自动控制技术在水泵机组测试中的应用

李明珠

摘要：利用自动控制技术，在现有PLC+上位机泵站控制系统基础上，开发了水泵测试功能。该系统自动记录现场数据，并存储到Excel表格，通过二次多项式拟合，绘制水泵实际运行特性曲线，帮助工作人员了解水泵机组的运行情况，为提高效率、节能降耗提供科学的技术手段。该系统与原泵站自控系统融为一体，节省了测试成本，并已得到了实际应用，效果良好。

关键词：水泵测试 节能降耗 自动控制

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0004-02

在实际运行中，往往由于泵的运行工况点偏离特性曲线的高效区间，使水泵机组低效运行，造成巨大的能源浪费。通过水泵测试，绘制水泵机组特性曲线，确定水泵机组的高效运行区间，优化设计合理选用高效水泵，对役龄过长设备陈旧的机泵，及时进行更新改造，对供水企业提高经济效益，降低生产成本，具有非常现实和深远的意义。目前国内水泵测试一般都是构建一套专门的测试平台，此方式不能很好地利用原有PLC控制系统，造成测试成本增加。本研究是在现有PLC控制系统基础上，开发水泵测试功能，自动记录相关数据，得到水泵特性曲线，为水泵节能降耗提供科学的依据。

1 水泵测试理论基础

在实际中是用试验方法分析计算出多个不同流量工作点的测试数据，绘制出H—Q，N—Q、η一Q之间关系曲线（其中Q为流量，H是扬程，N是功率，η是效率），用以反映它们之间的内在联系和变化规律，这些曲线被称为水泵的特性曲线。

将实测曲线与厂家提供的样本曲线进行比较，看水泵在使用多年或切削后各种特性是否发生变化，是否运行在高效区，从而挖掘水泵机组的节能潜力。

相关公式：

①扬程的测定：

泵的扬程可按下式计算（m）

式中——泵出、进口测点处压力表的读数（）；

——泵出、进口测压处压力表中心到基准面的垂直距离（m）

——泵出、进口测压点处断面上的平均流速（m/s）

其中，为进出水管口管径

测压表尽可能安装在泵进出口附近，这样可以避免管路阻力对泵扬程的影响。

②流量：

流量信号由流量计收集并通过RS485总线连接到PLC。

③轴功率：

N轴=P*η传*η电，其中P——电机功率，η传——传动效率，联轴器直接传动时取1.00，η电——电机效率，一般取0.90。

④水泵有效功率：

计算公式为：Ne=H*Q*g/3600。

⑤效率

2 水泵性能测试

2.1 测试设备

PLC把现场仪表收集到的模拟信号，如压力、流量、水位、功率等集中收集，然后传输到上位机组态软件进行实时数据监控，并自动存储数据到EXCEL表格中，最后画出水泵特性曲线。

测试现场示意图如下图1所示。

现场的压力、流量、液位通用4—20 mA信号采集到PLC，而电机的电流、电压、功率信号则通过RS485传送到PLC，通过上位机软件周期自动收集信号，并写入EXCEL表格，从而绘制出水泵特性曲线。

2.2 水泵测试界面

在INTOUCH上位机监控软件上开发相应的测试界面，如图2所示。

调节阀门的开度，每隔一定的周期自动记录水泵相关数据到EXCEL，完成数据的接收及存储，为后期分析做准备。

3 实际案例分析

A水厂送水泵房配备高压10KV电源，水泵及配套电机5台，分别为2台16SA-9J、2台24SA10J和1台500s35水泵。现以5号水泵500s35为例，对其进行测试。

在A水厂现有的PLC控制系统基础上，根据水泵测试的工艺要求，开发了其水泵机组测试系统。通过该系统对5号泵进行测试，自动记录现场数据，经过计算得表1，以测试计算表1中数据绘出该水泵的H—Q，N—Q、η一Q的二次多项式相关曲线图，见图3、图4。

将实测曲线与厂家提供的样本曲线进行比较，得出以下分析结果。

（1）5#水泵与水泵原始性能有偏离，同一供水流量下，水泵扬程降低，所用功率增大，效率降低。

（2）5#水泵目前效率最大只能达到60%—75%，工作运行偏离高效率区。

4 结语

通过该水泵自动测试系统画出水泵实际运行性能曲线，使得工作人员了解真实的水泵运行情况及目前存在的问题，找出提高水泵效率的措施，从而达到节能降耗的目的。在原有PLC控制系统基础上搭建水泵测试功能，不仅节约了测试成本，而且操作简单可行，值得推广。