本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，特別涉及一種自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

自來水供水中，每天都有用水低峰期和用水高峰期。在加壓泵站中，都會有一臺泵采用變頻的恒壓泵用來恒定供水壓力的同時，再加多臺加壓泵做基本的水壓加壓來供水。加壓泵一般采用恒壓泵達到最大轉(zhuǎn)速時壓力仍然達不到供水要求時，按電氣回路原有預(yù)定泵編號順序加泵，以及恒壓泵達到最小轉(zhuǎn)速時壓力仍然大于供水要求時，按反相順序減泵。這種方式導(dǎo)致的結(jié)果是固定最先啟動的那臺加壓泵由于總是最先啟動，連續(xù)使用時間過長，啟動次數(shù)過多，造成壓力低的加壓泵壽命大幅減少。而按固定排序偏后的加壓泵有時甚至長時間不使用，潤滑油不能自行定期涂抹在機械設(shè)備上造成生銹，不到壽命期就報廢；或者排序偏后的加壓泵防水部件不能定期得到水潤滑造成老化，然后壽命也是未到就報廢了。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法，通過時間冒泡輪流啟動、停止方式對多臺加壓泵使用時間和啟動次數(shù)進行一定的均衡，從而保護加壓泵機械元件達到延長每臺加壓泵使用壽命的目。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是：一種時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置，包括PLC控制系統(tǒng)、操作面板、壓力變送器，控制裝置還包括多臺泵低壓電氣回路，恒壓泵串聯(lián)在上級自來水管網(wǎng)中，多臺加壓泵分別并聯(lián)在恒壓泵的兩端，每一臺加壓泵分別與一臺泵低壓電氣回路連接，PLC控制系統(tǒng)包CPU模塊及分別與CPU模塊連接一塊DC24V直流電源模塊、一塊以太網(wǎng)通訊模塊、一塊模擬量輸入模塊、多塊數(shù)字量輸入模塊、多塊數(shù)字量輸出模塊，壓力變送器安裝在在下級自來水管網(wǎng)中，壓力變送器的輸出端與模擬量輸入模塊連接，恒壓泵還與一塊數(shù)字量輸入模塊連接，每一臺泵低壓電氣回路還分別與數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊連接。

本發(fā)明采用的進一步年技術(shù)方案是：所述模擬量輸入模塊是8路12位4~20mA 2線制的模擬量輸入模塊。

本發(fā)明采用的進一步年技術(shù)方案是：所述數(shù)字量輸入模塊是32路數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊是32路數(shù)字量輸出模塊。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的另一技術(shù)方案是：一種時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制方法，該控制方法是利用上述權(quán)利要求1所述的控制裝置來對自來水多臺加壓泵使用時間和啟動次數(shù)進行均衡控制，包括：壓力控制值設(shè)置，出水管網(wǎng)壓力采集、泵低壓電氣回路狀態(tài)采集，時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制信息處理，時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制值輸出，顯示監(jiān)視，其步驟如下：

步驟1：壓力控制值設(shè)置：通過操作面板設(shè)置下級自來水管網(wǎng)壓力值，PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板通訊，讀取操作面板上的壓力設(shè)置值；

步驟2：出水管網(wǎng)壓力采集、泵低壓電氣回路狀態(tài)采集：從裝在下級自來水管網(wǎng)的壓力變送器采集出水管網(wǎng)水壓力，通過PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊將壓力值送給CPU模塊計算用；并從PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊讀取與各加壓泵連接的泵低壓電氣回路當(dāng)前工作狀態(tài)，記錄各加壓泵的總運行時間；

步驟3：時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制信息處理：通過讀入出水管網(wǎng)壓力值和記錄各加壓泵的總運行時間，判斷各設(shè)備的運行狀態(tài)和壓力控制值，經(jīng)過信息處理CPU模塊判斷出當(dāng)前需要是否需要加泵或者減泵，當(dāng)恒壓泵達到最大轉(zhuǎn)速時下級自來水管網(wǎng)壓力值仍然達不到供水要求時，即出水管網(wǎng)壓力值小于通過操作面板設(shè)置的下級自來水管網(wǎng)壓力值，需要加泵，按總運行時間計算，總運行時間最短的加壓泵的編號作為下一臺啟動加壓泵的編號，以及在恒壓泵達到最小轉(zhuǎn)速時下級自來水管網(wǎng)壓力值仍然大于供水要求時，即出水管網(wǎng)壓力值大于通過操作面板設(shè)置的下級自來水管網(wǎng)壓力值，需要減泵，按總運行時間計算，總運行時間最長的加壓泵的編號作為下一臺停止加壓泵的編號；

步驟4：時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制值輸出：當(dāng)需要啟動加壓泵或停止加壓泵時，將步驟3中得到的啟動加壓泵的編號的啟動信號或停止加壓泵的編號的停止信號通過PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊傳輸給對應(yīng)加壓泵的泵低壓電氣回路，泵低壓電氣回路根據(jù)控制信號啟動或停止相應(yīng)編號的加壓泵；

步驟5：顯示監(jiān)視：PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板通訊，在操作面板上顯示設(shè)備工作狀態(tài)、壓力設(shè)置值和實際壓力值。

本發(fā)明時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法具有如下有益效果：

1、延長加壓泵使用壽命：使用本發(fā)明之時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法，加壓泵能夠按編號順序輪流啟動、停止，以此來均衡各加壓泵使用時間和啟動次數(shù)，使其機械部分得到足夠的自然保養(yǎng)而延長使用壽命。

2、降低加壓泵能耗：使用本發(fā)明之時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法，加壓泵按編號順序輪流啟動、停止，避免某些加壓泵長時間工作或長時間不工作，加壓泵機械部分磨損降低，摩擦部件潤滑度提升，減少了機械磨損造成的能耗消耗。

3、自動化程度和可靠性高、操作簡單：使用本發(fā)明之時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法時，只需按下參數(shù)設(shè)置按鈕，即進入壓力控制值設(shè)置狀態(tài)，此時，操作者只需操作操作面板（可為觸摸屏或PC電腦的顯示屏），即可對壓力控制設(shè)置狀態(tài)參數(shù)進行設(shè)置，時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制過程是全自動的，可靠性高，不需要使用其他設(shè)備，操作起來非常方便。

4、人機界面友好：使用本發(fā)明之時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法過程中，可通過操作面板（可為觸摸屏或PC電腦的顯示屏）上實時顯示壓力的動態(tài)值和設(shè)置控制值，再通過觸摸屏或PC電腦設(shè)置壓力參數(shù)過程中，也可通過觸摸屏或PC電腦顯示設(shè)置的參數(shù)值，操作過程一目了然，人機界面友好。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置及其控制方法作進一步的說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2是本發(fā)明時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制方法的控制流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置，包括PLC控制系統(tǒng)、操作面板、壓力變送器，控制裝置還包括多臺泵低壓電氣回路，恒壓泵串聯(lián)在上級自來水管網(wǎng)中，多臺加壓泵分別并聯(lián)在恒壓泵的兩端，每一臺加壓泵分別與一臺泵低壓電氣回路連接，一臺泵低壓電氣回路驅(qū)動一臺加壓泵匹配，加壓泵的數(shù)量與泵低壓電氣回路的數(shù)量相等。PLC控制系統(tǒng)包CPU模塊及分別與CPU模塊連接一塊DC24V直流電源模塊、一塊以太網(wǎng)通訊模塊、一塊模擬量輸入模塊、多塊數(shù)字量輸入模塊、多塊數(shù)字量輸出模塊，壓力變送器安裝在在下級自來水管網(wǎng)中，壓力變送器的輸出端與模擬量輸入模塊連接，恒壓泵還與一塊數(shù)字量輸入模塊連接，每一臺泵低壓電氣回路分別與數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊連接。為了簡單示意出控制裝置，圖中僅僅示意出一臺加壓泵、一臺泵低壓電氣回路、一塊數(shù)字量輸入模塊和一塊數(shù)字量輸出模塊，實際的控制裝置是有多臺并列設(shè)置的加壓泵，和多臺泵低壓電氣回路，多塊數(shù)字量輸入模塊和多塊數(shù)字量輸出模塊。其中泵低壓電氣回路由動力回路和控制回路組成；動力回路包含斷路器、接觸器、熱繼電器等元件；控制回路包含按鈕、選擇開關(guān)、指示燈、中間繼電器等元件；動力回路受控制回路控制，對泵動力電源進行通斷控制。

在本實施例中，所述模擬量輸入模塊是8路12位4~20mA 2線制的模擬量輸入模塊。所述數(shù)字量輸入模塊是32路數(shù)字量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊是32路數(shù)字量輸出模塊。PLC控制系統(tǒng)的1塊DC24V直流電源模塊、1塊CPU模塊、1塊以太網(wǎng)通訊模塊、1塊8路12位4~20mA 2線制 模擬量輸入模塊、多塊32路數(shù)字量輸入模塊、多塊32路數(shù)字量輸出模塊，通過PLC背板直接相連。PLC是西門子品牌的S7-300系列PLC：電源選用型號為PS307；CPU選用型號為CPU315-2DP；以太網(wǎng)模塊選用型號為CP343-1 Lean；模擬量輸入模塊選用型號為SM331；數(shù)字量輸入模塊選用型號為SM321；數(shù)字量輸出模塊選用型號為SM321；然后全部插到PLC背板，PLC背板選用型號為DIN導(dǎo)軌；并將PLC安裝固定，配上各種安裝和連接附件；然后給電源模塊供AC220V的交流電做電源。操作面板是觸摸屏或PC電腦的顯示屏。

壓力變送器裝在出水管網(wǎng)上，然后通過2芯電纜與PLC控制系統(tǒng)的8路12位4~20mA 2線制模擬量輸入模塊的1路模擬量輸入通道端子連接；恒壓泵通過多芯電纜與PLC控制系統(tǒng)的32路數(shù)字量輸入模塊的2路數(shù)字量輸入通道端子連接。壓力變送器用來采集出水管網(wǎng)壓力，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過壓力變送器內(nèi)部芯片轉(zhuǎn)換成標(biāo)準4~20mA模擬量傳輸信號，通過2芯電纜傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)的8路12位4~20mA 2線制 模擬量輸入模塊供PLC控制系統(tǒng)讀取。恒壓泵根據(jù)自身轉(zhuǎn)速發(fā)出達到最大、最小轉(zhuǎn)速信號，通過多芯電纜傳輸PLC控制系統(tǒng)的32路數(shù)字量輸入模塊供PLC控制系統(tǒng)讀取。

泵低壓電氣回路數(shù)量采用一個泵低壓電氣回路驅(qū)動一臺加壓泵模式為匹配；泵低壓電氣回路驅(qū)動通過多芯電纜與PLC控制系的32路數(shù)字量輸入模塊連接，通過數(shù)字量信號傳輸變頻啟、停和故障信號，并通過多芯電纜和32路數(shù)字量輸出模塊連接，接受PLC控制系發(fā)出的啟停信號；以此為依據(jù)驅(qū)動加壓泵按要求啟停。每個泵低壓電氣回路通過多芯電纜與PLC控制系統(tǒng)的32路數(shù)字量輸入模塊的3路數(shù)字量輸入通道和32路數(shù)字量輸出模塊的1路是數(shù)字量輸出通道對應(yīng)通道端子連接。具體為每個泵低壓電氣回路通過多芯電纜將遠程信號、運行信號、故障信號的端子接到32路數(shù)字量輸入模塊的端子上；泵低壓電氣回路的啟動命令端子與PLC控制系統(tǒng)的32路數(shù)字量輸出模塊相連。

CPU模塊通過PLC背板與8路12位4~20mA 2線制 模擬量輸入模塊、32路數(shù)字量輸入模塊采集出水管網(wǎng)壓力、各泵低壓電氣回路當(dāng)前工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和恒壓泵達到最大、最小轉(zhuǎn)速信號，作為加壓泵延壽控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之一。以太網(wǎng)通訊模塊從以太網(wǎng)與操作面板通訊，將出水管網(wǎng)壓力和泵低壓電氣回路狀態(tài)顯示到操作面板，并獲取操作面板上壓力的控制設(shè)置值和控制命令，通過PLC背板傳給CPU模塊，作為加壓泵延壽控制算法的控制參數(shù)選擇的依據(jù)之二。CPU模塊經(jīng)過獲取泵低壓電氣回路狀態(tài)，分別記錄上各泵的總運行時間，并根據(jù)操作面板上的壓力設(shè)定值進行泵啟停運算后，通過PLC背板通訊傳輸給多塊32路數(shù)字量輸出模塊。多塊32路數(shù)字量輸出模塊根據(jù)CPU模塊傳來的數(shù)據(jù)對外發(fā)出變頻啟停和變頻調(diào)速控制命令來實現(xiàn)對外控制。

作為本發(fā)明實施例的一種變換：所述泵低壓電氣回路的數(shù)量為N時，匹配關(guān)系為：數(shù)字量輸入模塊的數(shù)量為N * 3 / 32塊，數(shù)字量輸出模塊的數(shù)量為N * 1 / 32塊，同時可在前述匹配關(guān)系數(shù)量的數(shù)量上加上任意數(shù)量備用模塊。

作為本發(fā)明實施例的一種變換：所述PLC品牌可為任意品牌，即各模塊型號可謂不同品牌對應(yīng)功能的模塊的型號；所述壓力傳感器品牌可為任意品牌；所述操作面板品牌可為任意品牌，泵低壓電氣回路元件品牌可為任意品牌。

本發(fā)明時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制方法，請同時參考圖2所示，該控制方法是利用上述時間冒泡式自來水加壓泵延壽控制裝置來對自來水多臺加壓泵使用時間和啟動次數(shù)進行均衡控制，包括：壓力控制值設(shè)置，出水管網(wǎng)壓力采集、泵低壓電氣回路狀態(tài)采集，時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制信息處理，時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制值輸出，顯示監(jiān)視，其步驟如下：

步驟1：壓力控制值設(shè)置：通過操作面板設(shè)置下級自來水管網(wǎng)壓力值，PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板通訊，讀取操作面板上的壓力設(shè)置值。

步驟2：出水管網(wǎng)壓力采集、泵低壓電氣回路狀態(tài)采集：從裝在下級自來水管網(wǎng)的壓力變送器采集出水管網(wǎng)水壓力，通過PLC控制系統(tǒng)的模擬量輸入模塊將壓力值送給CPU模塊計算用；并從PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊讀取與各加壓泵連接的泵低壓電氣回路當(dāng)前工作狀態(tài)，記錄各加壓泵的總運行時間，供監(jiān)視使用。

步驟3：時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制信息處理：通過讀入出水管網(wǎng)壓力值和記錄各加壓泵的總運行時間，判斷各設(shè)備的運行狀態(tài)和壓力控制值，經(jīng)過信息處理CPU模塊判斷出當(dāng)前需要是否需要加泵或者減泵，當(dāng)恒壓泵達到最大轉(zhuǎn)速時下級自來水管網(wǎng)壓力值仍然達不到供水要求時，即出水管網(wǎng)壓力值小于通過操作面板設(shè)置的下級自來水管網(wǎng)壓力值，需要加泵，按總運行時間計算，總運行時間最短的加壓泵的編號作為下一臺啟動加壓泵的編號，使加壓泵能夠按總運行時間最短的泵先啟動；以及在恒壓泵達到最小轉(zhuǎn)速時下級自來水管網(wǎng)壓力值仍然大于供水要求時，即出水管網(wǎng)壓力值大于通過操作面板設(shè)置的下級自來水管網(wǎng)壓力值，需要減泵，按總運行時間計算，總運行時間最長的加壓泵的編號作為下一臺停止加壓泵的編號，使加壓泵能夠按總運行時間最長的泵先停止，以此來均衡各加壓泵使用時間和啟動次數(shù)，使其機械部分得到足夠的自然保養(yǎng)而延長壽命。上述設(shè)備運行狀態(tài)包括：泵低壓電氣回路遠程狀態(tài)、泵低壓電氣回路運行狀態(tài)、泵低壓電氣回路故障狀態(tài)及其他運行狀態(tài)。

步驟4：時間冒泡式輪流啟動、停止延壽控制值輸出：當(dāng)需要啟動加壓泵或停止加壓泵時，將步驟3中得到的啟動加壓泵的編號的啟動信號或停止加壓泵的編號的停止信號通過PLC控制系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊傳輸給對應(yīng)加壓泵的泵低壓電氣回路，泵低壓電氣回路根據(jù)控制信號啟動或停止相應(yīng)編號的加壓泵。

步驟5：顯示監(jiān)視：PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊模塊與操作面板通訊，在操作面板上顯示設(shè)備工作狀態(tài)、壓力設(shè)置值和實際壓力值。