CN106436826A - 时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法，涉及工业自动化控制领域，控制装置包括PLC控制系统、操作面板、压力变送器、多台泵低压电气回路，恒压泵串联在上级自来水管网中，多台加压泵分别并联在恒压泵的两端，加压泵分别与泵低压电气回路连接，PLC控制系统包CPU模块及分别与CPU模块连接DC24V直流电源模块、以太网通讯模块、模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块。控制方法是对自来水多台加压泵使用时间和启动次数进行均衡控制，包括：压力控制值设置，出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出，显示监视。

Description

时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及工业自动化控制领域，特别涉及一种自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法。

背景技术

自来水供水中，每天都有用水低峰期和用水高峰期。在加压泵站中，都会有一台泵采用变频的恒压泵用来恒定供水压力的同时，再加多台加压泵做基本的水压加压来供水。加压泵一般采用恒压泵达到最大转速时压力仍然达不到供水要求时，按电气回路原有预定泵编号顺序加泵，以及恒压泵达到最小转速时压力仍然大于供水要求时，按反相顺序减泵。这种方式导致的结果是固定最先启动的那台加压泵由于总是最先启动，连续使用时间过长，启动次数过多，造成压力低的加压泵寿命大幅减少。而按固定排序偏后的加压泵有时甚至长时间不使用，润滑油不能自行定期涂抹在机械设备上造成生锈，不到寿命期就报废；或者排序偏后的加压泵防水部件不能定期得到水润滑造成老化，然后寿命也是未到就报废了。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法，通过时间冒泡轮流启动、停止方式对多台加压泵使用时间和启动次数进行一定的均衡，从而保护加压泵机械元件达到延长每台加压泵使用寿命的目。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置，包括PLC控制系统、操作面板、压力变送器，控制装置还包括多台泵低压电气回路，恒压泵串联在上级自来水管网中，多台加压泵分别并联在恒压泵的两端，每一台加压泵分别与一台泵低压电气回路连接，PLC控制系统包CPU模块及分别与CPU模块连接一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块，压力变送器安装在在下级自来水管网中，压力变送器的输出端与模拟量输入模块连接，恒压泵还与一块数字量输入模块连接，每一台泵低压电气回路还分别与数字量输入模块和数字量输出模块连接。

本发明采用的进一步年技术方案是：所述模拟量输入模块是8路12位4~20mA 2线制的模拟量输入模块。

本发明采用的进一步年技术方案是：所述数字量输入模块是32路数字量输入模块，数字量输出模块是32路数字量输出模块。

本发明为实现上述目的采用的另一技术方案是：一种时间冒泡式自来水加压泵延寿控制方法，该控制方法是利用上述权利要求1所述的控制装置来对自来水多台加压泵使用时间和启动次数进行均衡控制，包括：压力控制值设置，出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出，显示监视，其步骤如下：

步骤1：压力控制值设置：通过操作面板设置下级自来水管网压力值，PLC控制系统通过以太网通讯模块与操作面板通讯，读取操作面板上的压力设置值；

步骤2：出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集：从装在下级自来水管网的压力变送器采集出水管网水压力，通过PLC控制系统的模拟量输入模块将压力值送给CPU模块计算用；并从PLC控制系统的数字量输入模块读取与各加压泵连接的泵低压电气回路当前工作状态，记录各加压泵的总运行时间；

步骤3：时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理：通过读入出水管网压力值和记录各加压泵的总运行时间，判断各设备的运行状态和压力控制值，经过信息处理CPU模块判断出当前需要是否需要加泵或者减泵，当恒压泵达到最大转速时下级自来水管网压力值仍然达不到供水要求时，即出水管网压力值小于通过操作面板设置的下级自来水管网压力值，需要加泵，按总运行时间计算，总运行时间最短的加压泵的编号作为下一台启动加压泵的编号，以及在恒压泵达到最小转速时下级自来水管网压力值仍然大于供水要求时，即出水管网压力值大于通过操作面板设置的下级自来水管网压力值，需要减泵，按总运行时间计算，总运行时间最长的加压泵的编号作为下一台停止加压泵的编号；

步骤4：时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出：当需要启动加压泵或停止加压泵时，将步骤3中得到的启动加压泵的编号的启动信号或停止加压泵的编号的停止信号通过PLC控制系统的数字量输出模块传输给对应加压泵的泵低压电气回路，泵低压电气回路根据控制信号启动或停止相应编号的加压泵；

步骤5：显示监视：PLC控制系统通过以太网通讯模块与操作面板通讯，在操作面板上显示设备工作状态、压力设置值和实际压力值。

本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法具有如下有益效果：

1、延长加压泵使用寿命：使用本发明之时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法，加压泵能够按编号顺序轮流启动、停止，以此来均衡各加压泵使用时间和启动次数，使其机械部分得到足够的自然保养而延长使用寿命。

2、降低加压泵能耗：使用本发明之时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法，加压泵按编号顺序轮流启动、停止，避免某些加压泵长时间工作或长时间不工作，加压泵机械部分磨损降低，摩擦部件润滑度提升，减少了机械磨损造成的能耗消耗。

3、自动化程度和可靠性高、操作简单：使用本发明之时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法时，只需按下参数设置按钮，即进入压力控制值设置状态，此时，操作者只需操作操作面板（可为触摸屏或PC电脑的显示屏），即可对压力控制设置状态参数进行设置，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制过程是全自动的，可靠性高，不需要使用其他设备，操作起来非常方便。

4、人机界面友好：使用本发明之时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法过程中，可通过操作面板（可为触摸屏或PC电脑的显示屏）上实时显示压力的动态值和设置控制值，再通过触摸屏或PC电脑设置压力参数过程中，也可通过触摸屏或PC电脑显示设置的参数值，操作过程一目了然，人机界面友好。

下面结合附图和实施例对本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置及其控制方法作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置的结构方框图；

图2是本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制方法的控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置，包括PLC控制系统、操作面板、压力变送器，控制装置还包括多台泵低压电气回路，恒压泵串联在上级自来水管网中，多台加压泵分别并联在恒压泵的两端，每一台加压泵分别与一台泵低压电气回路连接，一台泵低压电气回路驱动一台加压泵匹配，加压泵的数量与泵低压电气回路的数量相等。PLC控制系统包CPU模块及分别与CPU模块连接一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块，压力变送器安装在在下级自来水管网中，压力变送器的输出端与模拟量输入模块连接，恒压泵还与一块数字量输入模块连接，每一台泵低压电气回路分别与数字量输入模块和数字量输出模块连接。为了简单示意出控制装置，图中仅仅示意出一台加压泵、一台泵低压电气回路、一块数字量输入模块和一块数字量输出模块，实际的控制装置是有多台并列设置的加压泵，和多台泵低压电气回路，多块数字量输入模块和多块数字量输出模块。其中泵低压电气回路由动力回路和控制回路组成；动力回路包含断路器、接触器、热继电器等元件；控制回路包含按钮、选择开关、指示灯、中间继电器等元件；动力回路受控制回路控制，对泵动力电源进行通断控制。

在本实施例中，所述模拟量输入模块是8路12位4~20mA 2线制的模拟量输入模块。所述数字量输入模块是32路数字量输入模块，数字量输出模块是32路数字量输出模块。PLC控制系统的1块DC24V直流电源模块、1块CPU模块、1块以太网通讯模块、1块8路12位4~20mA2线制 模拟量输入模块、多块32路数字量输入模块、多块32路数字量输出模块，通过PLC背板直接相连。PLC是西门子品牌的S7-300系列PLC：电源选用型号为PS307；CPU选用型号为CPU315-2DP；以太网模块选用型号为CP343-1 Lean；模拟量输入模块选用型号为SM331；数字量输入模块选用型号为SM321；数字量输出模块选用型号为SM321；然后全部插到PLC背板，PLC背板选用型号为DIN导轨；并将PLC安装固定，配上各种安装和连接附件；然后给电源模块供AC220V的交流电做电源。操作面板是触摸屏或PC电脑的显示屏。

压力变送器装在出水管网上，然后通过2芯电缆与PLC控制系统的8路12位4~20mA2线制模拟量输入模块的1路模拟量输入通道端子连接；恒压泵通过多芯电缆与PLC控制系统的32路数字量输入模块的2路数字量输入通道端子连接。压力变送器用来采集出水管网压力，采集到的数据经过压力变送器内部芯片转换成标准4~20mA模拟量传输信号，通过2芯电缆传输到PLC控制系统的8路12位4~20mA 2线制 模拟量输入模块供PLC控制系统读取。恒压泵根据自身转速发出达到最大、最小转速信号，通过多芯电缆传输PLC控制系统的32路数字量输入模块供PLC控制系统读取。

泵低压电气回路数量采用一个泵低压电气回路驱动一台加压泵模式为匹配；泵低压电气回路驱动通过多芯电缆与PLC控制系的32路数字量输入模块连接，通过数字量信号传输变频启、停和故障信号，并通过多芯电缆和32路数字量输出模块连接，接受PLC控制系发出的启停信号；以此为依据驱动加压泵按要求启停。每个泵低压电气回路通过多芯电缆与PLC控制系统的32路数字量输入模块的3路数字量输入通道和32路数字量输出模块的1路是数字量输出通道对应通道端子连接。具体为每个泵低压电气回路通过多芯电缆将远程信号、运行信号、故障信号的端子接到32路数字量输入模块的端子上；泵低压电气回路的启动命令端子与PLC控制系统的32路数字量输出模块相连。

CPU模块通过PLC背板与8路12位4~20mA 2线制 模拟量输入模块、32路数字量输入模块采集出水管网压力、各泵低压电气回路当前工作状态数据和恒压泵达到最大、最小转速信号，作为加压泵延寿控制算法的控制参数选择的依据之一。以太网通讯模块从以太网与操作面板通讯，将出水管网压力和泵低压电气回路状态显示到操作面板，并获取操作面板上压力的控制设置值和控制命令，通过PLC背板传给CPU模块，作为加压泵延寿控制算法的控制参数选择的依据之二。CPU模块经过获取泵低压电气回路状态，分别记录上各泵的总运行时间，并根据操作面板上的压力设定值进行泵启停运算后，通过PLC背板通讯传输给多块32路数字量输出模块。多块32路数字量输出模块根据CPU模块传来的数据对外发出变频启停和变频调速控制命令来实现对外控制。

作为本发明实施例的一种变换：所述泵低压电气回路的数量为N时，匹配关系为：数字量输入模块的数量为N * 3 / 32块，数字量输出模块的数量为N * 1 / 32块，同时可在前述匹配关系数量的数量上加上任意数量备用模块。

作为本发明实施例的一种变换：所述PLC品牌可为任意品牌，即各模块型号可谓不同品牌对应功能的模块的型号；所述压力传感器品牌可为任意品牌；所述操作面板品牌可为任意品牌，泵低压电气回路元件品牌可为任意品牌。

本发明时间冒泡式自来水加压泵延寿控制方法，请同时参考图2所示，该控制方法是利用上述时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置来对自来水多台加压泵使用时间和启动次数进行均衡控制，包括：压力控制值设置，出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出，显示监视，其步骤如下：

步骤1：压力控制值设置：通过操作面板设置下级自来水管网压力值，PLC控制系统通过以太网通讯模块与操作面板通讯，读取操作面板上的压力设置值。

步骤2：出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集：从装在下级自来水管网的压力变送器采集出水管网水压力，通过PLC控制系统的模拟量输入模块将压力值送给CPU模块计算用；并从PLC控制系统的数字量输入模块读取与各加压泵连接的泵低压电气回路当前工作状态，记录各加压泵的总运行时间，供监视使用。

步骤3：时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理：通过读入出水管网压力值和记录各加压泵的总运行时间，判断各设备的运行状态和压力控制值，经过信息处理CPU模块判断出当前需要是否需要加泵或者减泵，当恒压泵达到最大转速时下级自来水管网压力值仍然达不到供水要求时，即出水管网压力值小于通过操作面板设置的下级自来水管网压力值，需要加泵，按总运行时间计算，总运行时间最短的加压泵的编号作为下一台启动加压泵的编号，使加压泵能够按总运行时间最短的泵先启动；以及在恒压泵达到最小转速时下级自来水管网压力值仍然大于供水要求时，即出水管网压力值大于通过操作面板设置的下级自来水管网压力值，需要减泵，按总运行时间计算，总运行时间最长的加压泵的编号作为下一台停止加压泵的编号，使加压泵能够按总运行时间最长的泵先停止，以此来均衡各加压泵使用时间和启动次数，使其机械部分得到足够的自然保养而延长寿命。上述设备运行状态包括：泵低压电气回路远程状态、泵低压电气回路运行状态、泵低压电气回路故障状态及其他运行状态。

步骤4：时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出：当需要启动加压泵或停止加压泵时，将步骤3中得到的启动加压泵的编号的启动信号或停止加压泵的编号的停止信号通过PLC控制系统的数字量输出模块传输给对应加压泵的泵低压电气回路，泵低压电气回路根据控制信号启动或停止相应编号的加压泵。

步骤5：显示监视：PLC控制系统通过以太网通讯模块与操作面板通讯，在操作面板上显示设备工作状态、压力设置值和实际压力值。

Claims (4)

1.一种时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置，包括PLC控制系统、操作面板、压力变送器，其特征在于，控制装置还包括多台泵低压电气回路，恒压泵串联在上级自来水管网中，多台加压泵分别并联在恒压泵的两端，每一台加压泵分别与一台泵低压电气回路连接，PLC控制系统包CPU模块及分别与CPU模块连接一块DC24V直流电源模块、一块以太网通讯模块、一块模拟量输入模块、多块数字量输入模块、多块数字量输出模块，压力变送器安装在在下级自来水管网中，压力变送器的输出端与模拟量输入模块连接，恒压泵还与一块数字量输入模块连接，每一台泵低压电气回路还分别与数字量输入模块和数字量输出模块连接。

2.如权利要求1所述的时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置，其特征在于，所述模拟量输入模块是8路12位4~20mA 2线制的模拟量输入模块。

3.如权利要求1所述的时间冒泡式自来水加压泵延寿控制装置，其特征在于，所述数字量输入模块是32路数字量输入模块，数字量输出模块是32路数字量输出模块。

4.一种时间冒泡式自来水加压泵延寿控制方法，其特征在于，该控制方法是利用上述权利要求1所述的控制装置来对自来水多台加压泵使用时间和启动次数进行均衡控制，包括：压力控制值设置，出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理，时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出，显示监视，其步骤如下：

步骤1：压力控制值设置：通过操作面板设置下级自来水管网压力值，PLC控制系统通过以太网通讯模块与操作面板通讯，读取操作面板上的压力设置值；

步骤2：出水管网压力采集、泵低压电气回路状态采集：从装在下级自来水管网的压力变送器采集出水管网水压力，通过PLC控制系统的模拟量输入模块将压力值送给CPU模块计算用；并从PLC控制系统的数字量输入模块读取与各加压泵连接的泵低压电气回路当前工作状态，记录各加压泵的总运行时间；

步骤3：时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制信息处理：通过读入出水管网压力值和记录各加压泵的总运行时间，判断各设备的运行状态和压力控制值，经过信息处理CPU模块判断出当前需要是否需要加泵或者减泵，当恒压泵达到最大转速时下级自来水管网压力值仍然达不到供水要求时，即出水管网压力值小于通过操作面板设置的下级自来水管网压力值，需要加泵，按总运行时间计算，总运行时间最短的加压泵的编号作为下一台启动加压泵的编号，以及在恒压泵达到最小转速时下级自来水管网压力值仍然大于供水要求时，即出水管网压力值大于通过操作面板设置的下级自来水管网压力值，需要减泵，按总运行时间计算，总运行时间最长的加压泵的编号作为下一台停止加压泵的编号；

步骤4：时间冒泡式轮流启动、停止延寿控制值输出：当需要启动加压泵或停止加压泵时，将步骤3中得到的启动加压泵的编号的启动信号或停止加压泵的编号的停止信号通过PLC控制系统的数字量输出模块传输给对应加压泵的泵低压电气回路，泵低压电气回路根据控制信号启动或停止相应编号的加压泵；

步骤5：显示监视：PLC控制系统通过以太网通讯模块与操作面板通讯，在操作面板上显示设备工作状态、压力设置值和实际压力值。