基于PLC的离心泵自动化监控系统故障判定与响应策略.pdf
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1、SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.17 工 业 与 技 术科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION基于PLC的离心泵自动化监控系统故障判定与响应策略张强 1 陈肖 1 傅小明 1 张开勇 2(1.江苏财经职业技术学院 江苏淮安 223001;2.江苏岚江科技有限公司江苏南京 210000)摘要:以PLC为控制单元的离心泵自动控制系统被广泛应用于水利、化工等行业,因受到设备、环境因素影响,系统在按自动化程序执行离心泵组启停控制过程中常出现故障现象。该文总结分析了常见故障出现的位置与原因,根据其表现与特点确定监测量,并
2、进一步探索离心泵自动化监控系统故障判定与响应策略,同时设计了部分以西门子系列PLC为控制核心的策略程序,实践表明:该策略下的系统能够对故障快速响应、归类,能够有效保障泵组安全运行。关键词:离心泵 自动控制系统 故障判定 PLC 响应策略中图分类号:TP27文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)17-0083-04Fault Determination and Response Strategies of the Automatic Monitoring System of Centrifugal Pumps Based on PLC ZHANG Qiang1 CHEN Xia
3、o1 FU Xiaoming1 ZHANG Kaiyong2(1.Jiangsu Vocational College of Finance&Economics Huaian,Jiangsu Province,223001 China;2.Jiangsu Lanjiang Intelligent Technology Co.,Ltd.,Nanjing,Jiangsu Province,210000 China)Abstract:The automatic control system of centrifugal pumps with PLC as the control unit is wi
4、dely used in water conservancy,chemical industry and other industries.Due to the influence of equipment and environmental factors,the system often fails in the process of executing the start-stop control of the centrifugal pump set according to the automatic program.The article summarizes and analyz
5、es the location and causes of common failures,determines the monitoring amount according to their performance and characteristics,further explores the fault determination and response strategy of the automatic monitoring system of centrifugal pumps,and designs some strategy programs with Siemens ser
6、ies PLC as the control core.Practice shows that the system under this strategy can respond and categorize faults quickly and effectively guarantee the safe operation of pumping sets.Key Words:Centrifugal pump;Automatic control system;Fault determination;PLC;Response strategy随着控制理论、自动化技术以及传感检测技术的发展,现
7、代离心泵泵站系统的运行模式已由原始的人工监测、手动操作逐步向集中控制、自动控制转变。在离心泵机组运行过程中,自动控制系统能够实时监测DOI:10.16661/ki.1672-3791.2306-5042-6138作者简介:张强(1993),男,硕士,助教,研究方向为传感器与自动化设备。陈肖(1996),男,硕士,助教,研究方向为自动控制算法。傅小明(1972),男,博士,教授,研究方向为机械结构优化。83SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯工 业 与 技 术 2023 NO.17 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯泵组运行参数,
8、控制泵组运行状态,提高其运行效率。但由于离心泵控制系统结构的复杂性、工作环境的特殊性,以及控制方式的多样性,自动控制系统在运行过程中常会出现故障而影响系统的安全稳定,因此,在自动控制系统的基础上,依靠数据信息、逻辑控制程序,开发完善的监控报警体系,及时发现安全问题、快速做出响应,是科技发展的重要研究课题之一。1 离心泵运行与监控系统1.1 离心泵的运行系统离心泵的运行系统主要由离心泵泵体、电机、进出水管路、阀门、灌泵机组、电源柜等构成,启泵流程如下:首先,开启灌泵机组;其次,在离心泵进入满水状态后,关闭灌泵机组同时开启离心泵电机;最后,打开出水口闸阀,完成启泵。其中,灌泵机组为由水环真空泵、球
9、阀、真空管路等组成的真空泵系统,主要功能为使离心泵内形成负压,带动水体充满泵体。关泵时为避免出现水锤现象,不能直接关闭离心泵电机,应在其开启状态下首先切断出水通道,即关闭闸阀,最后关闭水泵电机,完成关泵1。1.2 离心泵自动化监控系统离心泵自动化监控系统主要由可编程逻辑控制器(PLC)、电动阀门、传感器、综合配电柜等组成,主要功能是对离心泵、电机、水闸、阀控设备、传感设备、泵组辅助设备、供电设备等关键组成部分的数据进行获取、传输、显示,并能通过控制信号与逻辑指令实现对泵站设备的远程控制、自动化运行2。2 故障类型剖析离心泵组故障一般包括两个方面:一方面是由于离心泵的工作环境条件不正常,另一方面
10、是系统自身连续工作过程偏离控制区间导致失控,复杂的结构也决定了其共有故障具有随机性和多层次性等特点3。按照故障在泵组系统中出现的位置,可以将故障类型总结如下。2.1 阀门故障阀门故障主要表现在阀门的运行状态与其对应的控制逻辑不一致。电动阀门的控制信号由PLC发出,而执行过程为阀门电机和机械结构。电动阀门设备在长期运行过程中常出现的故障为关闭不严、漏水、开度不全。在长期运行下,阀门阀芯密封面磨损严重导致阀门阀杆与阀座位置发生变化使密封圈失去密封作用4。电动阀门的传动机构也有因为止推轴承与手柄齿轮之间间隙过大、止推轴承下边固定螺母松动导致传动机构转动时阀门无法正常开关到起止点的情况发生,此外,阀瓣
11、下部的弹簧如若受力过大而失去弹性或断裂也会使阀门失控。2.2 离心泵机组故障在输送水过程中,闸阀开启时间过早时,管路水压较高,易导致泵负荷过大,甚至发生水锤现象冲击泵体。在长期运行中,泵体密封环、油封容易磨损漏气,导致上水困难,流量降低,离心泵在小流量工况下运行时,常出现失速、二次流、进出口回流等复杂流动。尤其是到达某阈值时,因进口角度大,叶片吸力侧流动分离增大,形成堵塞叶轮流道的旋涡,叶轮进入失速状态,严重影响泵组效率5。而且,在泵体工作过程中,河水裹挟泥沙等硬颗粒介质易对水泵的叶轮冲击磨损,水流与泵壁空隙较大,易发生汽蚀现象6。此外,水泵轴弯曲或不同心,会使水泵振动,由于轴向推力增大,使轴
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