自動化水泵供水控制系統應用中的問題分析

黃建文/寧夏水利廳鹽環定揚水管理處

自動化水泵供水控制系統應用中的問題分析

黃建文/寧夏水利廳鹽環定揚水管理處

當前高新科技迅速發展，自動化技術在推動國民經濟發展方面的重要性日益突出，許多領域都加快了自動化進程，如電力、機械等。在這種背景下，我國供水行業適應發展趨勢，逐步推進自動化供水系統，本文主要闡述了供水自動化的原理，并對水泵供水自動化的設計進行了深入探討。

自動化水泵；供水系統；分析

當前工業自動化進程正在不斷加快，變頻調速技術已經深入到各個行業，如機械、化工等。變頻技術的優越性同樣受到供水行業的關注，近年來，在工業與生活等供水系統中，變頻技術正在發揮著重要作用。與變頻控制系統相比，工頻技術在實踐應用中弊端較多，如使用壽命短、電能浪費嚴重等，特別是工頻控制設備易磨損，縮短了工頻系統的使用壽命，系統的整個控制能力也在不斷下降，當磨損到達一定程度，只能依靠控制閥門和啟停電動機實現調控壓力，系統功率較低，并且會產生噪聲污染[1]。本系統是一種新型的水泵供水系統，變頻器、PLC、中央控制系統是該系統主要組成部分，并且自動化程度高，解決了傳統供水系統的操作難度大、占地面積廣的難題。該系統依托于變頻技術，能夠使水泵運行速度與流量保持一致，實現了節能減排。總之，變頻調速技術能夠改善供水系統供水流程，對提高供水系統運行效率具有重要意義。

1控制原理問題

水泵供水自動化系統是一種閉控制裝置，依托PLC、變頻器等設備能夠合理控制水泵運行，確保供水壓力平穩。當管網壓力變大時，系統會自動調節水泵運行速度壁并控制流量，以穩定供水壓力。水泵供水自動化系統控制水泵轉速主要依靠調節頻率實現，該系統中的壓力變送器能夠對管網的出水壓力進行檢測并將檢測的壓力參數傳輸至PID控制器，經PID控制器計算，會得出合適的頻率，然后由系統自動進行調節。PLC內置控制方式的核心是PID[2]。Δp是預先設定的壓力與給水連接管壓力變送器之間的差值，也是控制系統進行控制的主要依據。當Δp≠0，PID模塊就開始計算Δp，在設定的調節規律內對PLC輸出值進行轉變，進而使變頻器輸出頻率改變，確保連接管給水壓力保持在合理范圍內。當Δp=0時，PID模塊不會計算Δp，變頻器輸出頻率不會發生變化，水泵電機就能夠保持平穩旋轉狀態，在PID調節規律下，靜態不斷縮小且系統條件時間會顯著縮短。應當注意的是，變頻器輸出值在50Hz以下時，會產生電流沖擊，在切換電網時，應確保變頻器輸出值在正常范圍內。如果出現變頻器輸出值50Hz，但供水仍然不足時，則應立即采用工頻代替變頻，避免對供水產生影響。

2自動化水泵供水系統設計

2.1 控制系統問題

2.1.1 手動控制模式

手動控制模式是指由人工控制設備開啟、停止，此種控制模式需將選擇開關安裝于設備的控制箱，另外，還可以設置手動或自動選擇的變頻器操作面板。手動控制模式要求操作人員對水泵運轉情況進行具體分析，根據實際情況利用變頻器對水泵運行效率進行設置。一般情況下，當某臺水泵運轉時間超過24h，則應手動切換至其他水泵。另外，手動控制模式還能夠對自動化供水設備進行檢測或故障維修。

2.1.2 PLC控制模式

經濟實用、高效節能是對水泵供水系統的要求，利用變頻器調節供水運行系統，可以實現水泵供水系統自動化運行，有益于節能減排。PLC控制模式是自動化水泵供水控制系統的核心。在PLC控制模式中，PLC、壓力變送器、PID智能調節器是其主要組成部分，在PLC控制模式是自動化水泵供水控制系統中進行數據采集、設備控制的主要部分。壓力變送器、PID等產生的4-20毫安的AI信號和DI信號也由PLC接收。PLC在啟動水泵前，會綜合分析水泵累計運行時間和運行狀況，優先開啟運行時間短、運行狀態好的水泵，以避免水泵運行時間過長或長時間不運行而產生的問題[3]。另外，PLC還會累計和計算系統反饋過來相關數據，如流量、時間等。PLC能夠自動控制水泵，并在中央控制層的指令下更改控制策略。，為了便于值班人員了解水泵具體運行情況和，一般PLC會配設一臺觸摸屏，借助觸摸屏直值班人員還能隨時修改PLC的各項參數，使之滿足水泵運行需求。

2.1.3 中央控制系統

中央控制系統主要用于對自動化水泵控制系統進行宏觀調度，設備控制畫面、設備開關是其主要組成部分。另外，中央控制系統還可以對變頻器的輸出、頻率、壓力進行遠程設置。中央控制系統還擔負著統計系統數據信息，分析不同工藝參數數值，優化系統運行狀態、提升系統運行效益的職能。在中央控制器的顯示屏幕上，可以清晰顯示出系統各設備的運行狀態、變化參數和故障信息。如果系統運行出現問題，中央控制器還可以發布報警信號。

2.3 硬軟件的配置問題

PLC是進行輸入信號采集、穩定水泵壓力的重要設備，是自動化水泵供水系統的關鍵，因此，選擇合理的軟件與硬件對自動化水泵供水系統的穩定運行至關重要[4]。PLC生產廠家眾多，應根據供水具體情況，綜合考慮設備質量，選擇合適的PLC設備。本次研究中的PLC設備為西門子公司設計制造，為管網壓力設備選擇提供方便，有利于日后信號傳輸至變頻器。水泵供水系統擴展模式選擇具備4個模擬輸入(AI)和1個模擬輸入(AO)的EM235模擬量，水泵是一種組轉矩與轉速成正比的負載，公式是TL=T0+KTNL2，負載轉矩：TL；比例系數：KT；水泵轉速：NL；空載轉矩：T0。由于在低速運行下，供水系統TL較低，因此變頻器應選擇專用型或節能型。本次研究中選擇的變頻器為西門子MM440變型器，該種變型器質量過硬、性能高、動態性能較好，能夠滿足低速高轉矩要求。另外，由于壓力變化易影響電路器件的電阻值，加配了遠程壓力傳感器與滑動觸電裝置。供水系統的軟件主程序安裝于主程序內，如生成水泵控制信號等。在供水系統故障和報警模塊中，采用了變頻器的短路、過載等功能，以避免因短路、過載等因素影響供水系統運行。在初始化程序中，根據具體供水需求，調整變頻器的供水壓力值、上限值、下限值等。根據設定值與被控制對象的實際值之間的偏差，利用PID計算控制器的輸出量，利用PID抑制系統閉環擾動。

3結語

水泵供水系統應用自動化技術是時代的要求，也符合其發展趨勢。與傳統水泵工頻技術相比，PLC變頻調速控制系統優點眾多，穩定可靠、經濟效益好，符合當下節能減排要求，也改善了水泵供水工頻技術在實踐應用中的弊端，應用價值高，值得廣泛推廣。

[1]閉學英. 自動化水泵供水控制系統應用中的問題分析[J]. 技術與市場,2015,04:41+43.

[2]周干人. 自動化水泵供水控制系統研究[J]. 科技創業家,2013,09:90.

[3]韓耀明. 自動化水泵供水控制系統研究[J]. 電子制作,2013,19:223.

[4]馬培華. 自動化水泵供水控制系統研究[J]. 科技傳播,2011,19:167.