潜水泵测试系统的研制

关键词：水塔

潜水泵测试系统的研制（精选六篇）

潜水泵测试系统的研制篇1

现今在我国中部地区仍有许多农村家庭都用不上城里自来水, 他们用的都是井水。但是为了能用上方便的“自来水”, 他们在自家的楼顶上装了一只不锈钢铁制水塔, 然后用水泵将井水抽到水塔, 这样产生水压就能用上自来水了。但是, 每次将井水抽到水塔的过程中, 都将花费10多分钟, 然而人们却往往很难把握这10多分钟的“抽水等待”时间, 有时水塔中的水溢出来了才发现水抽满了, 有时人们就彻底忘记关抽水泵的开关, 导致大量的水溢出来了。发生这样的情况, 不但浪费了我们稀少的淡水资源, 而且浪费了电能。

2 设计目的

为了解决家用水塔抽水时遇到的一些问题, 方便人们的生活;同时, 为了节约抽水时水塔里面的水溢出来而造成的水资源损失以及电的损失。

3 设计分析

3.1 设计原理

利用水的导电性来得到水位的电信号, 于是我们便开始着手设计怎么才能利用水的到电性来测量水塔水位。

“水塔水位自自动控制开关系统”的控制对象为水泵, 容器为水塔或储液罐。水位高度正常情况下控制在C、D之间, 如图 (a) 。当水位在低于C点而高于B点时, 蜂鸣器报警, 表示水位低于正常水位, 这是可以采用手动启动水泵抽水泵如图1 (b) 。当水位高于D点时, 水泵停止进水, 如图1 (c) 。当水位低于B点时指示灯亮, 采取手动启动水泵, 如图1 (d) 。当水位超过D点并到达E点时上限报警, 采取强制停止水泵, 表示水塔水位自自动控制开关没有起作用, 如图1 (e) 。

3.2 原理图

由电源电路给各个电路提供直流电源, 通过检测电路对水塔水位及范围的测量, 产生不同的电位, 通过逻辑电路之后, 可以输出预期要得到的高低电平, 从而达到控制水泵和显示水位的作用。

3.3 电路图

电路原理:A触点接地, B触点用来检测B点水位, D触点用来检测D点水位, D触点用来检测D点水位, E触点用来检测E点水位。为保持输出的高低电平大小一致, 我们用与非门后接一个非门代替与门, 效果一致, 但是能保证电路的稳定性。当水位在B点以下时, B点为高电平, 下限水位指示灯亮;当水位处于B和C点之间时, B输出为低电平, 经过非门后变成高电平, 从而使与非门输出为低电平, 这个低电平经过非门之后变成高电平, 蜂鸣器导通, C点水位指示灯亮;同理, 随着水位的上升, 我们可以依次得到其他水位的时指示灯以及继电器的变化情况。由此, 我们可以实现水位在不同位置时, 对应着不同的指示灯亮, 从而提醒人们水塔里水位在哪个位置;此外, 当水位达到D点时继电器接通, 能控制水泵的通断, 从而达到自动控制水泵抽水的作用。

3.4 方案实现

控制系统主要分为模拟检测和逻辑判断两大块。模拟检测实际上测量的是B、C、D、E四个探头相对于A点 (即地) 电位的高低, 在水塔中清水里的四个探头B、C、D、E各点和探头A点之间实际上相当于一个可变电阻。当电阻值发生变化时, 各点的电位值不同, 通过逻辑判断, 就得到不同的输出, 即操作控制不同的动作。

如图所示:水位正常情况下应处于C、D之间, 此时, BCDE四个探头的逻辑电平为0011, 即保持状态, 此时正常工作指示灯亮;当水位低于C点, 处于B、C之间时, BCDE四个探头的逻辑电平为0111, 即水位处于低水位状态, 低水位指示灯亮, 蜂鸣器报警;当水位高于D点, 处于D、E之间时, BCDE四个探头的逻辑电平为0001, 此时指示灯亮, 继电器工作, 抽水泵电路断开, 即停进状态;当水位低于B点时BCDE四个探头的逻辑电平为1111, 下限指示灯亮;若水位高于E点, 四个探头的逻辑电平为0000时, 此时, 水塔水位的报警电路开始工作, 上限报警。这时, 需要工作人员进行手动关闭报警设备才可以解除警报。

实际运行中, 当某个探头出现故障时, 系统可以及时检测到, 不会造成误动作的产生。一旦系统发生报警, 就可以及时去处理问题。问题处理完毕之后, 工作人员可以手动关闭报警装置。因此, 优化的方案增强了系统的可靠性、稳定性和实用性。

4 可行性分析

此方案采用纯硬件电路设计, 避免了软件程序设计中的不稳定因素, 提高了实际运用中的可靠性。同时, 对于不同类型的液体, 此系统均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时, 只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便地实现此液体的水位控制操作。试验证明, 此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制, 而且, 此系统更具有生活生产的实际性。

5 使用价值

首先, 我们研制的水塔水位控制开关可以渗透到其他工业生产或农业生产的使用, 只要生产过程中只要对水位没有精确测量的要求, 都可以使用我们这个控制开关, 只是在具体的使用过程中根据使用的要求不同要对电路进行稍加修改即可, 但是设计主体思路还是一样的。

其次, 这个水位自动控制开关在方便人们生活的同时, 还能极大的节约水资源、节约用电。我们可以来这样大概的计算一下, 一年下来我们可以节约多少水资源以及用电量。

假设:1) 中国 (2010年第六次全国人口普查主要数据公报 (第1号) 中华人民共和国国家统计局:大陆31个省、自治区、直辖市和现役军人的人口中, 居住在城镇的人口为665575306人, 占49.68%;居住在乡村的人口为674149546人, 占50.32%) 农村的674149546人中有十分之一的人家中使用抽水泵抽水, 一个家庭有4人, 那么有一千五百万左右个家庭使用抽水泵抽水到水塔里面。

2) 每个家庭每一周抽两次水, 一年抽100次左右, 其中有5次忘记关水泵, 每次因忘记关水泵而溢出来的水为100kg;

3) 假设抽水高度为10m;

4) 每发一度电的煤耗率为330g/ (KWh) ;

那么我们可以这样计算:

每年浪费的水资源总量:

15000000*100*5=0.075亿吨水;

抽水多余的水浪费能量:

W=mgh=0.075*10*10=7.5亿KJ

折算成电量:312.5万KWh

这些电相当于3台1000MW+1台100MW的机组的1小时满负荷的发电量;相当于浪费了煤1030吨。

由以上的计算我们可以知道, 如果在抽水时我们使用的是抽水泵自动控制开关, 不但能方便人们的生活还能节约资源。

6 结束语

本文介绍的家用抽水泵自动控制开关不但可以方便人们的生活, 还能节约资源。不仅如此, 本开关还有很大的推广意义:1) 用于家用抽水泵自动控制, 价格便宜, 具有市场前景;2) 此开关能应用到其他工农业生产当中的水泵水位控制。3) 通过改变电位器电阻的大小可以使该自动控制开关系统应用于其他液体的液位测量。

参考文献

[1]秦曾煌主编.电工学电子技术.高等教育出版社

智慧矿山水泵无人监控系统篇2

1．设计背景

水泵房承担着矿井的主要排水任务，对煤矿的安全生产起着举足轻重的作用。对泵房各排水泵实行全方位智能自动监控，及时掌握其泵房容水情况，以便及时完成排水任务，并掌握水泵的实时工作状态，记录水泵运行参数，保证水泵工作在完好的状态具有非常的现实实际意义，其工作的可靠性和稳定性也决定了煤矿安全生产的重要因素。

随着矿井近年来现代化管理水平的迅速提高，信息化建设的步伐也在不断加快。同时为保障煤炭的安全生产、提高全矿的生产效益，必须保证排水系统可靠、稳定、合理地运行，及时发现水泵运行系统中存在的隐患；对水泵实行数字化监控，同时实时监控泵房各水仓的水位和出水管道流量，为矿各级领导和职能管理部门及时、准确地掌握水泵实时运行状态，对井下泵房水泵建立一套水泵远程智能监控系统具有十分的必要性和重要性。

根据泵房设备现状

水泵房共有多台主排水泵。现所有水泵都没有实现地面集中自动控制排水。出水阀门：在用水泵阀门为手动闸阀。泵抽真空方式：手动控制真空泵。

排水管道：排水管道为两条管道并列运行。水仓：一般泵房两个水仓，并与吸水井相连。

2．设计目的

通过实施系统自动监控，检测水仓水位和其它参数，控制水泵轮流工作与适时启动备用泵，合理调度多台水泵运行，从而提高水泵的工作效率和安全性。系统通过触摸屏和井上工业控制计算机以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映设备工作状态以及水仓水位、电机温度、轴承温度、出水管道压力、排水管流量等参数，并能够监测记录并保存排水系统的重要参数。

通过通讯设备与地面调度室主机实现数据交换，实现远程智能监控并双机热备，作为矿井综合信息化建设的一部分，通过矿局域网WEB发布，实现网上控制。

3．设计依据和原则

设计方案根据联创公司安全生产泵房自动化监控实际要求而做出。系统设备符合联创公司生产环境条件，符合《煤矿安全规程》相关要求。

对井下泵房各台排水泵、水射流系统、抽真空系统、管道电动阀门和水泵轴震动等装置实施PLC智能自动连锁控制及运行参数自动检测，动态就地显示，并将数据信息传送到地面生产调度中心和生产设备控制中心，进行实时监测监控及报警显示、故障历史查询、模拟量曲线显示和报表打印。系统通过检测水仓水位、电机电流、电机电压、闸阀开启度、流量、真空度等参数，控制水泵轮换工作，合理调度水泵系统运行。系统通过液晶触摸屏以图形、图像、数据、文字等方式，直观、形象、实时地反映系统工作状态以及水仓水位、电机工作电流、电机温度、水泵温度、排水管流量、水泵真空度等参数，并通过通讯接口与地面网关实现数据交换，系统的硬件设计充分考虑到将来扩充的需要，控制器的选用留有足够的裕量，系统的网络接口配置完善，为将来集成或接人矿井信息化系统预留接口。该系统具有运行可靠、操作方便、自动化程度高等特点。

4．系统组成及工作原理

4.1 系统组成

本控制系统以PLC作为控制核心，触摸屏和上位机为显示和主要操作设备，通过PLC检测水泵设备和传感器的信号，控制水泵、真空泵等设备和电动阀门、电磁阀等执行器。

控制系统由地面控制台、泵房控制主站和传感器、执行机构等组成，控制器选用西门子 S7 300系列 PLC，实现就地控制、地面远程和检修三种控制模式，远程控制可以分为联锁控制和集中控制等多种控制模式，可以供操作者根据现场实际情况灵活选用，确保在系统正常运行时操作灵活、易于维护，在系统出现故障或通讯中断时本地可以就地控制确保水泵设备的正常运行，不破坏改造前的操作功能，提高系统的稳定性。

泵房控制主站实现对泵房多台水泵的自动控制和实时监测，并将数据通过工业以太网或直连光缆传输至地面控制台。

图1系统结构图

（1）上位机：采用国际先进的工业级控制计算机，内置高性能组态软件，实现井上对水泵的远控，及相关数据的处理、显示等功能。

（2）PLC控制柜：有矿用一般型柜体和防暴型两种，主要由PLC、触摸屏、中间继电器、断路器、数据光端机、本安电源、线性电源、按钮和指示灯等元器件组成，具备信号采集、变换、处理、输出、显示、保护故障报警和通讯等多种功能。

（3）传感器：主要包括超声波液位计、超声波流量计、带隔离装置的负压变送器、带隔离装置的压力变送器、电机绕及轴承温度传感器、阀门位置行程开关和过转矩行程开关等。

（4）执行器：是指电动闸阀、电动球阀等设备的执行机构。

图2矿用一般性泵房水泵自动监控系组成图

图3隔爆型泵房水泵自动监控系组成图

5．系统功能

系统可实现以下主要功能：

● 动态自动设定真空度，自动实现控制排水泵启停。● 控制个泵轮流工作，使每台磨损程度均等。

● 根据水仓水位、供电峰谷段时间划分情况，合理调度水泵运行，以节省运行费用。

● 检测水泵及其电机的工作参数。如：水泵流量、出口压力、泵体轴温、电机定子温度及轴温、电机电流和功率等。

● 根据水泵及电机的运行参数，测算水泵的运行效率。为水泵的维护保养提供科学依据。

● 具有故障报警、自动保护等功能。

● 具有网络通讯接口，可实现地面远程联网监视和控制。可与矿现有电力监测系统KJ95N矿井监控系统联网，预流足够的升级接口。● 能够实现温度巡检功能地面远程控制

在地面设置远程控制端———地面监控计算机站，控制软件采用国际领先的工控组态软件编制，可实时监视水泵系统的运行参数，并可远程控制水泵系统得启停。本终端还能和供电控制中心操作终端互为备用。地面远程控制终端主要具有以下功能：

● 实时与井下泵房PLC进行数据通信，采集现场的各种检测参数；、● 实时记录、显示井下泵房现场进行数据、水泵工作状态； ● 自动控制水泵启动前真空泵抽真空，动态设定真空度。

● 在远程控制允许的方式下，实现对各水泵的启停运行控制； ● 实时动态模拟显示排水系统的模拟画面。

● 具有操作人员的登录管理与权限管理功能，有效防止非法操作、误操作。

● 对水泵的启停控制实时记录，便于对设备的操作查询管理。

● 可以查询设备实时运行数据及历史运行数据。运行时间和故障的记录和查询。

● 具有实时动作状态变化报警提示。● 实时显示各个水泵的控制模式。

● 具有主要运行参数的趋势曲线显示功能。● 打印运行数据功能。

地面远程控制终端主要设备组成有监控计算机、打印机、后备电源UPS、光纤收发器。地面监控计算机采用知名品牌的监控计算机，所选监控计算机可以连续24小时工作、稳定性好，防尘性能好。5.1数据采集与检测

系统采集与检测的数据：模拟量为电机电流、电机温度、水泵轴温、闸阀开度、出水口压力、水仓水位、主排水管流量、真空度；数字量有：电动闸阀的开关限位、电机运行状态、电机故障点、电动阀的工作状态与开关限位、射流及真空泵工作状态。

数据采集主要由PLC实现，PLC通过超声波水位计连续检测吸水井水位，将水位变化信号进行转换处理，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入或退出水泵。电机电流、水泵轴温、电机温度、排水管流量等传感器，主要用于监测水泵、电机的运行状况，温度超限报警。PLC采集各种系统中各个设备状态的开关量信号进行处理，控制每个水泵系统的启停。5.2水泵自动轮换

为了防止备用泵、电气设备和备用管路长期不用而导致设备受潮或出现其他故障未经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井排水安全，本系统程序设计水泵能自动轮换工作，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使用次数及流量等参数自动记录累计，系统根据这些运行参数按一定规律自动启停水泵，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当水泵在启动或运行过程中出现故障时，系统自动停止故障水泵、投入新的水泵排水，实现水泵自动轮换工作，同时系统自动发出声光报警，并在操作屏和地面操作站上动态闪烁显示，记录事故，达到有故障早发现、早处理。5.3自动控制

系统控制设计选用了西门子S7300 PLC为控制主机，该PLC为模块化结构，由CPU314C-2PTP、数字量I/O、模拟量输入、通讯口等模块构成。PLC自动化控制系统根据水仓水位的高低或者根据井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制水泵运行。

为了保证井下安全生产，系统可靠运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置在不同水仓的两套超声波水位传感器，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，本系统应同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和一天中电价最低时开启水泵，用电高峰和电价高时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。5.4动态显示

就地动态模拟显示选用西门子公司操作屏，地面操作站系统动态模拟显示采用组态王软件开发，系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动闸阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能进行事故报警，直观地显示电磁阀和电动闸阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和出水口压力值。

用实时趋势图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警，用事先录制的语音提示形式提醒操作人员注意。

采用图形、趋势图和数字形式直观地显示排水管路的瞬时流量及累计流量、水泵轴温、电机温度等动态值，超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并通过每台水泵的流量计算出水泵的有效功率，以提醒巡检人员及时检修或更换水泵。5.5通讯接口

PLC通过485通讯协议与操作屏进行通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至操作屏，完成各数据的就地动态显示；通过工业以太网通讯模块，由井下光纤，将水泵机组的运行状态、参数传至地面生产指挥调度中心或机电控制中心，在地面生成图形、趋势图和数字形式等直观的界面信息，开放通讯协议，在地面监控中心有上位机，上位机通过OPC接入全矿井安全生产自动化控制网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的四遥，并为矿领导提供生产决策信息。操作屏与监测监控站均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点。5.6系统必备功能及特点

1．PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序具有结构清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。

2．PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。

3．系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作。4．系统具有通讯接口功能，PLC可同时与操作屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现水泵自动监控功能。

5．系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动真空泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便有报警输出。

6．在操作屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温度、电流、电压等参数，超限报警，故障点自动闪烁。具有故障记录，支持历史数据查询等功能。

7．系统保护功能有以下几种：

超温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度超出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现超限报警。

流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值实现报警，具有通过流量保护装置使本台水泵停止运行，自动转换为启动另一台水泵的功能。

电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障时实现报警，具有参与控制功能。电动闸阀故障：由闸阀的限位、开度指示检测故障，并参与水泵的联锁控制。

8、其它特点

井下泵房水泵监控系统可以工作的工作方式有：就地手动工作方式、集中控制工作方式、远程控制工作方式、检修运行方式。

就地手动工作方式：各水泵的启停控制均有就地开关柜人工操作按钮进行，在PLC控制柜上不能开启水泵，只保留在触摸屏控制水泵外围设备（如电动闸阀、电磁阀、真空泵等）开启、关闭（停止）的按钮。

集中控制工作方式：根据水位等参数，人工选择需要开启的水泵和数量，按操作面板上的相应按钮，即可实现单台或多台泵的开启、停止等操作，实现水泵的一键开启或停止。

远程控制工作方式：在地面计算机监控画面上，在有一定的授权权限条件下，根据水仓水位情况，通过计算机鼠标来控制相应水泵的启停。

检修运行方式：当该系统出现故障时，在不影响泵房设备的正常运行，避免影响生产的情况下将PLC控制柜的所有控制输出屏蔽，只保留显示功能，各水泵及其外围设备的操作均能在脱离PLC控制柜的前提下进行。

系统在正常运行过程中，不管工作在何种工作方式，均可实时将泵房现场的各种运行参数、设备状态通过通讯网络传到地面监控计算机。

6．设备选型

6.1 井上设备

（1）监控主机

井上主控室配置一台监控主机，用于监视井下北井120泵房内所有设备的运行状况和参数，该主机选用世界知名品牌的研祥610H系列工控机，该工控机的性能参数满足下列要求：

1.机型：工业控制计算机，北井120处理器采用适应开放系统的RISC技术。

2.字长：CPU的字长至少为32位。

3.主振频率至少为P4 3.0GHz，硬件中断能力不小于16级。4.主存贮器容量不小于2GB，可扩展。

网络支持：快速以太网IEEE802.3u，TCP/IP或类似的最新的网络支持。网络接口及同步时钟接口。

（2）显示器

井上主控室配备两台三星 943N型显示器，用于和工控机、硬盘录像机配套显示井下设备的运行状况和参数。

（3）工业数据光端机 KOM300工业级以太网光纤收发器是专门为工业领域开发的工业级以太网光纤收发器，可以在严酷的工业电磁环境下工作，适合于中国不同地域温度环境中使用，为工业控制系统联网提供了可靠基础。6.2 井下设备

（1）可编程控制器（PLC）

① CPU模块：选用CPU314 CPU 314是一种紧凑型 CPU，用于对过程处理能力和响应时间要求很高的应用。通过其扩展的工作存储器，该紧凑型CPU也适用于中等规模的应用。内置数字量和模拟量I/O可以直接连接到过程信号，第2个串口可以连接到其它外设，诸如打印机、条码扫描器等。② DI模块：选用SM321。

数字量输入模块把从过程发送来的外部数字信号电平转换成PLC内部信号电平。

③ DO模块： SM322。

数字量输出模块把 PLC 的内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平。在与低漏电流的电路（例如，IEC I 型输入电路）一道使用时，网络可以断开，不会发出假的 ON 状态信号。④ AI模块： SM331

8通道模拟量输入模块，用来实现PLC与模拟量过程信号的连接。用于连接电压和电流传感器、热电耦、电阻和热电阻。

主要技术检测：输入电数8点，负载电压24VDC，9/12/14位分辨率，通道之间电气隔离，可组态输入，输入信号形式可以是多种等，支持诊断信息读取。

⑤ 以太网模块：CP 343 用于将S7-300通过TCP/IP和UDP连接到工业以太网。可调节的KeepAlive功能。

（2）矿用一般型PLC控制柜

额定电压：660V 防爆标志：KY（3）超声波液位计（西门子）

检测距离：20～6000mm 输出方式：4～20mA（4）防爆电动阀

防爆标志：EXdI出线接口：内螺纹 M20x1.5或1/2 ；特点：带有防爆接线盒，防爆外壳热锻成型更加安全可靠。

（5）压力变送器

型

号：隔爆供电电压：DC24V 测量范围：0～5Mpa（根据井深定）特

点：考虑到矿井内水质比较差，购买的成品传感器比较容易损坏的原因，我公司特研制一种抗冲击和腐蚀非常好的压力感应隔离装置，在多个项目应用后，传感器使用寿命长、可靠性高效果特别好。

(6)FYGZ-0.1负压隔离装置

负压隔离装置是一套可将负压传感器（变送器）与被测液体隔离的特殊装置，和传感器配套使用，具有耐高压冲击、耐腐蚀、耐磨损、易清理、传输信号不衰减等特点。特别是当被测液体混浊、含沙粒、煤泥等污物，腐蚀性高、易堵塞、腐蚀传感器（变送器）探头时，效果特别明显。解决了水泵控制用传感器易堵易损坏造成水泵控制系统不正常工作的问题，保证了煤矿井下水泵自动控制系统的正常运行，是煤矿井下水泵自动控制必备配套设备之一。技术参数：

 耐压等级：10MPa 使用压力：0~-0.1MPa 使用温度：-20~150℃

(7)YLGL10压力隔离装置

压力隔离装置是一套可将正压传感器（变送器）与被测液体隔离的特殊装置，具有耐高压冲击、耐腐蚀、耐磨损、易清理、传输信号不衰减等特点。特别是当被测液体混浊、含沙粒、煤泥等污物，腐蚀性高、易堵塞、腐蚀传感器（变送器）探头时，效果特别明显。解决了水泵控制用传感器易堵易损坏造成水泵控制系统不正常工作的问题，保证了煤矿井下水泵自动控制系统的正常运行，是煤矿井下水泵自动控制必备配套设备之一。

隔离装置由图中2、3、4、5、6等部分组成。

 技术参数：耐压等级：16MPa 使用压力：0~10MPa  使用温度：-20~150℃（8）流量计

流量计选择防爆兼本安型矿用流量传感器，该系列流量仪表是以“速度差法”为原理，测量圆管内液体流量的仪表。

多种传感器测流方式。插入式传感器、外夹式传感器、管段式传感器：测量精度高达0.5级，特别是对于小口径测量性能价格比最优越。

（9）电动闸阀

由阀体、矿用隔爆电动装置组成。(10)抽真空自动供水装置

由我公司研制的GFQF—5高压浮球阀采用进口特殊材料做阀芯，具有耐腐蚀关闭密封性好，压力高、寿命长等特点，与水箱组成一体形成抽真空自动供水装置，是适用于煤矿井下静压供水的泵房真空泵自动供水和需要自动储水、自动补水场合的专用阀组。高压耐腐蚀。是煤矿井下水泵自动控制系统必备的主要配套设备之一。

7．泵房相关改造

7.1动态抽真空系统

由电动球阀、真空度传感器等设备，和PLC构成动态抽真空系统，动态智能设定真空度，实现抽真空系统的可靠性和稳定性。

我公司根据多个泵房自动控制项目总结的经验，开煤矿泵房自动化控制之先河，在煤矿泵房自动化控制领域首次提出了抽真空模块化的理念，即将每台泵的射流和真空泵抽真空所需的管路、管件、电动阀门、射流器等设备集成在一个“抽真空控制装置”内，该装置具有可靠性集成度高、占用空间小、易于安装、维护、操作使用方便等特点，彻底解决了因抽真空管路复杂、故障点多、维修困难等问题。该方式已经中央泵房远程监控系统验证，运行正常、可靠，运行和维护人员反映良好。

7.2 高压开关柜改造

于原高压开关柜若不具备微机保护装置，不能接入远程监控系统，也对井下用电存在安全隐患，因此需将原高压开关柜进行改造，增加具有通讯远传功能的微机保护装置，实现井下泵房和变电所的“四摇”功能。

8．软件说明

加研制潜水伐木机器人等篇3

在加拿大不列颠哥伦比亚省的洛伊湖，随着一个配备多种专用工具的水下机器人在水下作业，一根根树木浮上了水面。

这个水下伐木机器人是由加拿大多伦多大学的科学家发明的。新型机器人潜入水后，首先借助一个小型摄像头确定目标，然后漫游过去，伸出机械臂抱住树木，并在其根部系上一个压缩的气囊，气囊随即膨胀。在这些准备工作结束后，机器人利用1.5米长的链锯将树木伐断，之后，树木将依靠自身和气囊的浮力漂上水面，由工人收集运送上岸。

科学家介绍，洛伊湖一带的山谷在几十年前修筑水力发电大坝时被淹没，大片的林木留在水下。全球大约有两亿棵树在水下，因水隔离了氧气，所以水下树木还没腐烂，依旧可以利用。但人工操作费时费力，还可能发生意外，利用新型水下伐木机器人则有望实现水下树木的高效砍伐。

(徐双华)

瑞典研制安全分离船

瑞典正在研制一种新式轮船，它有一个船舱可被拆解为独特的救生艇，如果海难发生，乘客们不用下船就能被安全转移。

据介绍，设计中的“安全船舱”可容纳1000人，位于甲板最上层，除独立的通风和电力供应系统外，船舱还有通信和防火设施。专家介绍，如果大船遇到触礁沉没的危险，或甲板上发生火灾，乘客们可以集中到“安全船舱”里。如果各种拯救措施无效，大船不幸沉没，安全船舱可以提前脱离，成为一种独立的大救生艇。

(国信)

德研制首台通过互联网遥控的深水机器人

德国不来梅国际大学研制出首台通过互联网控制的深水机器人。这个取名为“深水爬行者”的新式机器人可在水下6000米进行探测，并将测量数据和录相资料通过光纤电缆传给互联网。

这种深水观测系统由一个陆上工作站和若干台深水机器人组成，每台机器人都携带可旋转、变焦摄像机，可以在30米至50米的范围，对目标进行多角度观测。今年秋季，科学家将在美国西北海岸一个无人深水观测站附近，将这种机器人投入使用。

(徐双华)

新型“水上出租”

最近，日本国土交通省中国运输局、广岛大学和造船公司联合研制出一艘新型“水上出租”试验船“红蜻蜓”号。该船全长9米，宽6米，船体两侧设置有4枚(每侧各2枚)长2米、宽3-4米的机翼，形似蜻蜓，定员7人，靠船外推进机航行。超过一定的速度浮力摆动机翼，缩小船底的接水面积，航速可达70公里/小时，在水深30厘米的浅滩也能航行。主要用于观光游览和填补早晚没有航班的时间段。

(方新洲)

防波堤沉箱作业自动化施工系统

4月12日，日本五洋建设公司斥资5000万日元，开发用于海上防波堤主体部分混凝土结构沉箱作业无人施工的自动化系统。并首次将在宫崎港防波堤建设工程中应用。该系统通过无线局域网，实现了远程一元化集中监视操作，大幅度提高了自动化机械作业程度，同时也提高了作业的安全性。无线局域网使用4条线路，来收发倾斜仪和水位计的中心数据、图像、卷扬机和注排水泵的控制信号，使原来需要10个人在沉箱作业现场操作注排水泵和卷扬机等作业，改有1人在遥控室同时控制数台卷扬机和注排水泵作业。遥控室则设在离作业现场500米的码头或平底船上。五洋建设公司计划将该系统应用到沉箱作业以外的大型海洋建筑物的自动化施工作业中。

(方新洲)

从海水提取锂的设备开始运转

由日本佐贺大学海洋能源研究中心研制的、从海水提取电池材料使用的锂的设备开始正式运转。经过30天的运转，已从14万升海水中成功地提取了约30克氯化锂。研究人员利用该设施从今年2月下旬起，使用伊万里湾的海水连续工作，成功提取了纯度约90％的高质量氯化锂。锂的陆地储量约为1400万吨，而海水中却溶有2300亿吨锂，只是浓度太低，不易提取。据日本北九州大学分离工学吉冢和治教授说，从海水中提取锂的实验很多，但都是在实验室进行的，而此套设备是世界上第一套实用型设备。下一步计划利用锂浓度高的核电站排水、工厂排水和温泉水，进一步提高提取锂的效率。 (方新洲)

用微生物检测海洋污染

最近，日本神户大学内海域环境教育研究中心教授永田进一开发出使用乌贼的发光微生物检测海洋污染状况的简易检测法。这种简易检测法就是使用附着在乌贼表面的发光微生物，在装有发光微生物的溶器内加人海水，根据微生物发出光的强弱，5-10分钟就可以检测出海洋是否污染。据说一旦海水中含有船底涂料的三丁锡，微生物发光量度就会减弱。下一步将研究开发以这种简易检测法为基础，在现场可检测海洋污染状况的小型装置。

(方新洲)

日开发船用彩屏雷达

日本JRC公司开发出大型商船装备的“JMA-9900”型船舶专用彩屏雷达。该雷达是“JMA-9800”型雷达的改进型，具有国际海事组织(IMO)的自动标绘雷达(ARPA)功能、AIS情报显示功能和雷达性能。其主要特点：(1)显示装置采用23.1英寸的大型高清晰液晶画面，取代以前的显像管，重量轻，寿命长；(2)通过采用高性能处理程序，实现了软件信号处理，在硬件上实现了经过高度信号处理，可自动找出目标，调整适应抗海面反射、抗雨雪反射的状态；(3)连接AIS显示设备，操船者很容易掌握他船的动向，准确地操船驾驶。

JRC公司今年计划生产1200台“JMA-9900”型船舶专用彩屏雷达，并向全球的商船公司推荐这种海上交通安全方便的产品。

(方新洲)

宇宙飞船型观光船“卑弥呼”号运行

近日，日本东京都观光轮船公司新建的宇宙飞船型观光船“卑弥呼”号，开始在东京的浅草一日出栈桥一台场海滨公园航线运行。该船是以日本著名漫画家松本零士的设计图建造的，全长33.3米，宽8米，总吨位125吨，载客定员231名，航速12节。船体采用银光色流线型，没有甲板，水上部分有7个特制的三维瞭望窗和8个半圆型玻璃窗，可环视360度，船体上部有类似飞机尾翼的折叠式桅杆，门是采用像宇宙飞船型那样的上开式。

(方新洲)

日本展出世界最小的高脚蟹

水泵安全运行控制器的研制篇4

水泵的应用非常广泛, 如化工、石油、农业、矿业、冶金、电力等领域。水泵在启动和运行过程中要求泵体内的水位高度要满足要求, 否则会影响泵的使用寿命, 当泵入口处的压力达到空气分离压或饱和蒸汽压时, 就会出现汽蚀现象, 产生噪音和振动, 严重时泵的流量、压头及效率会下降, 使泵不能正常工作, 因此设计一种安全运行控制器用来实时检测水泵运行状态, 当泵在工作过程中出现异常时, 立即启动安全设施, 使其恢复正常工作状态, 系统出现故障时, 发出报警信号, 停机进行设备维修, 从而实现对水泵保护, 避免事故的发生是十分必要的。

1 系统组成及工作原理

1.1 系统组成

水泵内水位的高度由液位传感器检测得出。泵入口处压力由压力传感器检测得出。水泵和自吸泵工作时的转动是由三相异步电动机驱动的, 自吸泵的作用是当水泵内的水位不够时及时为水泵供水, 使水位保持在指定的高度。在水泵和自吸泵的出口分别安装电磁阀, 控制水的流动。

为了使水泵能够安全运行, 控制系统采用AT89C2051单片机、液位检测电路、压力检测电路、水泵电机控制电路、水泵电磁阀控制电路、自吸泵电机控制电路、自吸泵电磁阀控制电路、水位报警电路、压力报警电路组成。系统组成框图如图1所示。

1.2 工作原理

AT89C2051单片机检测水泵内水位高度和泵入口压力信号, 根据系统的要求编写程序, 控制系统安全运行。

如果水位没达到要求高度, 则启动真空泵, 打开真空泵前电磁阀, 向水泵中供水, 同时启动定时器开始定时, 如果定时时间没到, 液位就达到要求高度, 则真空泵前电磁阀关闭, 真空泵停, 启动水泵, 自动流量控制阀打开, 开始工作;如果定时时间已到, 水位高度仍未达到要求高度, 则系统出现故障, 发出报警信号, 系统停止工作, 进行故障检修, 修好后手动使系统复位, 重新工作。如果水位达到要求高度, 则水泵转动, 自动流量控制阀打开, 系统开始工作, 工作过程中实时监测水泵入口压力, 如果压力小于产生气蚀时的压力, 或大于正常工作时的压力, 就启动定时器定时, 如果定时时间没到, 压力恢复到正常工作时的压力, 则认为没产生气蚀或系统能正常工作, 如果定时时间到, 压力仍小于产生气蚀时的压力, 或大于正常工作时的压力, 则认为产生气蚀或系统不能正常工作, 发出报警信号, 系统停止工作, 进行故障检修, 维修后手动使系统复位, 重新工作。

2 系统程序流程图

根据系统控制过程绘制程序流程图如图2所示。

3 硬件设计

水泵安全运行控制器的硬件电路图如图3所示。图中时钟信号由AT89C2051的4脚和5脚输入;复位信号由1脚输入;启动按钮由P3.4输入, 停止按钮由P3.5输入。

数字液位传感器的输出信号由P3.0输入。当P3.0=0时, 水位高度满足要求, 使P1.5=1, 自吸泵停止转动;P1.4=1, 自吸泵前电磁阀关闭;P1.7=0, 水泵转;P1.6=0, 水泵前电磁阀打开, 系统正常工作。数显真空压力表的输出信号由P3.1输入, 当P3.1=1, 泵入口压力正常;当P3.1=0, 泵入口出现汽蚀现象, 启动定时计数器1开始计时;

当P3.0=1时, 水位高度未满足要求, 使P1.5=0, 自吸泵转动;P1.4=0, 自吸泵前电磁阀打开, 向泵内供水, P1.7=1, 水泵停止转动;P1.6=1, 水泵前电磁阀关闭, 同时启动定时计数器0开始计时;当定时时间未到, P3.0=0, 使P1.5=1, 自吸泵停止转动;P1.4=1, 自吸泵前电磁阀关闭;P1.7=0, 水泵转;P1.6=0, 水泵前电磁阀打开, 系统恢复工作。当定时时间到, P3.0=1, 表示系统出现故障, P1.3=0, 水位报警。

由于电机的接触器和电磁阀动作所需要的功率比较大, 单片机输出的功率比较小, 无法驱动其动作, 因此在接触器和电磁阀前加上继电器ULN2003A。

将设计的硬件电路制作成PCB板, 如图4所示。当定时时间未到, P3.1=1, 泵入口压力恢复正常当定时时间到, P3.1=0, 表示系统出现故障P1.2=0, 压力报警。

4 结语

根据水泵安全运行的条件, 绘制了系统程序流程图, 并对各种控制元件进行了合理的选择, 绘制出系统硬件电路图并制作了PCB板。

该控制器具有体积小, 控制功能强, 价格低的特点, 能够实现水泵运行过程中对安全运行条件进行自动检测, 不需要改变现场的控制系统就能实现对水泵安全保护, 自动控制, 从而保证水泵的安全运行。

参考文献

[1]梅凤丽, 王艳秋.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2008.

[2]贾柏年.传感器技术 (第3版) [M].南京:东南大学出版社, 2007.

滑坡集成监测系统的研制篇5

测量机器人(即自动电子全站仪)固然可以对滑坡进行自动化(或半自动化)监测,但测量机器人设站处(监测基点)的稳定性对监测精度的影响非常大,并且当测量视线被遮挡后测量机器人将无法监测相应的监测点.为了解决上述问题,笔者及科研组将GPS技术与测量机器人技术有机结合,开发出了滑坡集成监测系统.该系统彻底解决了监测基站不稳定对监测结果的影响问题,使监测的`程序得以简化、监测的固定性投资成本得以降低.文章介绍了滑坡集成监测系统的结构、工作原理,给出了监测实例.以实际监测数据为依据,提出了滑坡预警的基本准则.

作者：姜晨光刘风军董向明彭建国 JIANG Chen-guang LIU Feng-jun DONG Xiang-ming PENG Jian-guo 作者单位：姜晨光,JIANG Chen-guang(江南大学,土木工程系,无锡,214122)

刘风军,LIU Feng-jun(莱阳市村镇建设办公室,莱阳,265200)

董向明,DONG Xiang-ming(莱阳市建筑工程交易中心,莱阳,265200)

彭建国,PENG Jian-guo(湖南省交通规划勘察设计院,长沙,410011)

基于PLC的水泵测试控制系统设计篇6

在水泵生产过程中,对水泵相关性能的测试是非常重要的一个技术环节,可以通过对所测试验参数的分析,评判所生产的水泵是否满足相关的技术要求,并可以判断内部是否存在设计缺陷。因此,如何提高水泵具体性能参数的测试精度,以及如何更有效地控制水泵的整个测试过程,引起了水泵生产企业的关注。目前,国内大多数水泵生产企业所采用的水泵测试系统仍然停留在早期的仪器与仪表测试阶段,存在测量精度差、人为因素干扰大及实时控制能力差等缺陷。相比之下,那些采用专用测量仪器与仪表的水泵微机测试系统的水泵生产企业,它们做水泵型式试验和出厂试验时,无论精度还是效率方面都有了较大的提高。但是这类测试系统仍有一些不足之处,例如在现场测试的抗干扰性和测试过程控制的实时性方面相对较为薄弱。为此,在原有设计系统的基础上,笔者提出了一套改进方案,将工业控制领域中运用相对普遍的PLC引进了水泵试验测试控制系统,既充分利用了PLC自身的优点(处理速度快、可靠性高和抗干扰能力强等),又利用了工控机良好的数据分析和处理能力。

对于水泵测试过程控制系统而言,其最大的特点就是动作复杂且频繁,又有较多的执行元件(如接触器)。在这种场合下使用继电器控制逻辑,需要大量的中间继电器,而这些中间继电器在用PLC控制的情况下,就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代。从物理介质来讲,前者是要用具体的电气元件来组合,而后者只是PLC的内部寄存器,在PLC编程容量许可的范围内,无需额外的费用来实现复杂的控制逻辑。在本文所设计的测试过程控制系统中,上位机选用工业PC机,下位机选用西门子S7-200可编程序控制器(PLC),并配备输入输出模块和通讯模块,组成集散式控制系统(DCS),又称分布式计算机控制系统[1]。下面通过具体的模块设计来阐述本系统的构建过程和设计思想。

1 水泵测试控制系统的总体设计方案

1.1 控制系统

根据用户需求自动调整水泵电机的运行状态,通过控制变频器控制电机的转速;调节电动阀门测试不同流量下水泵的性能参数,能够自动修正各类测试误差,根据测量统计修正模型,进行有效的补偿,确保测量精度的稳定性;能够自动切换各种测量仪表的量程,以保证整个测试过程的精度和读数的分辨力;能够对信号进行较复杂的计算和处理;能够自动处理水泵测试过程中出现的各种故障。

1.2 自动监测报警系统

自动监测报警系统的任务:首先,自动实时监测水泵电机及相关辅助设备的运行状态和运行参数,监测量可以是模拟量,也可以是开关量;其次,自动监测报警系统将监测量的监测结果实时与事先设定的限定值进行比较,当被测量超限时,将会发出相应的声光报警信号,用户可根据相关信号适时调整系统的运行状态。

1.3 安全系统

安全系统的任务主要是针对水泵在测试运行过程中发生的严重漏电现象,以及由于某些异常或是人为因素而引起的电机反转,致使水泵出现倒吸的严重故障,能适时地产生保护性动作,避免整个测试系统的崩溃。

水泵测试控制系统的结构如图1所示。它包含了自动控制系统应具备的各项功能,由总体控制逻辑把它们有机组织在一起,各项功能相互独立又相互联系,共同完成水泵测试的自动控制。

2 基于PLC的水泵测试控制系统硬件设计

2.1 测量控制单元设计

测量控制单元属于过程控制级,直接与水泵电机及各类测量传感器、变频器、各种空气开关和中间继电器相连,来完成整个测试过程的控制与监测。机组的测量控制单元包括模拟量输入/输出、开关量输入/输出、键盘输入和声光报警等。图2为测量控制单元原理框图。

2.2 西门子S7-200 PLC与水泵测试系统之间的信号

1)电机的信号为电压、电流、电阻、功率、频率、转速以及电机绕组温度。

2)电网的信号为电压、电网总有功功率、电网频率及各空气开关线圈的开关状态。

3)压力传感器信号为进口压力和出口压力。

4)PLC测控单元的控制信号为电机的启动、停机及电动调节阀的调整等。

PLC与水泵机组之间的信号如图3所示。

2.3 水泵测试控制系统主要电路的设计

水泵测试过程控制系统的主要电路包括主控电路、测量电路、电动阀控制电路和水泵电机控制电路。综合考虑系统的整体性能和可靠性,具体电路设计如图4所示。

2.3.1 主控电路设计

作为整个水泵测试过程控制系统的主控电路,其性能直接影响整个系统运行的稳定性。结合电路设计和布置的具体要求,总体主控电路的设计原理图如图4所示。

2.3.2 测量电路设计

测量电路是水泵测试系统关键部分,其功能是负责测量水泵与电机的各种信号,通过各种测量仪器和传感器采集水泵与电机运行的各种关键信号量(如电压、电流、功率、频率和进出口压力等)。因此,其性能的好坏直接影响信号测量的精度和可靠性。图5是该系统的测量电路原理图。

3 基于PLC的水泵测试控制系统软件设计

3.1 模块设备

在水泵测试控制系统的软件设计过程中,整个系统大致可以分为4个模块,即通讯模块、数据处理及过程控制模块、监控模块、数据采集模块。整个系统之间的关系如图6所示。

3.1.1 通讯模块

通讯模块的基本功能是要保证试验过程中试验数据传输的实时性和准确性,这样才能既发挥PLC控制精度高和抗干扰能力强的特点,又能充分利用工控机良好的数据分析和处理能力[2];系统采用了RS232通讯模块来保证数据传输通道的正常运行。

3.1.2 数据处理及过程控制模块

数据处理及过程控制模块是整个测控系统的核心。本系统通过对来自数据采集模块数据的计算、分析和处理,由D/A或者I/O模块向系统中的各个控制器件和电控开关发出控制信号,实时调整系统的状态和参数,使系统严格按照要求自动完成试验项目的操作。

3.1.3 数据价值模块

数据采集模块的主要功能是对测控系统中各个传感器的信号进行采集,为试验的分析和处理提供数据来源。本系统的数据采集分为两部分:模拟量信号采集和数字量信号采集。模拟量的采集使用12位的A/D卡,数字量的采集使用C/T卡。

3.1.4 监控模块

监控模块就是对系统各个部分的状态进行监控。当系统发生异常或出错时,及时报警并采取相应的应急措施。在水泵试验中,试验回路正确与否对试验能否正常和顺利地完成起着决定性的作用。因此,监控模块的主要功能就是对试验回路进行监控,方便用户在系统出现异常时及时做出反应。

3.2 PLC控制程序设计

针对水泵测试系统的控制特点,PLC控制程序主要由过程控制、继电器动作和数据上传3部分组成。过程控制部分主要将PC上位机上所设定的参数读入,检查设备是否处于初始状态,控制每个试验的逻辑过程,与上位机设定通信接口位;继电器动作部分主要将过程控制中的各个逻辑状态进行组合,根据其组合的结果控制继电器、电动调节阀及电机的开闭,从而完成整个系统所要实现的各种电气、电动功能;数据上传部分主要是将传感器测量的模拟量信号和数字信号处理后上传给上位机进行显示,根据控制要求画出程序流程图,并根据流程图进行梯形图编程。

3.3 上位机通信程序设计

在实际使用过程中,用PC机对测试过程中的情况,进行实时控制和数据的实时采集,通常要求PC机能与PLC进行实时通信,因此在水泵测试系统中创建一个RS232类,来完成上位机与下位机之间的通信,上位机通信流程图如7所示。

由于采集信号较多,本程序所用通讯口为COM1～COM3,波特率分别设为4800、2400、2400。

4 结束语

本系统采用以西门子S7-200 PLC为控制核心与工控机联合控制的模式,利用VB.NET程序设计语言编制了界面和通信程序,构建了水泵测试过程控制系统,该系统充分发挥了PLC和工控机自身的优势。系统测控软件的设计是基于模块化思想进行设计的,整个软件由通讯模块、数据采集模块、监控模块、数据处理及过程控制模块4个部分组成。模块的引入大大简化了程序,使程序具有良好的可读性及可扩展性,为以后系统功能的增加奠定了良好的基础。经过现场的调试表明,系统稳定可靠,满足生产实际需要,使用方便,有效地提高了水泵测试过程的可靠性和安全性。

摘要：研究了以PLC为控制核心的水泵测试控制系统。采用VB.NET程序设计语言,在Windows操作系统环境下实现上位计算机与下位PLC的串行通信,以实现上位机对下位机的信号采集和实时监控。该系统能够实现对水泵测试过程的实时控制和安全保护。现场测试结果表明,该系统性能稳定,能满足测试要求。

关键词：自动控制技术,水泵测试,设计,可编程序控制器,串行通信,实时控制

参考文献

[1]王数青,赵鹏程.集散型计算机控制系统(DCS)(1版)[M].杭州:浙江大学出版社,1994:18-25.

[2]汤跃,金立江.泵试验理论与方法[M].北京:兵器工业出版社,1995:96-207.

[3]SIEMENS公司.S7-200可编程控制器系统手册[M].[出版地不详]:SIEMENS公司.2004.

[4]关醒凡.现代泵技术手册[K].北京:宇航出版社,1995:120-175.

[5]中华人民共和国国家标准.回转动力泵水力性能验收试验1级和2级GB/T3216-2005[S].北京:中国标准出版社,2006.

[6]刘炳文.精通Visual Basic.NET[M].北京:机械工业出版社,2002.

[7]张万忠,刘明芹.电器与PLC控制技术[M].北京:化学工业出版社,2004.

[8]路林吉,王坚,江龙康.可编程控制器原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

[9]范逸之.Visual Basic与RS232串行通讯控制[M].北京:中国青年出版社,2000.