羅華軍

摘 要：我國(guó)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造水泵的技術(shù)在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下獲得快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)在使用水泵時(shí)對(duì)于水泵的性能要求、質(zhì)量要求不斷提升，這就要求在水泵在設(shè)計(jì)與制造中立足于行業(yè)發(fā)展需求，提升水泵綜合性能。在提升水泵綜合性能時(shí)應(yīng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)手段普遍存在一定的局限性，所以在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制作水泵的時(shí)候，需要借助于電氣自動(dòng)化技術(shù)，顯著提升水泵綜合性能，滿足行業(yè)發(fā)展需求。本文將立足于水泵結(jié)構(gòu)探究電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化技術(shù);水泵;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.05.069

在研究與發(fā)展水泵基礎(chǔ)理論，改進(jìn)水泵性能，完善水泵設(shè)計(jì)方案等環(huán)節(jié)中，提升水泵電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能力具有十分重要的作用。所以，在研究水泵生產(chǎn)與制造時(shí)使用電氣自動(dòng)化技術(shù)，已經(jīng)成為社會(huì)各界所關(guān)注的焦點(diǎn)。

一、水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電氣自動(dòng)化技術(shù)

1.變頻調(diào)速技術(shù)

水泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，當(dāng)屬變頻調(diào)速應(yīng)用的最為成熟。就原動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)水泵而言，在計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度時(shí)，其關(guān)系表達(dá)式如下所示：

在公式1.中，字母n所表示的含義為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，字母f所表示的含義為輸入電源的頻率值，字母s所表示的含義為電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，字母p所表示的含義為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。通過(guò)公式1.可以得知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度受到電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)、電機(jī)轉(zhuǎn)差率以及電源頻率值的影響。在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的時(shí)候，通過(guò)利用磁極對(duì)數(shù)和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率具有較大的效率損耗，并且局限性比較大。

在調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的時(shí)候利用電機(jī)輸入電源工作頻率改變的方式展開，這種方法便被稱作為變頻調(diào)速技術(shù)。變頻調(diào)速技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有比較廣的調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)具有較高的調(diào)節(jié)精準(zhǔn)度和調(diào)節(jié)效率，其節(jié)能效率也是上述調(diào)節(jié)方法所不能比擬的。在大多數(shù)情況下，調(diào)節(jié)水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度是利用變頻器，主要思路是有機(jī)結(jié)合變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通過(guò)利用AC-DC轉(zhuǎn)換整流、DC-AC轉(zhuǎn)換整流和濾波等過(guò)程完成。

2.電動(dòng)機(jī)高壓電氣軟啟動(dòng)技術(shù)

在啟動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，需要從兩個(gè)角度展開分析，第一，設(shè)定啟動(dòng)時(shí)的電流值為額定電流值的五倍到七倍，在有限容量的電網(wǎng)之上，其所形成的降壓作用將會(huì)造成電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備運(yùn)行受到影響，甚至不能正常工作。第二，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)矩也將會(huì)超出額定轉(zhuǎn)矩，這種問(wèn)題的出現(xiàn)將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電動(dòng)機(jī)本身，所以要適當(dāng)性的降低交流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的電流值。為緩解電網(wǎng)的沖擊可以通過(guò)加裝裝置實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度在運(yùn)行中達(dá)到平穩(wěn)上升的目的，使其在最短時(shí)間內(nèi)上升的額定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這個(gè)過(guò)程便被稱作為電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)，起到輔助作用的附加裝置被稱作為電氣軟啟動(dòng)器。反饋回路、主回路、相應(yīng)的控制回路以及旁回路等組合形成高壓電氣軟啟動(dòng)器，計(jì)算機(jī)可以直接對(duì)高壓軟啟動(dòng)器中的所用部分實(shí)現(xiàn)直接監(jiān)管與控制。電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)方式包含有突然跳動(dòng)啟動(dòng)、全壓?jiǎn)?dòng)、電壓斜坡啟動(dòng)以及恒流啟動(dòng)四種方式。例如在柳州市沿江瀑布群改造工程中，水泵工況穩(wěn)定，流量及運(yùn)行時(shí)間持續(xù)固定，不需要調(diào)速及調(diào)節(jié)進(jìn)出水流量。根據(jù)瀑布群水泵電機(jī)功率大小及負(fù)荷情況，選擇了施耐德公司生產(chǎn)的軟起動(dòng)器，采用轉(zhuǎn)矩控制方式起停水泵電機(jī)。

二、檢測(cè)電氣自動(dòng)控制的運(yùn)行參數(shù)和實(shí)現(xiàn)步驟

1.分析數(shù)學(xué)理論

根據(jù)行業(yè)水倉(cāng)容量和涌水量測(cè)試結(jié)果，在水泵設(shè)計(jì)與制造中應(yīng)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，要展開全面且細(xì)致的考量。在實(shí)際設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中，基本上可以通過(guò)四種方法解決。第一，可以利用數(shù)學(xué)中的一元二次方程式完成計(jì)算，同時(shí)要以一定的步驟為基礎(chǔ)。首先將涌水量假設(shè)為x，將水倉(cāng)的容量假設(shè)為y，水泵的排水量假設(shè)為Q，當(dāng)水倉(cāng)徹底充滿水以后，時(shí)間耗費(fèi)為T，抽完水的用時(shí)為O，完成方程式表示與計(jì)算。在一元二次方程式中，x和y所表示的含義為需要求解的數(shù)值，而其他的數(shù)字為常量。水倉(cāng)容量在關(guān)系表達(dá)式中保持穩(wěn)定不變的數(shù)值，隨著掌子面的變化與季節(jié)的變動(dòng)，涌水量將會(huì)隨之發(fā)生變化，但是在短時(shí)間內(nèi)所表現(xiàn)出來(lái)的變化幅度較小。第二，將流量統(tǒng)計(jì)器安裝在水泵排水管和水倉(cāng)入口處位置，在水倉(cāng)入口處的涌水量可以通過(guò)流量統(tǒng)計(jì)器直接測(cè)量而得，水倉(cāng)容量在兩個(gè)流量通及其位置計(jì)算出空水倉(cāng)和滿水倉(cāng)階段的礦井流水量和水泵排水量差值。每臺(tái)水泵在使用中可以設(shè)置四種工作方式，分別是檢修方式、自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制和就地控制，設(shè)定的時(shí)候可以在控制器上直接完成。

2.基于數(shù)理支撐的啟動(dòng)問(wèn)題

啟動(dòng)問(wèn)題往往是以數(shù)理支撐位模式而展開，操作人員需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)人工按鈕的控制完成啟動(dòng)水泵電機(jī)或者是閘閥開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的語(yǔ)音提示、自動(dòng)停止運(yùn)行和報(bào)警等功能。倘若是水位超出警戒線、出現(xiàn)常規(guī)開關(guān)故障、壓力驟然下降以及流量降低等問(wèn)題時(shí)，真空壓力將會(huì)達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)，此時(shí)自動(dòng)水泵電機(jī)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，水泵出水管路電動(dòng)閘閥將會(huì)被打開，在最短時(shí)間內(nèi)將水排出。倘若是打開電動(dòng)閘閥后在一定的時(shí)間階段內(nèi)，水泵壓力值沒(méi)有達(dá)到設(shè)定的指標(biāo)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)停止水泵運(yùn)行，并將將電動(dòng)閘閥關(guān)閉，完成報(bào)警工作。水泵在停止運(yùn)行以后，水倉(cāng)的水位到達(dá)最低位置，將會(huì)首先將排水管路電動(dòng)閘閥自動(dòng)關(guān)閉，關(guān)閉之后在將水泵電機(jī)關(guān)閉。在系統(tǒng)中設(shè)置完成運(yùn)行水位、低限水位、危險(xiǎn)水位等多個(gè)水位線。當(dāng)水位達(dá)到警戒水位線時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)“運(yùn)行泵”，以上限水位設(shè)置系統(tǒng)作為依據(jù)，自動(dòng)啟動(dòng)下一個(gè)“運(yùn)行泵”。當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)水位的時(shí)候，將會(huì)將全部水泵啟動(dòng)，在實(shí)際從操作中也可以其實(shí)際情況作為依據(jù)，進(jìn)行手動(dòng)控制，完成警報(bào)。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水泵設(shè)計(jì)與制造中靈活性運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以為其提供良好的智能化控制和數(shù)字化發(fā)展條件，為提升水泵設(shè)計(jì)與制作質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。本文主要研究了電氣自動(dòng)化技術(shù)在水泵中的應(yīng)用，從變頻調(diào)速技術(shù)、電動(dòng)機(jī)高壓電氣軟啟動(dòng)技術(shù)兩個(gè)角度闡述泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的電氣自動(dòng)化技術(shù)，得到自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的靈活性。其次立足于數(shù)學(xué)理論和數(shù)理支撐探究電氣自動(dòng)控制的運(yùn)行參數(shù)和實(shí)現(xiàn)步驟，旨在提升水泵設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量和應(yīng)用水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]史華建.綜采工作面排水泵電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械管理開發(fā)，2020（3）：198-199.

[2]周洪海，徐尚宏，劉坤，等.電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在礦山工程中的應(yīng)用研究[J].世界有色金屬，2020（3）：26-28.

[3]郭寧，李曉青，郭志成.PLC在煤礦水泵自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].信息記錄材料，2020（7）：15-16.

（柳州市江濱公園管理處? 廣西柳州? 545000）