CN113432926B - 浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷扬泵车浮船上取水系统控制技术领域，为实现卷扬泵车浮船取水系统远程自动化控制，针对其远程控制、就地无人值守的工艺特点及安全稳定运行要求，提供了一种浮船取水安全运行联锁控制系统，包括元器件、连接元器件的管道、控制器及相关的检测装置，元器件、检测装置均与控制器信号连接。安全联锁控制方法包括建立真空后才启泵，启泵建立起水压后才开出口门、电机空转不出力延时停泵，故障自动停泵、停泵自动关阀，关阀延时停泵、水泵出口压力消失延时停泵。采用上述方式实现了取水系统远程自动化控制，减少了人力成本。

Description

浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统及方法

技术领域

本发明涉及卷扬泵车浮船上取水系统控制技术领域，具体是一种卷扬泵车浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统及方法。

背景技术

工厂企业采用卷扬泵车浮船取水泵在水位变化大的江河湖泊或水库抽取水时，按常规设计及实践运行情况，采用传统的人工就地控制模式“肉眼识别+经验判断”，均在取水船上设置水泵就地控制装置，实现取水泵启停及其出口门操作；因取水泵为离心式取水泵，在启动前操作人员需对水泵泵体进行抽取排空气操作：应先检查并手动开启无填料密封压力水门，再投运水力抽射器，手动打开取水泵排空气门。当泵体内空气抽完后(以经验判断，查看水射器出水管中有水连续冒出而无空气混合排出时)方可启动取水泵，取水泵运转正常后再手动关闭排空气门。在检查判断水泵能正常启动抽水且水泵出口已成功建立起压力、水泵启动后的运行电流、水泵振动或水泵启动正常时，再手动操作开启取水泵的出口门，实现取水泵正常抽水。在取水泵运行取水期间也需派人员就地值守，定期检查确认取水泵运行状况，查看取水泵电机及轴瓦运行温度、振动情况及船舱积水、泵船取水口水位等情况。在取水浮船水位变化大、需及时调整取水浮船上下位置时，还需有2人以上配合操作取水浮船的卷扬机上下移动，根据水位情况调整取水浮船上下位置，以满足取水浮船安全可靠取水运行。

发明内容

为了降低人力成本，对卷扬泵车浮船上取水系统实现泵船就地无人值守的自动化监控系统，本发明针对卷扬泵车浮船式取水泵系统远程控制工艺特点及安全稳定运行要求，提供了一种适应于工厂在江河湖泊或水库泵车浮船式取水泵实现远程控制、泵船就地无人值守的安全运行联锁控制系统及方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，包括元器件及连接元器件的管道，所述元器件包括取水泵及其电源开关、取水泵出口电动门及水射器，还包括控制器、用于检测抽排空气管内真空度的真空度压力检测装置，所述抽排空气管用于抽排取水泵内的空气，用于检测取水泵出口电动门水压的水压检测装置，用于检测取水泵电流的电流检测装置，所述取水泵及其电源开关、取水泵出口电动门、水射器、真空度压力检测装置、水压检测装置及电流检测装置均与控制器信号连接；当抽排空气管内真空度压力检测值达到目标值A或以上值并维持时间Z后，控制器通过控制取水泵电源开关启动取水泵；取水泵启动后，当取水泵出口电动门的水压达到目标值B及以上值时，控制器控制开启取水泵出口电动门；当取水泵空转时，在预设时间C后控制器控制取水泵自动停泵；当取水泵发生故障停运时，控制器控制关闭取水泵出口电动门；取水泵运行期间，若取水泵出口电动门完全关闭，或在取水泵出口压力消失且取水泵电机运行电流小于取水泵电机空转电流值，则延时预设时间D后控制器控制取水泵自动停泵。

进一步地，还包括用于检测取水泵电机轴瓦振动的振动检测装置及用于检测电机绕组温度的温度检测装置，所述振动检测装置及温度检测装置均与控制器信号连接。

进一步地，所述元器件还包括船舱内积水坑，与所述船舱内积水坑相连的用于抽排水的管道上设有排水电磁阀，所述水射器入水口的管道上设有泵船水射器喷水电磁阀，所述取水泵与水射器间的抽排空气管道上设有抽气电磁阀，所述取水泵的盘根密封冷却水管道上设有冷却水电磁阀，所述排水电磁阀、泵船水射器喷水电磁阀、抽气电磁阀及冷却水电磁阀均与控制器信号连接。

进一步地，所述管道上设有流量检测开关，所述流量检测开关与控制器信号连接。

进一步地，还包括用于检测卷扬泵车浮船的取水口水位及取水流量的检测装置，所述检测装置与控制器信号连接。

进一步地，还包括远程监控操作终端，所述远程监控操作终端与控制器信号连接。

浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制方法，包括：

抽排空气管内真空度压力检测值达到并维持目标值A或以上值并维持时间Z后，则控制器控制取水泵启动；

取水泵启动后，当取水泵出口电动门前的水压达到目标值B或以上值时，控制器控制开启取水泵出口电动门；

控制器监测到取水泵电机空转时，在预设时间C后控制器控制取水泵自动停泵；

取水泵发生故障停运时，控制器控制关闭取水泵出口电动门；

取水泵运行期间，若取水泵出口电动门完全关闭，或在取水泵出口压力消失且取水泵电机运行电流小于取水泵电机空转电流值，则延时预设时间D后控制器控制取水泵自动停泵。

进一步地，所述目标值A为-50kPa，所述B为0.7-0.8倍取水泵额定取水扬程压力值，所述预设时间C为5-10秒，所述预设时间D为10-15秒，所述预设时间Z为1.0-2.0分钟。

进一步地，控制开启取水泵出口电动门的指令脉冲为1.5-2.0倍正常开门时间的指令脉冲；控制关闭取水泵出口电动门的指令脉冲为1.5-2.0倍以上正常关门时间的指令脉冲。

本发明相比于现有技术具有的有益效果是：针对卷扬泵车浮船式取水泵系统远程控制工艺特点及安全稳定运行要求，通过增设相应检测装置与元器件设备，将各检测装置、元器件与控制器信号连接，由控制器根据检测装置的检测信号及控制逻辑发出元器件的控制信号，通过远程监控操作终端，对工厂企事业单位在江河湖泊或水库泵车浮船式取水系统实现了远程控制、泵船就地无人值守的自动化监控系统安全运行的目标。

本发明的设计满足取水系统安全稳定运行要求，为人力资源岗位优化、减少取水系统人力成本创造了条件。

附图说明

图1为本申请取水系统结构示意图；

附图说明：1、取水泵，2、水位检测装置，3、抽气电磁阀，4、冷却水电磁阀，5、抽气手动阀，6、水压检测装置，7、流量检测开关，8、取水泵出口电动门，9、真空度压力检测装置，10、自动逆止阀，11、取水流量检测装置，12、排水电磁阀，13、船舱内积水坑，14、泵船水射器喷水电磁阀，15、水射器，16、取水用水总阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，包括元器件及连接元器件的管道，所述元器件包括取水泵1及其电源开关、取水泵出口电动门8及水射器15，还包括控制器、用于检测抽排空气管内真空度的真空度压力检测装置9，所述抽排空气管用于抽排取水泵1内的空气，用于检测取水泵出口电动门8水压的水压检测装置6，用于检测取水泵1电流的电流检测装置，所述取水泵1及其电源开关、取水泵出口电动门8、水射器15、真空度压力检测装置9、水压检测装置6及电流检测装置均与控制器信号连接；当抽排空气管内真空度压力检测值达到目标值A或以上值并维持时间Z后，控制器通过控制取水泵电源开关启动取水泵1；取水泵1启动后，当取水泵出口电动门8的水压达到目标值B及以上值时，控制器控制开启取水泵出口电动门8；当取水泵1空转时，在预设时间C后控制器控制取水泵1自动停泵；当取水泵1发生故障停运时，控制器控制自动关闭取水泵出口电动门8；取水泵1运行期间，若取水泵出口电动门8完全关闭，或在取水泵1出口压力消失且取水泵1电机运行电流小于取水泵1电机空转电流值，则延时预设时间D后控制器控制取水泵1自动停泵。

进一步地，根据取水泵容量及实施条件，还包括用于检测取水泵1电机轴瓦振动检测装置及用于检测电机绕组温度的温度检测装置，所述振动检测装置及温度检测装置均与控制器信号连接。通过温度及振动检测值可以确定取水泵是否发生故障，本发明中故障判断方式为：使用采集的数值与预设值进行比较，超过预设值为发生故障，此时可以产生相应的报警信号。

所述元器件还包括船舱内积水坑13，所述船舱内积水坑13用于取水泵船内的积水汇集，并在积水坑内靠近底部引出的抽排水管道上设有排水电磁阀12，排水电磁阀12与排水手动阀串接；所述水射器15入水口的管道上设有泵船水射器喷水电磁阀14，泵船水射器喷水电磁阀14与泵船水射器喷水手动阀串接；所述取水泵1与水射器15间的抽排空气管道上设有抽气电磁阀3，抽气电磁阀3与抽气手动阀5串接；所述取水泵1的盘根密封冷却水管道上设有冷却水电磁阀4，冷却水电磁阀4与冷却水手动阀串接。所述排水电磁阀12、泵船水射器喷水电磁阀14、抽气电磁阀3及冷却水电磁阀4的开关阀控制信号均与控制器连接。在本实施例中，每条船上还设置了取水用水总阀16(优选为电磁阀)，作为取水船上的用水总控制。电磁阀选用带有开阀与关阀位置辅助接点、交流220V电源操作、得电动作的电磁阀，电磁阀开关到位后即断开电磁阀线圈电源，以避免电磁阀线圈长期带电烧毁的问题，同时电磁阀打开与关闭位置接点的反馈信号均接入控制器，控制器可采用DCS或PLC控制装置。

为了对管道内的流量进行监测，所述管道上设有流量检测开关7，所述流量检测开关7与控制器信号连接。在本实施例中，为避免水射器及盘根密封冷却水管道内断水或漏水、水压力不足等因素影响取水泵启动或安全运行，在相应的管道上增设流量检测开关7，并将该流量开关7检测输出接点接入控制器，与相应阀门打开状态共同参与取水泵启动控制逻辑或故障停泵与告警逻辑。

为了便于对取水口水位的检测及取水泵取水流量的检测，本发明还设置了用于检测卷扬泵车浮船取水口水位及取水泵取水流量的检测装置，本实施例采用两个检测装置，水位检测装置2及取水流量检测装置11，分别检测取水船取水口的水位及每台泵船的取水流量，用于检测取水流量的取水流量检测装置11设置在取水泵船到沉沙水池间的出口母管上。所述检测装置与控制器信号连接。通过水位检测装置2对水位的检测可以及时提醒监控人员取水口的水位变化情况，必要时及时派人到泵船就地操作泵船卷扬机升降泵船到适当取水位置；通过取水流量检测装置11在线信号，便于远程随时了解取水泵取水运行情况。另外，在水泵出口母管上，还设置了自动逆止阀10以保证取水船的安全。

进一步地，设置了远程监控操作终端，所述远程监控操作终端与控制器信号连接，控制器接收到的所有信号均可在远程监控操作终端界面上显示。当取水运行出现异常情况时，还可以发出相应的报警信息。取水运行异常情况可根据实际需要进行设置，如取水口水位不足、取水泵电机轴瓦温度过高等。另外，还可以在远程监控操作界面上进行电磁阀开关操作及电磁阀打开、关闭的状态监视。原就地手动操作阀门实际的打开与关闭状态，也可在远程监控操作界面上进行虚拟现实操作监视，以便远程监控界面更加直观全面监视这些手动操作阀门的实际状态。

优选地，还可以在浮船内及取水设施周边设置电子围栏或视频监控，并将其连接到远程视频监控系统，从而便于远程掌控浮船及取水设施的相关情况。

浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制方法，包括：

抽排空气管内真空度压力检测值达到并维持目标值A或以上值并维持时间Z后，则控制器才允许控制取水泵启动；

取水泵启动后，当取水泵出口电动门前的水压达到目标值B或以上值时，控制器才允许控制开启取水泵出口电动门；

控制器监测到取水泵电机空转时，在预设时间C后控制器控制取水泵自动停泵；

取水泵发生故障停运时，控制器控制自动关闭取水泵出口电动门；

取水泵运行期间，若取水泵出口电动门完全关闭，或在取水泵出口压力消失且取水泵电机运行电流小于取水泵电机空转电流值，则延时预设时间D后控制器控制取水泵自动停泵。

具体的，确认取水泵具备投运条件且取水口水位满足要求，检查确认泵船用水手动总阀、抽排空气手动阀及水泵盘根密封冷却水管路上手动阀均处于开启状态，先后依次开启冷却水电磁阀、抽气电磁阀、泵船水射器喷水电磁阀，以抽取取水泵内空气。待取水泵内抽排空气管内的真空度压力检测值达到-50kPa或以上值并维持1-2分钟，则控制器允许在远程监控操作终端上手动操作或自动控制取水泵启动，在远程监控终端操作界面上通过控制器发出2秒的操作指令脉冲将取水泵电源开关合闸，从而实现取水泵的远程启动。

取水泵电源开关合闸后取水泵即开始启动运行，取水泵由零转速开始启动，若取水泵启动成功并能正常带负载抽水时，取水泵出口门前逐步建立水压，取水泵门前水压达到0.5MPa及以上值时，控制器按正常启动设定逻辑以超过取水泵出口门1.5-2.0倍正常开门时间的指令脉冲自动开启取水泵出口电动门或允许在远程监控操作终端上手动开启取水泵出口电动门，避免取水泵在出口门关闭状态长久运行而引发取水泵故障，本实施例以1.5倍正常开门时间的指令脉冲自动开启取水泵出口电动门。若开关取水泵出口电动门的时间超过指令脉冲设定时间，则在远程监控操作终端上报警提示。取水泵出口的压力目标值可以根据取水泵额定取水扬程压力约70％-80％左右设定。

实际测定取水泵空转运行电流及正常取水带负载时运行的电流，取水泵启动后由控制器按设定逻辑判定取水泵电机是否空转运行或正常取水带负载运行。若水泵不能正常吸水而空转运行(空转运行的电流判据设定值按取水泵出口门关闭且能正常取水时电机运行电流的70-80％设定，并应大于取水泵不能抽上水空转时的电流值)，取水泵出口门前建立不起水压时(小于0.2MPa)，在5-10秒后由控制器以2秒停泵指令脉冲自动停泵，跳开取水泵电源开关，停止水泵运行，并在远程监控终端界面发出相应故障信息提示。预设时间C也可根据取水泵正常取水能力设定，以避免水泵过长时间的空转运行。

取水泵发生故障停运时，控制器按故障判定逻辑以脉冲指令自动关闭取水泵出口电动门。在发生取水泵电气回路故障，如水泵动力电源消失、电气保护动作或其它机械故障造成取水泵故障停运时，经1秒延时确认后，控制器自动发出取水泵出口门关闭的脉冲指令，该自动联锁关阀指令脉冲时间为出口门1.5-2.0倍正常关门时间。取水泵故障停运的逻辑判断条件为：取水泵处于停运状态且电机无电流。

为保证设备运行状态信号的可靠性，对取水泵电源开关及取水泵出口电动门的状态均采用双位置接点信号，即将设备的运行(或打开)状态与停运(或关闭)状态信号均接入控制器。

取水泵运行期间，若取水泵出口电动门完全关闭，或在取水泵出口压力消失(小于0.2MPa)且取水泵电机运行电流小于取水泵电机空转电流值，则经延时预设时间D后控制器以脉冲指令模式控制取水泵自动停泵，跳开取水泵的电源开关。在本实施例中延时15秒种后由控制器以2秒脉冲的停泵操作指令自动停泵。

在取水泵运行期间，若取水泵船仓内积水坑积水汇集较多时，通过在远程监控终端界面开启排水电磁阀(确认串接的排水手动阀处于打开状态)抽排船仓内积水坑积水。根据汇集积水多少及抽排积水实际效果，通过在控制器设定自动抽排水逻辑，在需要抽排积水时自动或手动开启排水电磁阀，抽排一定时间后再自动关闭排水电磁阀。

Claims (9)

1.浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，包括元器件及连接元器件的管道，所述元器件包括取水泵及其电源开关、取水泵出口电动门及水射器，其特征在于，还包括控制器、用于检测抽排空气管内真空度的真空度压力检测装置，所述抽排空气管用于抽排取水泵内的空气，用于检测取水泵出口电动门水压的水压检测装置，用于检测取水泵电流的电流检测装置，所述取水泵及其电源开关、取水泵出口电动门、水射器、真空度压力检测装置、水压检测装置及电流检测装置均与控制器信号连接；当抽排空气管内真空度压力检测值达到目标值A或以上值并维持时间Z后，控制器通过控制取水泵电源开关启动取水泵；取水泵启动后，当取水泵出口电动门的水压达到目标值B及以上值时，控制器控制开启取水泵出口电动门；当取水泵空转时，在预设时间C后控制器控制取水泵自动停泵；当取水泵发生故障停运时，控制器控制关闭取水泵出口电动门；取水泵运行期间，若取水泵出口电动门完全关闭，或在取水泵出口压力消失且取水泵电机运行电流小于取水泵电机空转电流值，则延时预设时间D后控制器控制取水泵自动停泵。

2.根据权利要求1所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，其特征在于，还包括用于检测取水泵电机轴瓦振动的振动检测装置及用于检测电机绕组温度的温度检测装置，所述振动检测装置及温度检测装置均与控制器信号连接。

3.根据权利要求1所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，其特征在于，所述元器件还包括船舱内积水坑，与所述船舱内积水坑相连的用于抽排水的管道上设有排水电磁阀，所述水射器入水口的管道上设有泵船水射器喷水电磁阀，所述取水泵与水射器间的抽排空气管道上设有抽气电磁阀，所述取水泵的盘根密封冷却水管道上设有冷却水电磁阀，所述排水电磁阀、泵船水射器喷水电磁阀、抽气电磁阀及冷却水电磁阀均与控制器信号连接。

4.根据权利要求1所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，其特征在于，所述管道上设有流量检测开关，所述流量检测开关与控制器信号连接。

5.根据权利要求1所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，其特征在于，还包括用于检测卷扬泵车浮船的取水口水位及取水流量的检测装置，所述检测装置与控制器信号连接。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，其特征在于，还包括远程监控操作终端，所述远程监控操作终端与控制器信号连接。

7.浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制方法，应用于权利要求1-6任意一项所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制系统，其特征在于，包括：

抽排空气管内真空度压力检测值达到并维持目标值A或以上值并维持时间Z后，则控制器控制取水泵启动；

取水泵启动后，当取水泵出口电动门前的水压达到目标值B或以上值时，控制器控制开启取水泵出口电动门；

控制器监测到取水泵电机空转时，在预设时间C后控制器控制取水泵自动停泵；

取水泵发生故障停运时，控制器控制关闭取水泵出口电动门；

取水泵运行期间，若取水泵出口电动门完全关闭，或在取水泵出口压力消失且取水泵电机运行电流小于取水泵电机空转电流值，则延时预设时间D后控制器控制取水泵自动停泵。

8.根据权利要求7所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制方法，其特征在于，所述目标值A为-50kPa，所述目标值B为0.7-0.8倍取水泵额定取水扬程压力值，所述预设时间C为5-10秒，所述预设时间D为10-15秒，所述预设时间Z为1.0-2.0分钟。

9.根据权利要求7或8所述的浮船取水系统远程控制的安全运行联锁控制方法，其特征在于，控制开启取水泵出口电动门的指令脉冲为1.5-2.0倍正常开门时间的指令脉冲；控制关闭取水泵出口电动门的指令脉冲为1.5-2.0倍以上正常关门时间的指令脉冲。

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