CN104265655A - 抽水机自动控制系统 - Google Patents

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郭俊杰
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Hebei Power Transmission and Transformation Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Hebei Power Transmission and Transformation Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/02—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions
    • F04D15/0209—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid
    • F04D15/0218—Stopping of pumps, or operating valves, on occurrence of unwanted conditions responsive to a condition of the working fluid the condition being a liquid level or a lack of liquid supply

Abstract

本发明公开了一种抽水机自动控制系统，包括水泵及其启停控制电路、PLC控制器、液位传感器、压力传感器、电流变送器，其中PLC控制器为该自动控制系统的核心，采集水泵运行状态信号，同时控制水泵的启停，采集液位信号，水泵出口压力信号，水泵运行电流信号，PLC控制程序以水泵运行状态信号作为基本条件，通过液位信号，水泵出口压力信号，水泵运行电流信号这三个判断条件来控制水泵的启停。通过综合这三个判定条件来判定水是否抽干，实现水泵安全稳定连续运行，即使某个传感器出现故障，系统给出故障报警，但不影响系统正常运行，采用冗余PLC和备用模块，增加了系统的可靠性，稳定性。

Description

抽水机自动控制系统
技术领域
本发明涉及一种抽水机自动控制系统，属于排水技术领域。
背景技术
由于电力系统送电线路施工路径长，地形条件复杂，基础施工时常遇到水坑、泥水坑等恶劣地质条件，基坑开挖、支模、基础浇筑时均需要采取排水措施。目前排水措施主要有内排和外排两种方法，内排法仅适用于土质条件好不易坍塌的地质情况；外排法是在土质条件恶劣，且内排法无法解决的情况下，利用在基坑周围设置的排水井进行外排水。
外排水时，排水井内的抽水机必须24小时不间断抽水，在周围抽水泵同时抽水的作用下，使基础坑下方水位急速下降，让基坑下方水位短暂空缺，使基坑下方形成凹形水位。当抽水机出水量大于井内的涌水量时，由于施工人员无法直观掌握排水井内水位情况，无涌水时或涌水不足时需停止抽水。如果水泵继续空载工作，会导致水泵损毁，（没有水的冷却和润滑，会导致水泵密封圈和轴套的烧毁，还会导致叶轮密封环抱死，致使电机堵转烧毁。）此时需要工作人员立即停机。如果停止时间太长，地下水会在渗透压的作用下，迅速补充至基坑范围内，使前面的工作成为无用功。这就需要工作人员在停机后一定时间内必须启动抽水设备。这样反复的启停无形中加大了工作人员劳动强度、浪费能源，也容易损毁设备。若停滞时间过长，则会大大降低工作效率。
目前，市场上有很多用于水泵的控制系统，但其普遍存在检测不全面，控制方式复杂等缺点。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种自动检测水位、自动控制水泵启停，水泵不会干抽，无需工人时时查看的抽水机自动控制系统。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种抽水机自动控制系统，包括水泵及其启停控制电路、PLC控制器、液位传感器、压力传感器、电流变送器，其中PLC控制器为该自动控制系统的核心，其由电源模块、CPU模块、数字量输入输出模块以及模拟量输入模块组成，电源模块为所有模块供电，CPU模块通过数据线与数字量输入输出模块以及模拟量输入模块连接，通过数字量输入输出模块采集水泵运行状态信号，同时控制水泵的启停，通过模拟量输入模块采集液位信号，水泵出口压力信号，水泵运行电流信号，PLC控制程序以水泵运行状态信号作为基本条件，通过液位信号，水泵出口压力信号，水泵运行电流信号这三个判断条件来控制水泵的启停，当水泵运行时将采集到的信号与设定参数进行比较，以液位信号为基本判断条件，结合压力信号和电流信号进行综合判断。
为了保证系统的可靠，所述液位传感器采用高精密模拟量传感器，该传感器输出为4～20ma电流信号，可对液位进行连续测量，控制精度高，安装调试方便。
为了保证系统的可靠稳定，所述PLC控制器中的CPU模块采用具有冗余功能的CPU模块，模拟量输入模块配置为一用一备。当CPU模块的主CPU出现故障后，备用CPU运行，保证系统的可靠性和工作连续性。
为了保证系统的性价比，该控制系统参数输入修改等常规操作采用简单的人机界面，人机界面通过Profibus-DP总线与CPU模块连接。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明在现有的液位检测的基础上，增加水泵出口压力检测以及水泵运行电流检测，通过综合这三个判定条件来判定水是否抽干，实现水泵安全稳定连续运行，即使某个传感器出现故障，系统给出故障报警，但不影响系统正常运行，采用冗余PLC和备用模块，增加了系统的可靠性，稳定性。
附图说明
图1是本发明控制系统原理框图；
图2是本发明水泵启停控制电路原理图；
其中，1、电源模块，2、CPU模块，3、数字量输入输出模块，4、模拟量输入模块，5、模拟量输入备用模块，6、水泵启停控制电路，7、液位传感器，8、压力传感器，9、电流变送器，10、人机界面。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明： 
由于在送电线路基础施工过程中，经常遇到恶劣地质环境，基础施工需要排水，通常采用在基础坑四周设置排水井的方式，利用水泵抽水来完成施工，水泵在抽水过程中，由于缺少人员专门看护，经常发生水泵烧毁的情况，即使派专人看护，由于看护人员的疏忽，也经常烧毁水泵，给施工带来不小的麻烦，即影响进度又增加成本。
针对上述状况，发明人仔细研究水泵运行中的各种特征，对其电气运行特点，进行分情况针对性处理，发明了一种抽水机自动控制系统，该系统包括用于抽水的水泵、控制水泵运转的水泵启停控制电路、核心控制装置PLC控制器、用于水位检测的液位传感器，用于水泵出口水压检测的压力传感器，用于水泵运行电流检测的电流变送器，以及用于参数设置修改的人机界面（HMI）。其中压力传感器安装在水泵的出水口处，电流变送器安装在水泵动力电缆上，如果水泵运行电流较大，还需要配置电流互感器，电流变送器输入端接电流互感器。所述水泵启停控制电路原理图参见图2。
如图1所示，该系统中PLC控制器由电源模块1、CPU模块2、数字量输入输出模块3以及模拟量输入模块4组成，电源模块1为所有模块供电，同时给人机界面供电，CPU模块2通过数据线与数字量输入输出模块3以及模拟量输入模块4连接，水泵启停控制电路6通过电缆与数字量输入输出模块3连接，液位传感器7、压力传感器8、电流变送器9通过屏蔽电缆与模拟量输入模块4连接，人机界面10通过Profibus-DP总线与CPU模块2连接。PLC程序通过数字量输入输出模块3采集水泵运行状态信号，同时控制水泵的启停，通过模拟量输入模块4采集液位信号，水泵出口压力信号，水泵运行电流信号，PLC控制程序以水泵运行状态信号（包括热继电器的动作信号，即图2中的故障信号，如果有故障信号，说明抽水机已经停止工作，此时的运行状态信号也对应的是抽水机已经停止的状态信号）作为基本条件，通过液位信号，水泵出口压力信号，水泵运行电流信号这三个判断条件来控制水泵的启停，当水泵运行时将采集到的信号与设定参数进行比较，以液位信号为基本判断条件，结合压力信号和电流信号进行综合判断。
PLC程序首先判断水泵运行状态，以此作为基本判别条件：当处于非运行状态（系统处于自动，不是人为的停机）时，说明热继电器动作或者其他原因导致电机停止运行，系统发出报警信号，提醒值守人员排除故障。当水泵运行时将采集到的信号与设定参数进行比较，判断采集到的液位信号是否低于设定值，水泵出口压力是否低于设定值，运行电流信号是否低于设定值，只要三个条件有两个或者全部满足，就说明无水，需停止水泵。
如果三个条件有一个不满足，其它两个满足，按下述程序处理：采集到的液位信号低于设定值，并且水泵出口压力低于设定值，但是运行电流信号低于设定值，停止水泵并且输出电流传感器报警；采集到的液位信号低于设定值，并且运行电流信号不低于设定值，但是水泵出口压力不低于设定值，停止水泵并且输出压力传感器报警；采集到的液位信号高于设定值，但水泵出口压力低于设定值并且运行电流信号不低于设定值，停止水泵并且输出液位传感器报警。
如果三个条件只有一个满足，按下述程序处理：采集到的液位信号低于设定值，但是运行电流信号不低于设定值同时水泵出口压力不低于设定值，水泵继续运行并输出液位传感器报警，此时，电流信号和压力同时满足才能停止水泵；采集到的运行电流信号低于设定值，但是液位信号不低于设定值同时水泵出口压力不低于设定值，水泵立即停止并输出严重故障报警信号；采集到的水泵出口压力低于设定值，但是液位信号不低于设定值同时运行到了不低于设定值，水泵继续运行并输出压力传感器报警，此时，电流信号和液位信号同时满足才能停止水泵；
当水泵停止时将采集到的信号与设定参数进行比较，如果采集到的液位信号高于设定值，启动水泵。
通过上述程序的处理，基本上杜绝了因传感器故障引起的误判，导致水泵烧毁的情况。即使某一个甚至两个传感器出现故障，系统也能正常运行，并且会有故障报警，提醒维护人员及时修理。
为了保证系统的可靠，所述液位传感器采用高精密模拟量传感器，该传感器输出为4～20ma电流信号，可对液位进行连续测量，控制精度高，安装调试方便，可根据需要控制液位到任意需要的高度，只需设定参数，不需重新调整安装液位传感器。
为了保证系统的可靠稳定，所述PLC控制器中的CPU模块采用具有冗余功能的CPU模块，模拟量输入模块配置为一用一备。当CPU模块的主CPU出现故障后，备用CPU运行，保证系统的可靠性和工作连续性。

Claims (4)

1.一种抽水机自动控制系统，包括用于抽水的水泵、水泵启停控制电路（6）、PLC控制器、用于水位检测的液位传感器（7），其中PLC控制器由电源模块（1）、CPU模块（2）、数字量输入输出模块（3）以及模拟量输入模块（4）组成，电源模块（1）为所有模块供电，CPU模块（2）通过数据线与数字量输入输出模块（3）以及模拟量输入模块（4）连接，水泵启停控制电路（6）通过电缆与数字量输入输出模块（3）连接，水泵启停控制电路（6）的启停控制信号由数字量输入输出模块（3）输出，水泵运行状态信号输入数字量输入输出模块（3），液位传感器（7）通过屏蔽电缆与模拟量输入模块（4）连接，液位信号输入模拟量输入模块（4），其特征在于：还包括安装于水泵出水口的压力传感器（8），以及安装于水泵启停控制电路中用于检测水泵运行电流的装置，该装置为电流变送器（9），压力传感器（8）和电流变送器（9）通过屏蔽电缆与模拟量输入模块（4）连接，压力信号和电流信号输入模拟量输入模块（4）。
2.根据权利要求1所述的抽水机自动控制系统，其特征在于所述液位传感器（7）采用高精密模拟量传感器，该传感器输出为4～20ma电流信号，可对液位进行连续测量。
3.根据权利要求１所述的抽水机自动控制系统，其特征在于所述PLC控制器中的CPU模块（2）采用具有冗余功能的CPU模块，模拟量输入模块配置为一用一备。
4.根据权利要求１所述的抽水机自动控制系统，其特征在于该控制系统还设有人机界面（10），人机界面（10）通过Profibus-DP总线与CPU模块（2）连接。
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