吳昱 任繼

摘要：近十?dāng)?shù)年，自動(dòng)化技術(shù)蓬勃發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域大放異彩，不僅僅是我們所熟知的機(jī)械領(lǐng)域，電力領(lǐng)域也在不斷普及自動(dòng)化技術(shù)。水泵供水系統(tǒng)中，加入自動(dòng)化技術(shù)可以在很大程度上解放勞動(dòng)力，十分具有研究意義，本文將針對(duì)自動(dòng)化水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞：水泵；自動(dòng)化；系統(tǒng)

水資源一直是人類生活必不可少的資源，無(wú)論是日常生活，亦或是社會(huì)生產(chǎn)，都不能離開(kāi)它，水泵是輸送水的重要下具，若提高輸送水的效率，能提升人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量，可以滿足生產(chǎn)中對(duì)水資源的需求，因此，水泵的自動(dòng)化就顯得尤為重要，傳統(tǒng)的水泵控制系統(tǒng)具有使用周期短，能耗高，電壓不穩(wěn)等缺點(diǎn)，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備的損耗會(huì)加劇，功率受影響極大。目前的水泵自動(dòng)化供水系統(tǒng)不再使用額定頻率控制，而是將可編程邏輯控制器與中控系統(tǒng)，外加變頻器進(jìn)行模塊化，組合成一個(gè)高度自動(dòng)化的系統(tǒng)，可以使員廠操作起來(lái)更加簡(jiǎn)便，也對(duì)操作人員的安全提供了保障，降低了成本。變頻器的優(yōu)勢(shì)在于它可根據(jù)需求改變頻率，效率提高的同時(shí)，降低了能耗，大大的提高了產(chǎn)能。

一、關(guān)于水泵的自動(dòng)控制

水泵的自動(dòng)化控制包括了輸送水流的周期，地下水源的實(shí)時(shí)水位，單位時(shí)間內(nèi)水的流量，還包括用戶使用時(shí)的電耗能控制，某一參數(shù)達(dá)到規(guī)定值或某一水泵啟、停或開(kāi)、關(guān)時(shí)，聯(lián)動(dòng)或閉鎖對(duì)其他設(shè)備的控制，使用伺服機(jī)構(gòu)的液壓泵對(duì)機(jī)器的位置或速度進(jìn)行控制，水泵下作時(shí)對(duì)體積流量、質(zhì)量流量、揚(yáng)程，轉(zhuǎn)速等參數(shù)的控制，對(duì)輸入電壓的峰值分析控制等，計(jì)算機(jī)能夠?qū)λ眠M(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成一系列作業(yè)，并由室內(nèi)的控制室采集數(shù)據(jù)發(fā)送回水泵系統(tǒng)讓其自動(dòng)更改操作命令。

為了保證最大化的實(shí)現(xiàn)水泵系統(tǒng)自動(dòng)完成各種操作，水泵的系統(tǒng)在程序編寫(xiě)之初就要考慮到后期的升級(jí)問(wèn)題，為了能夠讓用戶自己根據(jù)作業(yè)要求改變操作順序，應(yīng)在系統(tǒng)中加入擴(kuò)展模塊。在安全方面機(jī)器故障報(bào)警程序也必不可少，為了降低故障率和損壞率，水泵系統(tǒng)應(yīng)能在機(jī)器過(guò)熱，轉(zhuǎn)軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)，水流停止輸出的時(shí)候第一時(shí)間發(fā)出故障警告，并第一時(shí)間檢查故障和維修，避免機(jī)器的損壞。

如同熱水壺一樣，一些蓄水池有著貯水的上限和下限，自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)水位實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集水位數(shù)據(jù)，在水將滿時(shí)配置多個(gè)水泵下作，水不足時(shí)配置減少水泵下作，避免企業(yè)用水時(shí)出現(xiàn)水流不足或水壓太大的情況。水泵下作期間，水面的位置，單位時(shí)間水流的流量，電機(jī)的下作電壓、工作電流，水流對(duì)閥門的壓力，泵機(jī)廠作時(shí)的溫度，以及閥門上拉的程度等數(shù)據(jù)，都需要采集，采集后傳輸給系統(tǒng)進(jìn)行分析，以保證機(jī)器工作在一個(gè)安全的環(huán)境下。

二、自動(dòng)化供水原理

供水系統(tǒng)主要依靠可編程邏輯控制器、變頻器等設(shè)備來(lái)操作水泵運(yùn)行，配水管網(wǎng)的壓力變化時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，在水壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)穩(wěn)定水壓來(lái)減少能耗。測(cè)壓原件傳感器感受到壓力時(shí)會(huì)將物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳輸?shù)奖壤?積分-微分控制器（PID控制器）中，PID控制器計(jì)算出這些壓力值后會(huì)對(duì)機(jī)器運(yùn)行周期進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變機(jī)器當(dāng)前的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。PID控制器控制的是標(biāo)準(zhǔn)壓力和水管壓力的差值，這個(gè)差值不等于零時(shí)，PID控制器在可編程邏輯控制器中會(huì)計(jì)算這個(gè)差值，依據(jù)程序中的規(guī)律控制PID控制器輸出的值，根據(jù)這個(gè)輸出的值改變變頻器的周期，以此來(lái)改變水管壓力。當(dāng)這個(gè)差值為零時(shí)，PID控制器的輸出會(huì)產(chǎn)生變化，保證水泵在新的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度下保持平衡。PID控制器在系統(tǒng)中起到的作用時(shí)減少誤差并縮短系統(tǒng)運(yùn)行周期。為降低電機(jī)在轉(zhuǎn)換的時(shí)間差內(nèi)電流的波動(dòng)，變電時(shí)的變頻器頻率必須達(dá)到五十赫茲，而這時(shí)如若輸水不能滿足要求，泵機(jī)可切換至額定頻率下下作。

為防止自動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)機(jī)器宕機(jī)，在沒(méi)備上會(huì)安裝物理按鈕和操作儀，技術(shù)人員可手動(dòng)控制機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)。也可對(duì)機(jī)器進(jìn)行故障排查和檢修。

為配合國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，水泵自動(dòng)化供水系統(tǒng)使用變頻器來(lái)改變水泵的工作方式，能夠節(jié)約經(jīng)濟(jì)，降低能耗，智能性高，工作效率高。整個(gè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成模塊化，最主要的部分是可編程邏輯控制器部分，涵蓋了轉(zhuǎn)換壓力為電動(dòng)信號(hào)的測(cè)壓元件傳感器，智能PID控制器調(diào)節(jié)儀等元件。測(cè)壓元件傳感器和PID控制器將模擬量輸出信號(hào)和開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)傳遞給設(shè)備，由可編程邏輯控制器自行決定泵機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。運(yùn)行時(shí)間短的優(yōu)先開(kāi)啟，以避免自動(dòng)供水系統(tǒng)程序?yàn)^取時(shí)間超時(shí)時(shí)部分泵機(jī)不工作。泵機(jī)將數(shù)據(jù)反饋給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器對(duì)水流，機(jī)器運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)水泵的控制以及執(zhí)行程序命令。其采集的數(shù)據(jù)在顯示屏上顯示出來(lái)，方便技術(shù)工人了解機(jī)器運(yùn)行情況。

中控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，顯示屏上的數(shù)據(jù)就是中控系統(tǒng)輸出的，中控系統(tǒng)可自行完成水泵的啟動(dòng)和關(guān)閉，還可以通過(guò)執(zhí)行程序更改變頻器的頻率和水流對(duì)閥門的壓力，與其他自動(dòng)化系統(tǒng)不同的是，中控系統(tǒng)可以將遠(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)聚集在一起和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)做對(duì)比，根據(jù)差值改變程序的執(zhí)行路徑，提高效率。中控系統(tǒng)會(huì)將錯(cuò)誤信息顯示在顯示屏上，方便后期技術(shù)人員排查和維修。

水泵自動(dòng)化供水系統(tǒng)選擇的是SIEMENS的可編程邏輯控制器，以四路模擬量輸入和一路模擬量輸出這一模塊輸出信號(hào)。水泵工作時(shí)，水流對(duì)軸的力越大，轉(zhuǎn)速越快，而水流對(duì)軸的力小的時(shí)候，轉(zhuǎn)速就慢。處理這一情況應(yīng)采用SIEMENS的MICROMASTER440變頻器，變頻速度快，穩(wěn)定性強(qiáng)。這種系統(tǒng)一般都會(huì)有一個(gè)壓力傳感器來(lái)記錄壓力值。如果把它當(dāng)作一個(gè)電子元器件來(lái)看，壓力變化也會(huì)導(dǎo)致它的阻值變化。供水系統(tǒng)主要的模塊是控制和警報(bào)模塊，警報(bào)模塊在變頻器短路和負(fù)載過(guò)重的時(shí)候會(huì)對(duì)水泵進(jìn)行斷電處理并報(bào)警。系統(tǒng)的預(yù)備參數(shù)都寫(xiě)在初始化里，在出廠的時(shí)候已經(jīng)存在變頻器的峰值和水壓力峰值。PID控制器依據(jù)初始標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)實(shí)際誤差進(jìn)行計(jì)算，把控制系統(tǒng)輸出量部分反饋給起始端，對(duì)新信號(hào)與初始信號(hào)比較，再將比較結(jié)果輸送給系統(tǒng)進(jìn)行控制，保持系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

水泵供水自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，可節(jié)約生產(chǎn)成本，能耗低，應(yīng)用價(jià)值可觀，將會(huì)在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，不斷的進(jìn)行技術(shù)革新。通過(guò)研究水泵供水自動(dòng)化技術(shù)的具體原理以及實(shí)際應(yīng)用，可見(jiàn)的是，它會(huì)在供水企業(yè)和居民的生活中起到提高效率與質(zhì)量水平的作用，有效減少資源浪費(fèi)和企業(yè)生產(chǎn)開(kāi)支，其可變頻性提供了數(shù)據(jù)調(diào)整的功能，對(duì)于不同的用戶滿足不同的需求。

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