自動控制技術(shù)在水泵機組測試中的應(yīng)用

李明珠

摘要：利用自動控制技術(shù)，在現(xiàn)有PLC+上位機泵站控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開發(fā)了水泵測試功能。該系統(tǒng)自動記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并存儲到Excel表格，通過二次多項式擬合，繪制水泵實際運行特性曲線，幫助工作人員了解水泵機組的運行情況，為提高效率、節(jié)能降耗提供科學(xué)的技術(shù)手段。該系統(tǒng)與原泵站自控系統(tǒng)融為一體，節(jié)省了測試成本，并已得到了實際應(yīng)用，效果良好。

關(guān)鍵詞：水泵測試 節(jié)能降耗 自動控制

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0004-02

在實際運行中，往往由于泵的運行工況點偏離特性曲線的高效區(qū)間，使水泵機組低效運行，造成巨大的能源浪費。通過水泵測試，繪制水泵機組特性曲線，確定水泵機組的高效運行區(qū)間，優(yōu)化設(shè)計合理選用高效水泵，對役齡過長設(shè)備陳舊的機泵，及時進行更新改造，對供水企業(yè)提高經(jīng)濟效益，降低生產(chǎn)成本，具有非常現(xiàn)實和深遠的意義。目前國內(nèi)水泵測試一般都是構(gòu)建一套專門的測試平臺，此方式不能很好地利用原有PLC控制系統(tǒng)，造成測試成本增加。本研究是在現(xiàn)有PLC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開發(fā)水泵測試功能，自動記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，得到水泵特性曲線，為水泵節(jié)能降耗提供科學(xué)的依據(jù)。

1 水泵測試理論基礎(chǔ)

在實際中是用試驗方法分析計算出多個不同流量工作點的測試數(shù)據(jù)，繪制出H—Q，N—Q、η一Q之間關(guān)系曲線（其中Q為流量，H是揚程，N是功率，η是效率），用以反映它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律，這些曲線被稱為水泵的特性曲線。

將實測曲線與廠家提供的樣本曲線進行比較，看水泵在使用多年或切削后各種特性是否發(fā)生變化，是否運行在高效區(qū)，從而挖掘水泵機組的節(jié)能潛力。

相關(guān)公式：

①揚程的測定：

泵的揚程可按下式計算（m）

式中——泵出、進口測點處壓力表的讀數(shù)（）；

——泵出、進口測壓處壓力表中心到基準面的垂直距離（m）

——泵出、進口測壓點處斷面上的平均流速（m/s）

其中，為進出水管口管徑

測壓表盡可能安裝在泵進出口附近，這樣可以避免管路阻力對泵揚程的影響。

②流量：

流量信號由流量計收集并通過RS485總線連接到PLC。

③軸功率：

N軸=P*η傳*η電，其中P——電機功率，η傳——傳動效率，聯(lián)軸器直接傳動時取1.00，η電——電機效率，一般取0.90。

④水泵有效功率：

計算公式為：Ne=H*Q*g/3600。

⑤效率

2 水泵性能測試

2.1 測試設(shè)備

PLC把現(xiàn)場儀表收集到的模擬信號，如壓力、流量、水位、功率等集中收集，然后傳輸?shù)缴衔粰C組態(tài)軟件進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，并自動存儲數(shù)據(jù)到EXCEL表格中，最后畫出水泵特性曲線。

測試現(xiàn)場示意圖如下圖1所示。

現(xiàn)場的壓力、流量、液位通用4—20 mA信號采集到PLC，而電機的電流、電壓、功率信號則通過RS485傳送到PLC，通過上位機軟件周期自動收集信號，并寫入EXCEL表格，從而繪制出水泵特性曲線。

2.2 水泵測試界面

在INTOUCH上位機監(jiān)控軟件上開發(fā)相應(yīng)的測試界面，如圖2所示。

調(diào)節(jié)閥門的開度，每隔一定的周期自動記錄水泵相關(guān)數(shù)據(jù)到EXCEL，完成數(shù)據(jù)的接收及存儲，為后期分析做準備。

3 實際案例分析

A水廠送水泵房配備高壓10KV電源，水泵及配套電機5臺，分別為2臺16SA-9J、2臺24SA10J和1臺500s35水泵。現(xiàn)以5號水泵500s35為例，對其進行測試。

在A水廠現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)水泵測試的工藝要求，開發(fā)了其水泵機組測試系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)對5號泵進行測試，自動記錄現(xiàn)場數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得表1，以測試計算表1中數(shù)據(jù)繪出該水泵的H—Q，N—Q、η一Q的二次多項式相關(guān)曲線圖，見圖3、圖4。

將實測曲線與廠家提供的樣本曲線進行比較，得出以下分析結(jié)果。

（1）5#水泵與水泵原始性能有偏離，同一供水流量下，水泵揚程降低，所用功率增大，效率降低。

（2）5#水泵目前效率最大只能達到60%—75%，工作運行偏離高效率區(qū)。

4 結(jié)語

通過該水泵自動測試系統(tǒng)畫出水泵實際運行性能曲線，使得工作人員了解真實的水泵運行情況及目前存在的問題，找出提高水泵效率的措施，從而達到節(jié)能降耗的目的。在原有PLC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上搭建水泵測試功能，不僅節(jié)約了測試成本，而且操作簡單可行，值得推廣。