CN107461343B - 基于真空引水的离心式水泵系统监控装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置，包括真空引水系统及引水状态检测装置、主电路和控制电路，所述真空引水系统及引水状态检测装置包括三个入口、一个出口及三个水渣分离器，并且连接离心水泵、真空泵/电磁阀管路、真空管道、探头；控制电路实现真空引水状态、电压信号、电流信号、开关量输入信号采集，实现电能质量参数的计算、逻辑判断、故障诊断以及开关量输出，并且实现与触摸屏的人机交互功能及上位机通信功能，有益效果是：保证引水状态检测的准确性与可靠性；实现了引水过程的水渣分离，有效地避免了渣滓损坏探头与真空系统的问题；水渣分离器具有自清洗功能，具有全方面的故障诊断功能，有效地保护离心泵的安全可靠运行。

Description

基于真空引水的离心式水泵系统监控装置及方法

技术领域

本发明涉及离心式水泵系统监控装置及方法，解决离心式水泵起动过程与运行控制的自动化问题，更具体地说，通过真空引水管路、引水检测装置一体化与水渣分离设计，再结合监控装置与监控方法实现离心式水泵在恶劣工况下长期稳定可靠工作的目的。

背景技术

离心式水泵是一种输送液体的流体机械，只有在灌满水的条件下，叶轮旋转时，才能将离心力作用至水体，水体通过离心力获得能量，水泵才能发挥作用。离心式水泵工作方式分为自灌式和吸入式两种，需要流量大、压头高、自动化程度高、供水安全要求高的泵站，宜采用自灌式离心泵，自灌式工作的离心泵外壳定点应低于水池内的最低水位。然而从河里、湖里、水渠里、水井里抽水的话，离心式水泵只能安装在水面以上了，无法采用自灌方式工作。离心式水泵的引水筒可以解决离心泵启动前要灌水的问题，离心式水泵引水筒的作用就是利用筒内事先有水的条件，将水泵提前灌满水，保证了水泵能及时启动；或者说，引水筒的作用是使泵泵壳内始终处于有水状态。然而引水筒不仅占据了很大空间、增加设备成本，而且降低泵系统运行效率，又存在罐体漏气、破裂及排气不畅等风险。

当离心泵采用自吸式工作方式时，水泵第一次启动前必须向泵体内灌引水方可启动。罐引水方法分为两大类：一类是吸水管带有底阀；另一类是吸水管不带底阀。吸水管带有底阀引水方式，增加了吸水管路的阻力、增加管阻损耗、降低水泵效率，并缩小泵运行的安全区，据测定，吸水阻力约70％来源于底阀。另外，实践中经常出现底阀关闭不严的时候，灌水相当困难，时间长，漏水多，使用很不方便。因此，真空系统引水的无底阀供水方式就成了降低吸水管路阻力的一项重要措施。一套真空系统往往带动多台水泵，逻辑关系较复杂，人工手动操作方式无法适合于工况企业的连续化、自动化生产需求，另外，实践中的污水(含有泥沙、铁削、机油等)常常导致真空引水系统失效。

发明内容

本发明针对离心式水泵工程应用中存在的上述问题，提出了一种基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置，包括真空引水系统及引水状态检测装置、主电路和控制电路，其特殊之处是：

所述真空引水系统及引水状态检测装置包括三个入口、一个出口及三个水渣分离器，所述三个入口分别由活接或法兰6、8、9引入且分别与离心水泵出水管12对应的上、下引流管13、14及离心水泵的入水管11相连，所述一个出口通过活接或法兰7与真空泵/电磁阀管路15相连；水渣分离器一1的右侧入口与活接或法兰6相连，水渣分离器一1的左侧出口与水渣分离器二2的入口相连，水渣分离器一1的下出口与三通10上面的入口相连；水渣分离器二2的上端出口与真空管道15相连，水渣分离器二2的左侧出口与探头4上端口相连；水渣分离器三3的右侧入口与活接或法兰8相连；水渣分离器三3的左侧出口与探头4下端口相连，水渣分离器三3的下出口与三通10左侧入口相连；三通10右侧入口与活接或法兰9相连；

所述主电路实现离心式水泵、真空泵、电磁阀、指示灯及交流接触器线圈的供电；其中三根火线L1、L2、L3分别与断路器QF入端相连，断路器QF出端分别与电流互感器的入端相连，电流互感器的出端分别连接交流接触器KM1、KM2主触点入端，交流接触器KM1、KM2主触点出端分别与热继电器FR1、FR2入端相连；热继电器FR1出端与1号端子入端相连，1号端子出端与离心式水泵的三相异步电动机定子绕组相连；热继电器FR2出端与2号端子入端相连，2号端子出端与真空泵的三相异步电动机定子绕组相连；交流接触器KM2第三个入端和N端分别与交流接触器KM3主触点的入端相连，交流接触器KM3主触点的出端分别与3号端子的入端相连，3号端子的出端连接电磁阀的线圈端子；断路器QF的第三个出端与N端之间分别连接交流接触器驱动电路、运行状态指示与故障报警电路，用来实现交流接触器的驱动、泵运行状态指示、真空泵运行状态指示以及故障报警功能；电流互感器的出端与N端并联电压互感器；

所述控制电路包括中央处理单元、与中央处理单元分别通过串口、通信模块连接的触摸屏和上位机，中央处理单元内设输入模块、电能质量计算模块和输出模块；热继电器FR1的常闭触点与热继电器FR2的常闭触点串联后再与输入模块的第一个输入端子连接，起动按钮SB1的右侧端子与输入模块的第二个输入端子连接，停止按钮SB2的右侧端子与输入模块的第三个输入端子连接；热继电器FR1、起动按钮SB1与停止按钮SB2的左侧端子短接，再与输入模块的公共端子连接；输出模块实现继电器线圈的控制，输出模块的第一个端子连接继电器KA1线圈的左侧端子；输出模块的第二个端子连接继电器KA2线圈的左侧端子；输出模块的第三个端子连接继电器KA3线圈的左侧端子；输出模块的第四个端子连接继电器KA4线圈的左侧端子；继电器KA1、KA2、KA3、KA4线圈的右侧端子短接，再与输出模块的公共端子连接；

控制电路是整个系统的核心，实现真空引水状态、电压信号、电流信号、开关量输入信号采集，实现电能质量参数的计算、逻辑判断、故障诊断以及开关量输出，并且实现与触摸屏的人机交互功能及上位机通信功能。

进一步优选，水渣分离器一1和水渣分离器三3在离心水泵启动后其右侧具有一个入口和两个出口，在右侧入口与左侧出口之间设置一个与水平方向成45°角度的滤网16；水渣分离器二2同样具有一个入口和两个出口，在右侧入口与上侧出口设置一个水平的滤网17；

进一步优选，所述运行状态指示与故障报警电路由串联在交流接触器KM1常开触点和水泵运行电源指示灯、串联的交流接触器KM2常开触点和真空泵运行指示灯以及串联的继电器常开KA4触点和故障报警指示灯组成，串联的继电器KA1常开触点和交流接触器线圈KM1、串联的继电器KA2常开触点和交流接触器线圈KM2以及串联的继电器KA3常开触点和交流接触器线圈KM3组成交流接触器驱动电路；继电器KA1常开触点的入端、继电器KA2常开触点的入端和继电器KA3常开触点的入端分别连接在断路器QF的第三个输出端子，继电器KA1常开触点的入端连接交流接触器KM1常开触点的入端，继电器KA2常开触点的入端连接交流接触器KM2常开触点的入端，继电器KA3常开触点的入端连接继电器KA4常开触点的入端，水泵运行电源指示灯、真空泵运行指示灯、故障报警指示灯、交流接触器线圈KM1、交流接触器线圈KM2、交流接触器线圈KM3的出端分别与N端相连。

采用基于真空引水的离心式水泵系统监控装置的监控方法，其特殊之处是：

1、程序运行开始，判断是否起动按钮按下，如果未按下则返回判断是否按下；如果按下起动按钮，则转移下一步；

2、起动探头故障诊断程序，判断探头是否发生故障，如果发生故障，则起动探头故障报警，并判断是否故障复位，若故障未复位，则继续故障报警，如果故障复位，则关断探头故障报警，程序终止；如果探头未发生故障，则转移下一步；

3、起动真空泵，起动真空泵故障诊断程序，判断真空泵是否发生故障，如果发生故障，则起动真空泵故障报警，并判断是否故障复位，若故障未复位，则继续故障报警，如果故障复位，则关断真空泵故障报警，程序终止；如果真空泵未发生故障，则转移下一步

4、起动引水液位检测，判断水位是否到达预定位置，如果未到达，再判断是否按下停止按钮，如果未按下停止按钮，则返回真空泵故障诊断，如果按下停止按钮，则关闭真空泵，程序终止；如果水位到达预定位置，则转移下一步；

5、关闭真空泵，起动水泵，起动水泵故障诊断程序，判断水泵是否故障，如果水泵故障，则关闭水泵，起动水泵故障报警，再判断是否按下故障复位，若未按下故障复位，则返回水泵故障报警，若按下故障复位，则关断水泵故障报警，程序终止；若果水泵未发生故障，则转移下一步；

6、判断停止按钮是否按下，如果未按下，则返回水泵故障诊断位置；如果停止按钮按下，则关闭水泵，程序终止。

本发明的有益效果是：

1)真空引水系统及引水状态检测装置中的两个入水口与离心水泵出水管对应的上、下引流管连接，利用连通器原理实现引水过程中探头检测水位与离心式水泵的水位保持一致，保证引水状态检测的准确性与可靠性；

2)真空引水系统及引水状态检测装置中设置了水渣分离器，实现了引水过程的水渣分离，有效地避免了渣滓损坏探头与真空系统的问题；

3)水渣分离器具有自清洗功能。真空泵关闭、离心式水泵起动后，由于离心式水泵出水管具有正压，而引水管具有负压，水渣分离器一1、三的下端出水口通过三通连接于离心式水泵的引水管，这样在水渣分离器一1、3的入水口与下端的出水口产生压差，这个压差将自动清洗水渣分离器的滤网；

4)该系统的控制装置具有全方面的故障诊断功能。起动指令下达后，在真空引水起动之前，先起动探头故障诊断程序，检测探头是否发生短路故障，有效避免系统错误逻辑发生；真空水泵起动后，起动真空系统故障诊断程序，实时检测是否发生干转与超载故障，有效地保护真空泵的安全可靠运行；离心式水泵起动后，起动离心式水泵的故障诊断程序，实时检测离心式水泵是否发生干转与超载故障，有效地保护离心泵的安全可靠运行。

5)所述真空引水系统及引水状态检测装置实现了真空引水与引水状态检测的一体化，同时保证了在恶劣水质下的安全、稳定可靠运行。

附图说明

图1是本发明的真空引水系统及引水状态检测装置的结构示意图；

图2是本发明的主电路和控制电路原理图；

图3是本发明的控制流程示意图。

具体实施方式

该基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置，包括真空引水系统及引水状态检测装置、主电路和控制电路。

如图1所示，所述真空引水系统及引水状态检测装置包括三个入口、一个出口及三个水渣分离器，所述三个入口分别由活接或法兰6、8、9引入且分别与离心水泵出水管12对应的上、下引流管13、14及离心水泵的入水管11相连，所述一个出口通过活接或法兰7与真空泵/电磁阀管路15相连；水渣分离器一1的右侧入口与活接或法兰6相连，水渣分离器一1的左侧出口与水渣分离器二2的入口相连，水渣分离器一1的下出口与三通10上面的入口相连；水渣分离器二2的上端出口与真空管道15相连，水渣分离器二2的左侧出口与探头4上端口相连；水渣分离器三3的右侧入口与活接或法兰8相连；水渣分离器三3的左侧出口与探头4下端口相连，水渣分离器三3的下出口与三通10左侧入口相连；三通10右侧入口与活接或法兰9相连。

水渣分离器一1和水渣分离器三3在离心水泵启动后其右侧具有一个入口和两个出口，在右侧入口与左侧出口之间设置一个与水平方向成45°角度的滤网16；水渣分离器二2同样具有一个入口和两个出口，在右侧入口与上侧出口设置一个水平的滤网17；

如图2所示，所述主电路实现离心式水泵、真空泵、电磁阀、指示灯及交流接触器线圈的供电；其中三根火线L1、L2、L3分别与断路器QF入端相连，断路器QF出端分别与电流互感器的入端相连，电流互感器的出端分别连接交流接触器KM1、KM2主触点入端，交流接触器KM1、KM2主触点出端分别与热继电器FR1、FR2入端相连；热继电器FR1出端与1号端子入端相连，1号端子出端与离心式水泵的三相异步电动机定子绕组相连；热继电器FR2出端与2号端子入端相连，2号端子出端与真空泵的三相异步电动机定子绕组相连；交流接触器KM2第三个入端和N端分别与交流接触器KM3主触点的入端相连，交流接触器KM3主触点的出端分别与3号端子的入端相连，3号端子的出端连接电磁阀的线圈端子；断路器QF的第三个出端与N端之间分别连接交流接触器驱动电路、运行状态指示与故障报警电路，用来实现交流接触器的驱动、泵运行状态指示、真空泵运行状态指示以及故障报警功能；电流互感器的出端与N端并联电压互感器；

所述控制电路包括中央处理单元、与中央处理单元分别通过串口、通信模块连接的触摸屏和上位机，中央处理单元内设输入模块、电能质量计算模块和输出模块；热继电器FR1的常闭触点与热继电器FR2的常闭触点串联后再与输入模块的第一个输入端子连接，起动按钮SB1的右侧端子与输入模块的第二个输入端子连接，停止按钮SB2的右侧端子与输入模块的第三个输入端子连接；热继电器FR1、起动按钮SB1与停止按钮SB2的左侧端子短接，再与输入模块的公共端子连接；输出模块实现继电器线圈的控制，输出模块的第一个端子连接继电器KA1线圈的左侧端子；输出模块的第二个端子连接继电器KA2线圈的左侧端子；输出模块的第三个端子连接继电器KA3线圈的左侧端子；输出模块的第四个端子连接继电器KA4线圈的左侧端子；继电器KA1、KA2、KA3、KA4线圈的右侧端子短接，再与输出模块的公共端子连接；

控制电路是整个系统的核心，实现真空引水状态、电压信号、电流信号、开关量输入信号采集，实现电能质量参数的计算、逻辑判断、故障诊断以及开关量输出，并且实现与触摸屏的人机交互功能及上位机通信功能。

所述运行状态指示与故障报警电路由串联在交流接触器KM1常开触点和水泵运行电源指示灯、串联的交流接触器KM2常开触点和真空泵运行指示灯以及串联的继电器常开KA4触点和故障报警指示灯组成，串联的继电器KA1常开触点和交流接触器线圈KM1、串联的继电器KA2常开触点和交流接触器线圈KM2以及串联的继电器KA3常开触点和交流接触器线圈KM3组成交流接触器驱动电路；继电器KA1常开触点的入端、继电器KA2常开触点的入端和继电器KA3常开触点的入端分别连接在断路器QF的第三个输出端子，继电器KA1常开触点的入端连接交流接触器KM1常开触点的入端，继电器KA2常开触点的入端连接交流接触器KM2常开触点的入端，继电器KA3常开触点的入端连接继电器KA4常开触点的入端，水泵运行电源指示灯、真空泵运行指示灯、故障报警指示灯、交流接触器线圈KM1、交流接触器线圈KM2、交流接触器线圈KM3的出端分别与N端相连。

如图3所示，采用基于真空引水的离心式水泵系统监控装置的监控方法，其步骤如下：

1、程序运行开始，判断是否起动按钮按下，如果未按下则返回判断是否按下；如果按下起动按钮，则转移下一步；

2、起动探头故障诊断程序，判断探头是否发生故障，如果发生故障，则起动探头故障报警，并判断是否故障复位，若故障未复位，则继续故障报警，如果故障复位，则关断探头故障报警，程序终止；如果探头未发生故障，则转移下一步；

3、起动真空泵，起动真空泵故障诊断程序，判断真空泵是否发生故障，如果发生故障，则起动真空泵故障报警，并判断是否故障复位，若故障未复位，则继续故障报警，如果故障复位，则关断真空泵故障报警，程序终止；如果真空泵未发生故障，则转移下一步

4、起动引水液位检测，判断水位是否到达预定位置，如果未到达，再判断是否按下停止按钮，如果未按下停止按钮，则返回真空泵故障诊断，如果按下停止按钮，则关闭真空泵，程序终止；如果水位到达预定位置，则转移下一步；

5、关闭真空泵，起动水泵，起动水泵故障诊断程序，判断水泵是否故障，如果水泵故障，则关闭水泵，起动水泵故障报警，再判断是否按下故障复位，若未按下故障复位，则返回水泵故障报警，若按下故障复位，则关断水泵故障报警，程序终止；若果水泵未发生故障，则转移下一步；

6、判断停止按钮是否按下，如果未按下，则返回水泵故障诊断位置；如果停止按钮按下，则关闭水泵，程序终止。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置，包括真空引水系统及引水状态检测装置、主电路和控制电路，其特征是：

所述真空引水系统及引水状态检测装置包括三个入口、一个出口及三个水渣分离器，所述三个入口分别由活接或法兰引入且分别与离心式水泵出水管对应的上、下引流管及离心水泵的入水管相连，所述一个出口通过活接或法兰与真空泵/电磁阀管路相连；水渣分离器一的右侧入口与活接或法兰相连，水渣分离器一的左侧出口与水渣分离器二的入口相连，水渣分离器一的下出口与三通上面的入口相连；水渣分离器二的上端出口与真空泵/电磁阀管路相连，水渣分离器二的左侧出口与探头上端口相连；水渣分离器三的右侧入口与活接或法兰相连；水渣分离器三的左侧出口与探头下端口相连，水渣分离器三的下出口与三通左侧入口相连；三通右侧入口与活接或法兰相连；

所述主电路实现离心式水泵、真空泵、电磁阀、指示灯及交流接触器线圈的供电；其中三根火线L1、L2、L3分别与断路器QF入端相连，断路器QF出端分别与电流互感器的入端相连，电流互感器的出端分别连接交流接触器KM1、KM2主触点入端，交流接触器KM1、KM2主触点出端分别与热继电器FR1、FR2入端相连；热继电器FR1出端与1号端子入端相连，1号端子出端与离心式水泵的三相异步电动机定子绕组相连；热继电器FR2出端与2号端子入端相连，2号端子出端与真空泵的三相异步电动机定子绕组相连；交流接触器KM2第三个入端和N端分别与交流接触器KM3主触点的入端相连，交流接触器KM3主触点的出端分别与3号端子的入端相连，3号端子的出端连接电磁阀的线圈端子；断路器QF的第三个出端与N端之间分别连接交流接触器驱动电路、运行状态指示与故障报警电路，用来实现交流接触器的驱动、泵运行状态指示、真空泵运行状态指示以及故障报警功能；电流互感器的出端与N端并联电压互感器；

所述控制电路包括中央处理单元、与中央处理单元通过串口连接的触摸屏、与中央处理单元通过通信模块连接的上位机，中央处理单元内设输入模块、电能质量计算模块和输出模块；热继电器FR1的常闭触点与热继电器FR2的常闭触点串联后再与输入模块的第一个输入端子连接，起动按钮SB1的右侧端子与输入模块的第二个输入端子连接，停止按钮SB2的右侧端子与输入模块的第三个输入端子连接；热继电器FR1、起动按钮SB1与停止按钮SB2的左侧端子短接，再与输入模块的公共端子连接；输出模块实现继电器线圈的控制，输出模块的第一个端子连接继电器KA1线圈的左侧端子；输出模块的第二个端子连接继电器KA2线圈的左侧端子；输出模块的第三个端子连接继电器KA3线圈的左侧端子；输出模块的第四个端子连接继电器KA4线圈的左侧端子；继电器KA1、KA2、KA3、KA4线圈的右侧端子短接，再与输出模块的公共端子连接；

控制电路是整个系统的核心，实现真空引水状态、电压信号、电流信号、开关量输入信号采集，实现电能质量参数的计算、逻辑判断、故障诊断以及开关量输出，并且实现与触摸屏的人机交互功能及上位机通信功能。

2.根据权利要求1所述的基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置，其特征是：水渣分离器一和水渣分离器三在离心式水泵启动后其右侧入口与左侧出口之间分别设置一个与水平方向成45°角度的滤网；水渣分离器二的上端出口内设置一个水平的滤网。

3.根据权利要求1所述的基于真空泵引水的离心式水泵系统监控装置，其特征是：所述运行状态指示与故障报警电路由串联在交流接触器KM1常开触点和水泵运行电源指示灯、串联的交流接触器KM2常开触点和真空泵运行指示灯以及串联的继电器常开KA4触点和故障报警指示灯组成，串联的继电器KA1常开触点和交流接触器线圈KM1、串联的继电器KA2常开触点和交流接触器线圈KM2以及串联的继电器KA3常开触点和交流接触器线圈KM3组成交流接触器驱动电路；继电器KA1常开触点的入端、继电器KA2常开触点的入端和继电器KA3常开触点的入端分别连接在断路器QF的第三个出端，继电器KA1常开触点的入端连接交流接触器KM1常开触点的入端，继电器KA2常开触点的入端连接交流接触器KM2常开触点的入端，继电器KA3常开触点的入端连接继电器KA4常开触点的入端，水泵运行电源指示灯、真空泵运行指示灯、故障报警指示灯、交流接触器线圈KM1、交流接触器线圈KM2、交流接触器线圈KM3的出端分别与N端相连。