抽水機自動控制系統的製作方法

2023-05-30 22:00:46 2

抽水機自動控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種抽水機自動控制系統，包括水泵及其啟停控制電路、PLC控制器、液位傳感器、壓力傳感器、電流變送器，其中PLC控制器為該自動控制系統的核心，採集水泵運行狀態信號，同時控制水泵的啟停，採集液位信號，水泵出口壓力信號，水泵運行電流信號，PLC控制程序以水泵運行狀態信號作為基本條件，通過液位信號，水泵出口壓力信號，水泵運行電流信號這三個判斷條件來控制水泵的啟停。通過綜合這三個判定條件來判定水是否抽乾，實現水泵安全穩定連續運行，即使某個傳感器出現故障，系統給出故障報警，但不影響系統正常運行，採用冗餘PLC和備用模塊，增加了系統的可靠性，穩定性。
【專利說明】抽水機自動控制系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種抽水機自動控制系統，屬於排水【技術領域】。

【背景技術】
[0002]由於電力系統送電線路施工路徑長，地形條件複雜，基礎施工時常遇到水坑、泥水坑等惡劣地質條件，基坑開挖、支模、基礎澆築時均需要採取排水措施。目前排水措施主要有內排和外排兩種方法，內排法僅適用於土質條件好不易坍塌的地質情況；外排法是在土質條件惡劣，且內排法無法解決的情況下，利用在基坑周圍設置的排水井進行外排水。
[0003]外排水時，排水井內的抽水機必須24小時不間斷抽水，在周圍抽水泵同時抽水的作用下，使基礎坑下方水位急速下降，讓基坑下方水位短暫空缺，使基坑下方形成凹形水位。當抽水機出水量大於井內的湧水量時，由於施工人員無法直觀掌握排水井內水位情況，無湧水時或湧水不足時需停止抽水。如果水泵繼續空載工作，會導致水泵損毀，(沒有水的冷卻和潤滑，會導致水泵密封圈和軸套的燒毀，還會導致葉輪密封環抱死，致使電機堵轉燒毀。)此時需要工作人員立即停機。如果停止時間太長，地下水會在滲透壓的作用下，迅速補充至基坑範圍內，使前面的工作成為無用功。這就需要工作人員在停機後一定時間內必須啟動抽水設備。這樣反覆的啟停無形中加大了工作人員勞動強度、浪費能源，也容易損毀設備。若停滯時間過長，則會大大降低工作效率。
[0004]目前，市場上有很多用於水泵的控制系統，但其普遍存在檢測不全面，控制方式複雜等缺點。


【發明內容】

[0005]本發明需要解決的技術問題是提供一種自動檢測水位、自動控制水泵啟停，水泵不會幹抽,無需工人時時查看的抽水機自動控制系統。
[0006]為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是:
一種抽水機自動控制系統，包括水泵及其啟停控制電路、PLC控制器、液位傳感器、壓力傳感器、電流變送器，其中PLC控制器為該自動控制系統的核心，其由電源模塊、CPU模塊、數字量輸入輸出模塊以及模擬量輸入模塊組成，電源模塊為所有模塊供電，CPU模塊通過數據線與數字量輸入輸出模塊以及模擬量輸入模塊連接，通過數字量輸入輸出模塊採集水泵運行狀態信號，同時控制水泵的啟停，通過模擬量輸入模塊採集液位信號，水泵出口壓力信號，水泵運行電流信號，PLC控制程序以水泵運行狀態信號作為基本條件，通過液位信號，水泵出口壓力信號，水泵運行電流信號這三個判斷條件來控制水泵的啟停，當水泵運行時將採集到的信號與設定參數進行比較，以液位信號為基本判斷條件，結合壓力信號和電流信號進行綜合判斷。
[0007]為了保證系統的可靠，所述液位傳感器採用高精密模擬量傳感器，該傳感器輸出為4?20ma電流信號，可對液位進行連續測量，控制精度高，安裝調試方便。
[0008]為了保證系統的可靠穩定，所述PLC控制器中的CPU模塊採用具有冗餘功能的CPU模塊，模擬量輸入模塊配置為一用一備。當CPU模塊的主CPU出現故障後，備用CPU運行，保證系統的可靠性和工作連續性。
[0009]為了保證系統的性價比，該控制系統參數輸入修改等常規操作採用簡單的人機界面，人機界面通過Profibus-DP總線與CPU模塊連接。
[0010]由於採用了上述技術方案，本發明取得的技術進步是:
本發明在現有的液位檢測的基礎上，增加水泵出口壓力檢測以及水泵運行電流檢測，通過綜合這三個判定條件來判定水是否抽乾，實現水泵安全穩定連續運行，即使某個傳感器出現故障，系統給出故障報警，但不影響系統正常運行，採用冗餘PLC和備用模塊，增加了系統的可靠性，穩定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明控制系統原理框圖；
圖2是本發明水泵啟停控制電路原理圖；
其中，1、電源模塊，2、CPU模塊，3、數字量輸入輸出模塊，4、模擬量輸入模塊，5、模擬量輸入備用模塊，6、水泵啟停控制電路，7、液位傳感器，8、壓力傳感器，9、電流變送器，10、人機界面。

【具體實施方式】
[0012]下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明:
由於在送電線路基礎施工過程中，經常遇到惡劣地質環境，基礎施工需要排水，通常採用在基礎坑四周設置排水井的方式，利用水泵抽水來完成施工，水泵在抽水過程中，由於缺少人員專門看護，經常發生水泵燒毀的情況，即使派專人看護，由於看護人員的疏忽，也經常燒毀水泵，給施工帶來不小的麻煩，即影響進度又增加成本。
[0013]針對上述狀況，發明人仔細研究水泵運行中的各種特徵，對其電氣運行特點，進行分情況針對性處理，發明了一種抽水機自動控制系統，該系統包括用於抽水的水泵、控制水泵運轉的水泵啟停控制電路、核心控制裝置PLC控制器、用於水位檢測的液位傳感器，用於水泵出口水壓檢測的壓力傳感器，用於水泵運行電流檢測的電流變送器，以及用於參數設置修改的人機界面(HMI)。其中壓力傳感器安裝在水泵的出水口處，電流變送器安裝在水泵動力電纜上，如果水泵運行電流較大，還需要配置電流互感器，電流變送器輸入端接電流互感器。所述水泵啟停控制電路原理圖參見圖2。
[0014]如圖1所示，該系統中PLC控制器由電源模塊1、CPU模塊2、數字量輸入輸出模塊3以及模擬量輸入模塊4組成，電源模塊1為所有模塊供電，同時給人機界面供電，CPU模塊2通過數據線與數字量輸入輸出模塊3以及模擬量輸入模塊4連接，水泵啟停控制電路6通過電纜與數字量輸入輸出模塊3連接，液位傳感器7、壓力傳感器8、電流變送器9通過屏蔽電纜與模擬量輸入模塊4連接，人機界面10通過Profibus-DP總線與CPU模塊2連接。PLC程序通過數字量輸入輸出模塊3採集水泵運行狀態信號，同時控制水泵的啟停，通過模擬量輸入模塊4採集液位信號，水泵出口壓力信號，水泵運行電流信號，PLC控制程序以水泵運行狀態信號(包括熱繼電器的動作信號，即圖2中的故障信號，如果有故障信號，說明抽水機已經停止工作，此時的運行狀態信號也對應的是抽水機已經停止的狀態信號)作為基本條件，通過液位信號，水泵出口壓力信號，水泵運行電流信號這三個判斷條件來控制水泵的啟停，當水泵運行時將採集到的信號與設定參數進行比較，以液位信號為基本判斷條件，結合壓力信號和電流信號進行綜合判斷。
[0015]PLC程序首先判斷水泵運行狀態，以此作為基本判別條件:當處於非運行狀態(系統處於自動，不是人為的停機)時，說明熱繼電器動作或者其他原因導致電機停止運行，系統發出報警信號，提醒值守人員排除故障。當水泵運行時將採集到的信號與設定參數進行比較，判斷採集到的液位信號是否低於設定值，水泵出口壓力是否低於設定值，運行電流信號是否低於設定值，只要三個條件有兩個或者全部滿足，就說明無水，需停止水泵。
[0016]如果三個條件有一個不滿足，其它兩個滿足，按下述程序處理:採集到的液位信號低於設定值，並且水泵出口壓力低於設定值，但是運行電流信號低於設定值，停止水泵並且輸出電流傳感器報警；採集到的液位信號低於設定值，並且運行電流信號不低於設定值，但是水泵出口壓力不低於設定值，停止水泵並且輸出壓力傳感器報警；採集到的液位信號高於設定值，但水泵出口壓力低於設定值並且運行電流信號不低於設定值，停止水泵並且輸出液位傳感器報警。
[0017]如果三個條件只有一個滿足，按下述程序處理:採集到的液位信號低於設定值，但是運行電流信號不低於設定值同時水泵出口壓力不低於設定值，水泵繼續運行並輸出液位傳感器報警，此時，電流信號和壓力同時滿足才能停止水泵；採集到的運行電流信號低於設定值，但是液位信號不低於設定值同時水泵出口壓力不低於設定值，水泵立即停止並輸出嚴重故障報警信號；採集到的水泵出口壓力低於設定值，但是液位信號不低於設定值同時運行到了不低於設定值，水泵繼續運行並輸出壓力傳感器報警，此時，電流信號和液位信號同時滿足才能停止水泵；
當水泵停止時將採集到的信號與設定參數進行比較，如果採集到的液位信號高於設定值，啟動水慄。
[0018]通過上述程序的處理，基本上杜絕了因傳感器故障引起的誤判，導致水泵燒毀的情況。即使某一個甚至兩個傳感器出現故障，系統也能正常運行，並且會有故障報警，提醒維護人員及時修理。
[0019]為了保證系統的可靠，所述液位傳感器採用高精密模擬量傳感器，該傳感器輸出為4?20ma電流信號，可對液位進行連續測量，控制精度高，安裝調試方便，可根據需要控制液位到任意需要的高度，只需設定參數，不需重新調整安裝液位傳感器。
[0020]為了保證系統的可靠穩定，所述PLC控制器中的CPU模塊採用具有冗餘功能的CPU模塊，模擬量輸入模塊配置為一用一備。當CPU模塊的主CPU出現故障後，備用CPU運行，保證系統的可靠性和工作連續性。
【權利要求】
1.一種抽水機自動控制系統，包括用於抽水的水慄、水慄啟停控制電路(6)、PLC控制器、用於水位檢測的液位傳感器(7 )，其中PLC控制器由電源模塊(1)、CPU模塊(2 )、數字量輸入輸出模塊(3)以及模擬量輸入模塊(4)組成，電源模塊(1)為所有模塊供電，CPU模塊(2)通過數據線與數字量輸入輸出模塊(3)以及模擬量輸入模塊(4)連接，水泵啟停控制電路(6)通過電纜與數字量輸入輸出模塊(3)連接，水泵啟停控制電路(6)的啟停控制信號由數字量輸入輸出模塊(3 )輸出，水泵運行狀態信號輸入數字量輸入輸出模塊(3 ),液位傳感器(7)通過屏蔽電纜與模擬量輸入模塊(4)連接，液位信號輸入模擬量輸入模塊(4)，其特徵在於:還包括安裝於水泵出水口的壓力傳感器(8)，以及安裝於水泵啟停控制電路中用於檢測水泵運行電流的裝置，該裝置為電流變送器(9)，壓力傳感器(8)和電流變送器(9)通過屏蔽電纜與模擬量輸入模塊(4)連接，壓力信號和電流信號輸入模擬量輸入模塊(4)。
2.根據權利要求1所述的抽水機自動控制系統，其特徵在於所述液位傳感器(7)採用高精密模擬量傳感器，該傳感器輸出為4?20ma電流信號，可對液位進行連續測量。
3.根據權利要求1所述的抽水機自動控制系統，其特徵在於所述PLC控制器中的CPU模塊(2)採用具有冗餘功能的CPU模塊，模擬量輸入模塊配置為一用一備。
4.根據權利要求1所述的抽水機自動控制系統，其特徵在於該控制系統還設有人機界面(10)，人機界面(10)通過Profibus-DP總線與CPU模塊(2)連接。
【文檔編號】F04D15/00GK104265655SQ201410547809
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】郭俊傑 申請人:國家電網公司, 國網河北省電力公司, 河北省送變電公司