自動化水泵供水控制系統的分析與研究

摘要：當前，我國機械與電力領域的自動化技術伴隨著科學技術水平的發展而逐步得到普及與應用，各領域都積極嘗試創造自動化的控制模式。自動化水泵供水控制系統對我國供水業以及政府事業發揮著不可忽視的作用，應對自動化技術給予高度的關注與重視。本文針對自動化水泵供水控制系統的分析與研究展開相關的探究活動，望本次探究結果可以為相關研究活動提供參考與借鑒作用。

關鍵詞：自動化水泵;供水控制系統;模式;研究

中圖分類號：TP273;TU991文獻標識碼：A????? 文章編號：2096-6903（2021）08-0000-00

近年來，變頻調控技術得到了突飛猛進的進步與發展，同時變頻技術也受到了人們的高度重視與關注，在工業與生活領域供水系統中都已經廣泛使用變頻器。使用時間短、耗能高、易跳閘是工頻控制系統的不足與缺陷，此設備一般需要長時間的快速運行，極易發生磨損，致使使用時間逐步減少，且需要借助調控閥門與電動機開關來調節壓力數值，噪音大且系數以及功率因素特別低。本次探究活動集PLC、變頻器與重要控制系統于一身，研發出具有高程度自動化水泵供水系統。此系統的優勢主要表現為：使用便捷、安全性高、資金投入低、體積小等優勢?？梢詫崿F水泵運轉速度與流量相協調，不僅可以提高設備工作的效率，還可以起到節能減排的作用。因此，變頻調速技術可以發揮以下作用：優化水泵供水流程、提高經濟效益、恒定輸出流量與恒定壓力的作用。

1 自動化水泵供水控制系統綜述

自動化水泵供水控制系統不僅可以操控供水的水量、水位以及時間，還可以操控企業用電承載量、泵閥鎖的開關、水泵運行等。自動化水泵供水控制系統還可以實時監管與操控水泵作業中的數據以及參數，能夠有效解析與調控企業能源的耗電高低期。此外，將計算有效融入自動化水泵供水控制系統中，可以對水泵系統作用狀況實行遠程操控，自動化水泵供水控制系統可以操控計算機對水泵作業情況與工作數據進行統計與分析，并將這些數據輸送至水泵控制系統中，可以自動操控水泵的流量與水泵電機的運轉。為滿足自動化操控與管理的需求，自動化水泵控制系統應符合擴展性高的特性，在設計環節中重視提升其擴展性，應依據企業的具體需要可以隨時增減操控節點。還應對安全性給予高度的重視，水泵可能會面臨軸承溫度過高、電機故障與水泵流量等問題，為有效預防此問題的發生，應在日常工作中做好提示與警示的工作。比如，每個水廠的水庫儲存量都會有最大與最小的限定值，無論是低于最小值還是高于最大值，自動控制系統都發出警報或者提示。應借助現成水泵作業的實時數據來判定水泵的工作狀態，是否處于正常轉臺，實時數據包含水泵流量、電流、水位、電壓、作業溫度與閥門開啟狀態等等。借助以上實時參數能夠深入剖析當前水泵的工作效率與耗電狀況，對系統的正常運轉起到一個保障的作用。

2 自動化水泵供水控制系統的控制原理

自動化水泵控制供水系統屬于閉控制裝備，能夠借助PLC與變頻器等以自動化的形式來調控水泵的運轉，保障水泵供水的壓力處于平穩的狀態。當水泵管網出現壓力過大的情況時，自動化水泵供水控制系統可以以自動化的形式來調控水泵的運轉速度與流量，從而解決水泵壓力過大的問題，有效穩定水泵壓力，從而保障水泵的正常運轉。自動化水泵供水控制系統是如何實現自動化調控水泵運行速度的呢？主要是以調控頻率的方式來實現的。自動化水泵供水控制系統利用壓力變送器來測量網管的出水壓力，并且還可以將測量結果輸送給PLD控制器，PLD經過解析并可以推算出合理的頻率，并依據此標準來自動調節水泵，從而水泵實現自我調控。PID是PLC內置控制模式的核心部分，輸送水管壓力變送器和水泵預先設置的壓力二者間的差數是? p，自動化水泵供水控制系統開展調控的核心依據也是? p。當? p不等于零時，PID就會進行核算? p的數值，基于制定的調控規律來改變PLC的輸出數值，從而改變變頻器的輸出頻率數值，保障水泵連接管出水壓力的合理性。而? p等于零的時候，PID就會停止計算工作，變頻器的輸出頻率值將會保持不變，保障水泵電機平穩運轉。

3 自動化水泵供水控制系統的合理配置方法

3.1 自動化水泵供水控制系統的自動控制設備

PLC控制箱、計算機、電信號工控機、水泵數據顯示屏與外圍數據傳感器是自動化水泵供水控制系統的組成部分。PLC控制箱模塊能夠調控編程，還可以實行PLC計算，PLC控制箱能夠結合作業現場的信號來判斷接受信號的種類，根據信號類型與種類以自動化形式展開調節。此外，還須設置攝像頭，將攝像頭安置于水泵作用現場，目的為查看與監管水泵的作業狀態。水泵數據顯示屏可以呈現水泵的相關數據與信息。計算機模塊可以解析與備份自動化水泵供水控制系統中的相關數據。外圍數據傳感器可以獲取水泵作業數據，數據包含超聲水位計、水流量傳感器與電機電流等等。除以上設備以外，自動化水泵供水控制系統為實現工作者可以遠程調控水泵作業，須留出和工業網絡接連的接口。水泵作業包含以下內容：水泵開閉狀況、輔助泵的開關狀態、閥門開關情況、管道流量狀況、水位信號、壓力狀況、發電機的溫度、電流量與電壓狀況等等，以上這些數據信息可以以網絡的形式輸送至控制中心，由相關操作者、計算機來對其進行解析工作，根據具體解析結果來自動化調節水泵作業。

3.2 自動化水泵供水控制系統的合理配置方法

自動化水泵供水系統關鍵設備是PLC，因為PLC有穩定水泵壓力與輸入采集信息的重要作用，水泵整個供水系統的穩定性受PLC軟硬件質量和匹配度的影響，因此，應慎重與合理的選擇PLC的硬件與軟件。生產PLC設備的廠家很多，需要考慮水泵供水實際狀況與PLC設備的質量來合理的選擇PLC設備。此次研究的PLC設備由花西子公司所生產，其優勢表現為：調節管網壓力方面具有便捷性，為向變頻器傳送信號提供便利。還為水泵供水控制系統建立了模擬輸入量，其中四種模擬輸入（AI）與一種模擬輸入（AO），模擬量為EM 235。其轉矩與轉速是正比例的關系，轉速為NL，轉矩為TL，空間轉矩為TO。在水泵低速模式運轉情況下，變頻器應根據水泵供水系統的情況進行適度調節，TL比較低時應調至節能或者專用模式。此次探究對象是型號為MM440花西子變頻器，具有質量高、功能強與動態性良好的優勢，符合水泵高轉矩與低轉速的需求。依據水泵的實際供水需要在初始化程序內可以調控變頻器的供水上下限值與供水壓力數值。借助PID依據設置數值和被控制實際數值的差值來計算控制器的輸出量。

4 自動化水泵供水控制系統的工作流程

排真空流程、閘閥操作流程、水位流量自動管理與調控流程、參數傳送流程是控制系統的基本流程。

4.1 排真空流程

水泵的葉輪需要全部浸入水中水泵才可以運轉，此時，水泵內將形成一個真空空間，在此基礎上才可以完成排水操作。假如不符合上述的標準，或者真空不足都會導致泵抽不進水，或葉輪等旋轉的零部件可能發生破損的現象，因此，在排真空流程中應利用射流閥來抽取真空，且應利用傳感器實時監控水泵內的真空量，根據具體情況采取針對性的處理辦法。

4.2 閘閥操作流程

閘閥操作流程屬于操作環節之一，在啟動過程中利用開關出水閘閥來調控離心式水泵的啟動功率，此外，水泵關閉之前應先關閉閘閥，讓水流動的速度慢慢減緩，然后在將水泵關閉。

4.3 水位流量自動管理與調控流程

為了實現水泵可以依據水位流量的狀況來自動打開與關閉水泵的目標，自動化水泵供水控制系統的工作環節中不可缺少水位流量自動管理與調控的環節。如果水泵水位出現過低或者流量過大的現象，系統將依據實際情況與具體參數展開調節工作，視情況將閥門關閉或者將水泵暫停作業。如果水泵水位出現過高或者流量過小的現象，應視情況將水泵閥門加大或者將水泵開啟。

4.4 參數傳送流程

自動化水泵控制系統的核心環節是參數傳送環節，PLC系統、中間繼電器與接觸器構成參數傳送環節，水位可以通過水泵操作室的屏幕來實時顯示。需要注意的是，備用水泵因長期不使用易出現受潮的現象，易引發機器故障，對此應給予密切的關注。為有效解決此問題，為及時發現機器故障與及時處理設備故障，應采用輪換的方法來對其進行監控。水泵供水系統依據水泵的開關數量將自動化的依次輪流打開與關閉水泵，當發現某臺水泵或者某臺水泵閥門出現故障，并對其進行檢查與維修的時候，在輪流開閉水泵環節中應除去此臺水泵，對其他水泵繼續采用輪流法進行檢查。

5 自動化水泵供水控制系統的具體功能

水泵的自動化控制伴隨著我國電信技術和電力技術的發展而逐步趨向模塊化，一種設備或多種設備組成一個模塊，在設計自動化水泵供水控制系統環節中控制設備的選擇與數據采集環節顯得尤為重要。

5.1 手動調控模式

由人為手動的方式來打開或者關閉水泵設備被稱為手動調節模式，為了可以實現手動調控模式，須要在控制箱上安裝開啟與關閉的選擇按鈕。除此以外，為可以實現靈活切換手動調控或者自動調控模式應在變頻器操作頁面調成手動或者自動兩種操作模式。應根據水泵運行的實際狀況來選擇調控模式，根據情況切換手動調控還是自動調控模式，借助變頻器依據設備的具體狀況來針對性的調控水泵的關閉狀態，水泵的運轉效率由變頻器來調控。一般針對運轉時間多余24小時的水泵應用手動調控模式切換為其他水泵，除此之外，手動調控模式還可以用于自動化供水設備的故障檢查與維修。

5.2 PLC調控模式

為達到節能減排與經濟適用的效果，水泵供水系統需要采用變頻器來對其進行合理與科學的調節，讓水泵供水系統能夠以自動化的方式進行運轉，可以起到節能減排、經濟合理的作用，且具有高程度的自動化優勢，此系統的實用價值非常高。水泵供水系統的重要與核心調控環節是PLC調控模式，在自動化水泵供水系統中占據核心地位，PLC調控模式主要由三部分構成：PLC、PID和壓力變送器。

在自動化水泵供水控制系統中采集信息和設備調節的工作由PLC調控模式負責。

與此同時，PLC調控模式還負責接受PID智能調控器與壓力變送器所發出的AI與DI信號，壓力一般為四至二十毫安。需要按照水泵的具體運行狀態和時間來進行整體解析，依據解析結果來選擇性啟動哪一臺水泵，普遍選擇運轉時間比較短且運轉狀態良好的水泵，這樣可以有效降低水泵因運轉時間過久或者長期不運轉而發生故障的現象。與此同時，針對系統反饋的水泵流量與水泵運轉時間等相關數據與信息PLC調控模式有累積與計算的功能。PLC調控模式可以對水泵進行自動化調節，并且可以根據中央控制層的具體命令來針對性的改變調節方法。為提高水泵操控的便捷性，為讓值班工作人員更加便捷的掌握水泵實際運轉狀況，一般會設置一個觸摸屏來為值班工作者提供水泵運轉數據，值班工作者通過觸摸屏即可掌握水泵運轉的各項數據，值班工作者還可以隨時調整與修改PLC的各項參數，促進水泵實現正常運轉。

5.3 中央調控系統

中央調控系統對整個水泵供水系統發揮著宏觀調控的重大作用，將水泵供水系統的各項參數與工藝呈現出來，主要針對水泵設備的控制畫面，中央調控系統能夠以直接的方式打開或者關閉調控，且可以以遠程調控的方式來調節變頻器的壓力、頻率與輸出。中央調控系統能夠依據取得的具體信息來設立各項信息數據庫，還可以針對各種工藝參數與工藝數值開展解析活動，根據解析情況針對性的優化與完善現行的管理措施，在整體上提高經濟效益。借助控制器顯示屏即可對相關設備以直接的方式實現對遠程調控的功能，且屏幕還能夠呈現參數變化的動態、設備運轉狀況與事故報警等相關信息與數據，且設備故障報告與生產報告等信息可以以自動的方式形成。假如水泵供水系統發生故障，中央控制系統與PLC可以第一時間發現并且第一時間發出報警信息。

由上可知，近幾年來，我國的科學技術水平發展速度越來越快，為符合時代的需求與發展的需要，應進一步完善自動化水泵供水控制系統，PLC設計的變頻調速控制系統與傳統水泵工頻技術比較具有很大的優勢，其優勢表現為：穩定性高、資金投入低、節能減排等優勢，還能夠彌補水泵供水工頻技術的不足，使用價值較高且值得推廣與運用。本文針對自動化水泵供水控制系統的分析與研究展開了一些列的探究活動，研究內容主要包括以下幾個方面：自動化水泵供水控制系統的含義、自動化水泵供水控制系統的控制原理、合理配置方法、工作流程與具體功能等內容，希望本次探究活動結果可以為相關研究活動提供一定的參考與借鑒價值。

作者簡介：蔡源（1970—），男，重慶涪陵人，本科，高級工程師，研究方向：國企黨建、城鄉自來水生產供應及水利水電工程投資、建設、運營管理等。

Analysis and Research on Automatic Water Pump Water Supply Control System

CAI Yuan

（Chongqing Water Resources Industry Co.， Ltd.，Chongqing 401121）

Abstract：At present， my country's automation technology in the field of machinery and electric power is gradually being popularized and applied with the development of science and technology. Various fields are actively trying to create automated control modes. Automated pump water supply control system plays an important role in my country's water supply industry and government undertakings， and automation technology should be given high attention and attention. This article launches related research activities for the analysis and research of the automated water pump water supply control system. It is hoped that the results of this research can provide reference and reference for related research activities.

Keywords：Automated water pump; Water supply control system; Mode; Research