效地减少了由于水轮机的大惯性系统而带来的超调量和系统误差，能够快速达到稳态，且适用于复杂的含噪声环境，提高了水轮机系统的智能化程度，明显优于基于PID控制的水泵系统。

4 结论

本文提出一种基于模糊规则的水泵循环节能控制系统，其突出特点是利用模糊规则建立对电压的控制规则表，可以实现对水泵循环控制系统输出偏差的快速有效调节，而且实现控制的无人值守，以及水泵循环控制系统的智能化与数字化。该系统具有体积小、成本低，避免了普通控制系统水流速度过快导致的系统超调量过大，不易到达稳态的问题。

通过实测数据与仿真实验可知，相比较于传统的水轮机控制系统，基于专家规则的水轮机控制系统可以使系统超调量达到23%，有效降低了输出误差，且具有较强的抗干扰能力。经过实际运行表明，本文提出的控制系统性能稳定可靠，效果十分理想。

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