摘要：自动化技术随着科学技术的发展已经被被广泛的应用到多个领域中，现阶段已经可以达到降低能耗的效果，在不影响正常运行的前提下，随时根据实际需求调整各运行参数，并及时掌握系统运行状态，逐渐实现自动化控制的目的。本文首先分析了供水自动化发展趋势，其次介绍了水泵供水自动化控制的实现原理以及自动化供水泵控制系统应用要点，以此对供水水泵电机的自动控制电路做简要的分析。
关键词：供水水泵电机；自动控制；PLC
在生活和工业现场供水系统是必不可少的关键设备。传统系统通常会采用变频或者采用水泵。现在的供水系统大部分则选择采用先进的通讯技术、控制技术以及自动化技术，从而使不同领域的恒压供水系统都能达到高节能、高性能。本文主要运用PLC及PID调节技术设计了一套恒压供水系统，分别进行了硬件系统和软件系统的设计和开发，开发了操作方便，参数可以显示的上位机界面，并通过系统的调试和试运行，整个系统运行效果良好，达到了用户的需求。
一、供水自动化发展趋势
供水系统一直以来都是研究的要点，对社会生产生活均有着重要影响，是城市建设基础功能设施。供水专业技术水平在不断发展过程中也逐渐提高，已经有更多新型技术与设备被应用其中。现在自动化供水泵已经得到了广泛应用，从整体上来看水厂自动化技术、系统控制设备以及机电仪表设备等都在不断更新，自动化控制技术逐步成熟，已经具备了良好的技术环境，可对水泵运行过程进行实时监控，不再仅仅局限于现场状态的监视与控制，更是能够对现场和管理信息进行结合，成立一个全集成和开放的综合自动化信息系统。供水自动化控制已经成为行业发展必然趋势，通过对不同层次、阶段信息的收集以及应用，为经营决策、调度、计划、管理以及故障诊断等提供可靠依据，可以从根本上来提高供水过程的控制效果。
二、水泵供水自动化控制的实现原理
水泵供水自动化系统功能的实现，主要是基于PLC、变频器等设备来对水泵运行状态进行科学控制，实现供水压力灵活控制，提高供水安全性与可靠性。为满足生产生活用水需求，供水系统建设时，管网压力不断增大，当系统处于自动调节状态时，自动控制指示灯亮起，系统会进入到控制模式，在稳定供水的同时，降低系统运行能耗。通过对供水水泵的自动化控制，可以对循环水站总管间出水压力进行调整，一般可通过压力变送器对出水压力进行检测，并将检测结果传输给控制器，完成相关参数的计算，根据结果对频率进行调节，提高水泵运转合理性。其中，对供水水泵电机进行控制时，是将设定的压力与给水连接管压力变送器测定差值△p为依据，如果△p≠0，PLC内部PID模块将会计算△p，以提前所设定的调节规律对PLC输出值进行转变，然后便可对连接管给水压力进行调节。在调节后达到△p=0状态，PID输出将不会发生变化，水泵电机会以全新转速维持在稳定运行状态。其中，控制系统所使用PID调节规律，可有效降低静态误差，以及缩短系统调节所需时间。另外，为避免切换时电流冲击影响，只有当变频器输出值超过50Hz后，才可以切换到电网。但是如果变频器输出值达到50Hz后，仍然存在供水不足的问题，则需要调整变频为工频，促使下一台水泵转变为变频运行。
三、自动化供水泵控制系统应用要点
（一）控制系统实现方式
1.手动控制
设备控制箱需要安装选择开关，变频器操作面板可以根据需求来灵活选择手动/自动控制。其中，在选择手动控制操作方式时，操作人员可以直接完成设备开启与停止动作，即结合现场实际情况，根据设定要求来选择所需开启的水泵，然后通过变频器来对水泵运行效率进行设置。
2.PLC控制
为实现水泵安全、可靠运行，且降低运行能耗，在对自动化控制系统进行设计时，可以选择应用变频器来对水泵运行调控。PLC控制为自动化供水泵主要控制方式，分为PLC、压力变送器、PID智能调节器等部分，可实现数据采集、设备控制的基础要求。基于以往设备运行状态参数以及作业时间，PLC可以选择最为合适的水泵启动方式，一般累计运行时间越短则应优先启动，避免某水泵持续运行时间过长而其他水泵长时间不运行情况的发生。另外，PLC还可以对系统反馈得到的信号，对运行时间、流量等相关数据进行累计和计算。
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3.中央控制
中央控制系统功能的实现，可以向整个系统调度提供数据支持，包括系统工艺和参数，由系统来对水泵启停状态进行控制，同时还可根据需求来远程设置变频器输出、频率以及压力。对水泵运行信息进行可靠采集，然后建立各类信息数据库，通过对不同数据信息的计算，为控制方案的调整提供可靠依据，在不影响供水质量的同时，减少运行能耗。其中，如果水泵供水过程中出现故障，PLC与中央控制系统均会及时发出警报信号，由值班人员及时采取措施应对。
（二）系统构件配置
想要实现自动控制系统具有的功能性，需要科学配置各构件，包括硬件和软件两部分。其中，PLC作为控制系统重要部分，负责信号收集输入、输出单元控制、稳定压力以及数据交换等，在选择时要确定其可以满足管网长期运行需求，将收集并计算得到的信号传输到变频器内，作为调整水泵运行参数的依据。而系统内配置的软件程序较多，包括报警信号处理、水泵控制信号生成等，要求在出现运行故障后，系统动作可以自动切断供电电路，然后进入保护状态，避免故障进一步发展。
四、供水水泵电机的自动控制电路的硬件系统设计
（一）上位机
由触摸屏、计算机组成。其中触摸屏安装在现场，通过与PLC的通讯，实现对现场设备及参数的监测与控制。 计算机安装在主控室，通过与PLC的通讯，实现对现场设备的监测与控制，同时还能实现监控变量的记录、打印、报警等功能，功能较为强大。
（二）下位机
下位机主要由CPU模块、I/O模块组成。CPU模块选用西门子S7-300系列，是控制系统的核心，负责系统的中央控制，根据I/O模块的输入信号，顺序执行程序，执行后的输出信号经I/O输出模块传送至现场设备，从而达到控制现场设备的目的。通过MPI或DP通讯口实现与上位计算机或触摸屏等设备的数据传送，实现通信功能。同时具有自诊断功能，可以检测错误并记录和报警。I/O模块有数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块之分。输入模块实现数字量和模拟量信号的采集，输出模块把输出信号传递给外围执行设备，从而实现对数字量和模拟量设备的控制。
（三）检测元件
检测元件由现场检测仪表组成，主要有液位计、压力变送器、超声波流量计等仪表。
（四）执行机构
执行机构通过电动阀、变频器等调节阀门的大小来控制介质流量，从而实现压力、流量等参数的控制。
五、供水水泵电机的自动控制电路的软件系统设计
供水水泵电机的自动控制电路系统的软件由触摸屏控制系统和计算机控制系统两大功能模块组成。
（一）控制原理
作为一个控制系统，控制算法是编程的主要依据。目前，PID调节是控制理论中技术最成熟、应用最广泛的一种算法。本系统也采用PID调节实现对压力和流量的精确控制。
（二）计算机控制系统
对各个压力和流量使用WinCC flexible 组态软件进行测控，主要有参数设置、实时数据、报警、PID控制、循环泵控制、生产泵控制、泵房系统画面等几部分构成，可以实现以下实时数据和历史曲线的浏览、打印，报表的查询、预览、打印，PID参数的调节以及压力和液位的检测、报警等功能。
综上所述，自动化供水已经成为行业发展主要趋势，为实现供水水泵高效运行，必须要针对自动化控制系统的实现与应用要点进行分析。结合实际需求来科学选择系统控制方式，然后做好软硬件配置，确保可以顺利实现数据收集分析与计算应用，作为水泵运行状态调控的依据。
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论文作者:杜启永
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/25
标签：水泵论文; 系统论文; 设备论文; 变频器论文; 压力论文; 供水系统论文; 控制系统论文; 《当代电力文化》2019年第10期论文;