自动化水泵供水控制系统研究

赵晶晶

摘 要：水泵供水系统应用自动化技术是时代的要求，也符合其发展趋势。与传统水泵工频技术相比，PLC变频调速控制系统优点众多，稳定可靠、经济效益好，符合当下节能减排要求，也改善了水泵供水工频技术在实践应用中的弊端，应用价值高，值得广泛推广。

关键词：自动化；水泵供水控制系统；概况

一、自动化水泵供水控制系统的概况

水泵自动化控制除了包括供水时间、供水水位、供水流量的控制外，还应该包括企业用电负荷控制、泵阀的联锁开启关闭控制、水泵的运控制、对水泵作业现场各种数据参数的实时监控控制、对企业能源用电高低峰期统计分析控制，除此之外应该使其能够与计算机结合完成水泵系统的远程控制作业情况，水泵控制工作室计算机统计分析当前水泵作业工作环境数据，将这些参数传送到水泵控制系统中去，使其能够自动对水泵的流量进行控制或者是水泵电机的运转进行控制。为了能够实现自动化管理，水泵的自动化控制系统在设计过程中 应该满足扩展性强的特点，可以根据企业的需求，随时增加控制节点。除此之外还应该控制好安全控制工作，比如说在水泵出现轴承超温或者是电机运转出现故障或者是水泵流量有限时，为了避免由于以上原因影响企业产品生产质量，应该在控制室给予提示或者是报警。对于某些水厂企业来说，水库的存水量是应该有个限定值，如果当前的水位达到了最小下限值，自动控制系统也应该做出提示，或者是减少作业水泵的数量，异或者是当前水位的库存量达到企业的 最大上限值的时候，系统也应该发出警报，或者开启多个水泵同时作业。在对水泵作业现场进行监控的过程中，我们需要得到一些实时参数，以此来确认当前水泵是否处于正常的工作状态之下，这些参数 主要为包括水位、水泵流量、电机电压、电流、阀门压力、作业温度以及闸阀开启度等。通过这些数据，可以对水泵的效率以及电耗情况进行分析，确保整个系统能够在一个经济的环境中运行。

二、自动化水泵供水控制系统要点分析

1、控制原理

水泵供水自动化系统是一种闭控制装置，依托PLC、变频器等设备能够合理控制水泵运行，确保供水压力平稳。当管网压力变大时，系统会自动调节水泵运行速度壁并控制流量，以稳定供水压力。水泵供水自动化系统控制水泵转速主要依靠调节频率实现，该系统中的压力变送器能够对管网的出水压力进行检测并将检测的压力参数传输至PID控制器，经PID控制器计算，会得出合适的频率，然后由系统自动进行调节。PLC内置控制方式的核心是PID[2]。Δp是预先设定的压力与给水连接管压力变送器之间的差值，也是控制系统进行控制的主要依据。当Δp≠0，PID模块就开始计算Δp，在设定的调节规律内对PLC输出值进行转变，进而使变频器输出频率改变，确保连接管给水压力保持在合理范围内。当Δp=0时，PID模块不会计算Δp，变频器输出频率不会发生变化，水泵电机就能够保持平稳旋转状态，在PID调节规律下，静态不断缩小且系统条件时间会显著缩短。应当注意的是，变频器输出值在50Hz以下时，会产生电流冲击，在切换电网时，应确保变频器输出值在正常范围内。如果出现变频器输出值50Hz，但供水仍然不足时，则应立即采用工频代替变频，避免对供水产生影响。

2、控制系统问题

（1）手动控制模式

手动控制模式是指由人工控制设备开启、停止，此种控制模式需将选择开关安装于设备的控制箱，另外，还可以设置手动或自动选择的变频器操作面板。手动控制模式要求操作人员对水泵运转情况进行具体分析，根据实际情况利用变频器对水泵运行效率进行设置。一般情况下，当某台水泵运转时间超过24h，则应手动切换至其他水泵。另外，手动控制模式还能够对自动化供水设备进行检测或故障维修。

（2） PLC控制模式

经济实用、高效节能是对水泵供水系统的要求，利用变频器调节供水运行系统，可以实现水泵供水系统自动化运行，有益于节能减排。PLC控制模式是自动化水泵供水控制系统的核心。在PLC控制模式中，PLC、压力变送器、PID智能调节器是其主要组成部分，在PLC控制模式是自动化水泵供水控制系统中进行数据采集、设备控制的主要部分。压力变送器、PID等产生的4-20毫安的AI信号和DI信号也由PLC接收。PLC在启动水泵前，会综合分析水泵累计运行时间和运行状况，优先开启运行时间短、运行状态好的水泵，以避免水泵运行时间过长或长时间不运行而产生的问题[3]。另外，PLC还会累计和计算系统反馈过来相关数据，如流量、时间等。PLC能够自动控制水泵，并在中央控制层的指令下更改控制策略。，为了便于值班人员了解水泵具体运行情况和，一般PLC会配设一台触摸屏，借助触摸屏直值班人员还能随时修改PLC的各项参数，使之满足水泵运行需求。

（3）中央控制系统

中央控制系统主要用于对自动化水泵控制系统进行宏观调度，设备控制画面、设备开关是其主要组成部分。另外，中央控制系统还可以对变频器的输出、频率、压力进行远程设置。中央控制系统还担负着统计系统数据信息，分析不同工艺参数数值，优化系统运行状态、提升系统运行效益的职能。在中央控制器的显示屏幕上，可以清晰显示出系统各设备的运行状态、变化参数和故障信息。如果系统运行出现问题，中央控制器还可以发布报警信号。

3、硬软件的配置

PLC是进行输入信号采集、稳定水泵压力的重要设备，是自动化水泵供水系统的关键，因此，选择合理的软件与硬件对自动化水泵供水系统的稳定运行至关重要[4]。PLC生产厂家众多，应根据供水具体情况，综合考虑设备质量，选择合适的PLC设备。本次研究中的PLC设备为西门子公司设计制造，为管网压力设备选择提供方便，有利于日后信号传输至变频器。水泵供水系统扩展模式选择具备4个模拟输入（AI）和1个模拟输入（AO）的EM235模拟量，水泵是一种组转矩与转速成正比的负载，公式是TL=T0+KTNL2，负载转矩：TL；比例系数：KT；水泵转速：NL；空载转矩：T0。由于在低速运行下，供水系统TL较低，因此变频器应选择专用型或节能型。本次研究中选择的变频器為西门子MM440变型器，该种变型器质量过硬、性能高、动态性能较好，能够满足低速高转矩要求。另外，由于压力变化易影响电路器件的电阻值，加配了远程压力传感器与滑动触电装置。供水系统的软件主程序安装于主程序内，如生成水泵控制信号等。在供水系统故障和报警模块中，采用了变频器的短路、过载等功能，以避免因短路、过载等因素影响供水系统运行。在初始化程序中，根据具体供水需求，调整变频器的供水压力值、上限值、下限值等。根据设定值与被控制对象的实际值之间的偏差，利用PID计算控制器的输出量，利用PID抑制系统闭环扰动。

三、结束语

综上所述，当前工业自动化进程正在不断加快，变频调速技术已经深入到各个行业，如机械、化工等。变频技术的优越性同样受到供水行业的关注，近年来，在工业与生活等供水系统中，变频技术正在发挥着重要作用。自动化水泵供水控制系统是一种新型的水泵供水系统，变频器、PLC、中央控制系统是该系统主要组成部分，并且自动化程度高，解决了传统供水系统的操作难度大、占地面积广的难题。该系统依托于变频技术，能够使水泵运行速度与流量保持一致，实现了节能减排。总之，变频调速技术能够改善供水系统供水流程，对提高供水系统运行效率具有重要意义。

参考文献

[1]闭学英. 自动化水泵供水控制系统应用中的问题分析[J]. 技术与市场，2015，04：41+43.

[2]周干人. 自动化水泵供水控制系统研究[J]. 科技创业家，2013，09：90.

[3]韩耀明. 自动化水泵供水控制系统研究[J]. 电子制作，2013，19：223.

[4]马培华. 自动化水泵供水控制系统研究[J]. 科技传播，2011，19：167.