自动化水泵供水控制系统研究

吴昱 任继

摘要：近十数年，自动化技术蓬勃发展，在各个领域大放异彩，不仅仅是我们所熟知的机械领域，电力领域也在不断普及自动化技术。水泵供水系统中，加入自动化技术可以在很大程度上解放劳动力，十分具有研究意义，本文将针对自动化水泵控制系统进行深入研究。

关键词：水泵；自动化；系统

水资源一直是人类生活必不可少的资源，无论是日常生活，亦或是社会生产，都不能离开它，水泵是输送水的重要下具，若提高输送水的效率，能提升人们日常生活质量，可以满足生产中对水资源的需求，因此，水泵的自动化就显得尤为重要，传统的水泵控制系统具有使用周期短，能耗高，电压不稳等缺点，如果长时间运转，设备的损耗会加剧，功率受影响极大。目前的水泵自动化供水系统不再使用额定频率控制，而是将可编程逻辑控制器与中控系统，外加变频器进行模块化，组合成一个高度自动化的系统，可以使员厂操作起来更加简便，也对操作人员的安全提供了保障，降低了成本。变频器的优势在于它可根据需求改变频率，效率提高的同时，降低了能耗，大大的提高了产能。

一、关于水泵的自动控制

水泵的自动化控制包括了输送水流的周期，地下水源的实时水位，单位时间内水的流量，还包括用户使用时的电耗能控制，某一参数达到规定值或某一水泵启、停或开、关时，联动或闭锁对其他设备的控制，使用伺服机构的液压泵对机器的位置或速度进行控制，水泵下作时对体积流量、质量流量、扬程，转速等参数的控制，对输入电压的峰值分析控制等，计算机能够对水泵进行远程控制，完成一系列作业，并由室内的控制室采集数据发送回水泵系统让其自动更改操作命令。

为了保证最大化的实现水泵系统自动完成各种操作，水泵的系统在程序编写之初就要考虑到后期的升级问题，为了能够让用户自己根据作业要求改变操作顺序，应在系统中加入扩展模块。在安全方面机器故障报警程序也必不可少，为了降低故障率和损坏率，水泵系统应能在机器过热，转轴停止运转，水流停止输出的时候第一时间发出故障警告，并第一时间检查故障和维修，避免机器的损坏。

如同热水壶一样，一些蓄水池有着贮水的上限和下限，自动控制系统会对水位实时监控，采集水位数据，在水将满时配置多个水泵下作，水不足时配置减少水泵下作，避免企业用水时出现水流不足或水压太大的情况。水泵下作期间，水面的位置，单位时间水流的流量，电机的下作电压、工作电流，水流对阀门的压力，泵机厂作时的温度，以及阀门上拉的程度等数据，都需要采集，采集后传输给系统进行分析，以保证机器工作在一个安全的环境下。

二、自动化供水原理

供水系统主要依靠可编程逻辑控制器、变频器等设备来操作水泵运行，配水管网的压力变化时，系统可对其进行调节，在水压过高或过低时稳定水压来减少能耗。测压原件传感器感受到压力时会将物理压力参数转变为电信号传输到比例-积分-微分控制器（PID控制器）中，PID控制器计算出这些压力值后会对机器运行周期进行调节，改变机器当前的运转速度。PID控制器控制的是标准压力和水管压力的差值，这个差值不等于零时，PID控制器在可编程逻辑控制器中会计算这个差值，依据程序中的规律控制PID控制器输出的值，根据这个输出的值改变变频器的周期，以此来改变水管压力。当这个差值为零时，PID控制器的输出会产生变化，保证水泵在新的电机转动速度下保持平衡。PID控制器在系统中起到的作用时减少误差并缩短系统运行周期。為降低电机在转换的时间差内电流的波动，变电时的变频器频率必须达到五十赫兹，而这时如若输水不能满足要求，泵机可切换至额定频率下下作。

为防止自动系统出现故障时机器宕机，在没备上会安装物理按钮和操作仪，技术人员可手动控制机器的运转。也可对机器进行故障排查和检修。

为配合国家节能减排的号召，水泵自动化供水系统使用变频器来改变水泵的工作方式，能够节约经济，降低能耗，智能性高，工作效率高。整个系统被设计成模块化，最主要的部分是可编程逻辑控制器部分，涵盖了转换压力为电动信号的测压元件传感器，智能PID控制器调节仪等元件。测压元件传感器和PID控制器将模拟量输出信号和开关量输出信号传递给设备，由可编程逻辑控制器自行决定泵机的运行时间。运行时间短的优先开启，以避免自动供水系统程序渎取时间超时时部分泵机不工作。泵机将数据反馈给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器对水流，机器运行时间进行计算，实现系统对水泵的控制以及执行程序命令。其采集的数据在显示屏上显示出来，方便技术工人了解机器运行情况。

中控系统是整个系统的核心，显示屏上的数据就是中控系统输出的，中控系统可自行完成水泵的启动和关闭，还可以通过执行程序更改变频器的频率和水流对阀门的压力，与其他自动化系统不同的是，中控系统可以将远程采集的数据聚集在一起和标准数据做对比，根据差值改变程序的执行路径，提高效率。中控系统会将错误信息显示在显示屏上，方便后期技术人员排查和維修。

水泵自动化供水系统选择的是SIEMENS的可编程逻辑控制器，以四路模拟量输入和一路模拟量输出这一模块输出信号。水泵工作时，水流对轴的力越大，转速越快，而水流对轴的力小的时候，转速就慢。处理这一情况应采用SIEMENS的MICROMASTER440变频器，变频速度快，稳定性强。这种系统一般都会有一个压力传感器来记录压力值。如果把它当作一个电子元器件来看，压力变化也会导致它的阻值变化。供水系统主要的模块是控制和警报模块，警报模块在变频器短路和负载过重的时候会对水泵进行断电处理并报警。系统的预备参数都写在初始化里，在出厂的时候已经存在变频器的峰值和水压力峰值。PID控制器依据初始标准值对实际误差进行计算，把控制系统输出量部分反馈给起始端，对新信号与初始信号比较，再将比较结果输送给系统进行控制，保持系统的运行稳定。

水泵供水自动化技术运行稳定，可节约生产成本，能耗低，应用价值可观，将会在我国社会经济的发展中，不断的进行技术革新。通过研究水泵供水自动化技术的具体原理以及实际应用，可见的是，它会在供水企业和居民的生活中起到提高效率与质量水平的作用，有效减少资源浪费和企业生产开支，其可变频性提供了数据调整的功能，对于不同的用户满足不同的需求。

参考文献：

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