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如何简单实用的实现工业泵自动化控制
专栏:技术杂谈
发布日期:2021-08-16
阅读量:384
作者:长沙昌佳
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水泵作为最常见的通用机电设备在各行各业应用广泛,水泵的分类、型号和工况非常繁杂,特别是工业泵,一般都要求实现一定的工艺或流程

     水泵作为最常见的通用机电设备在各行各业应用广泛,水泵的分类、型号和工况非常繁杂,特别是工业泵,一般都要求实现一定的工艺或流程,不仅仅是控制水泵电机的启停,包括对启泵条件、运行模式的判断、选择、实现和监测,如各种传感器(温度、振动、电流电压、液位、流量等等);以及对相应执行机构的协调、管理和控制,如各种电动阀门、变频软启等等;同时需解决设备间的通讯、就地与上位机、大数据平台的通讯,以及融入物联网;因此,对工业泵的控制因此变得复杂和个性化。

实现工业泵的自动化控制一般有四种选择:

一、继电器模式:在恒压供水和潜水泵控制系统里,采用热继电器和接触器的方式比较普遍。前端设置压力传感控制器或液位传感控制器,达到一定的设定值点或时间设置点时,通过继电器接通/切断电源来实现控制。适用于控制条件单一、控制逻辑单一、水泵电机功率不大的系统,同时弱化保护、诊断、联网等功能需求。具有一定自动化基础的个人或单位都可以简单实现这种控制。

二、PLC可编程控制器:基于西门子、AB等稳定而强大的系列PLC和丰富选型的功能模块,可以完整的实现工业泵的复杂功能,能适应工业泵的复杂工况,所以目前被最广泛采用。系统现场设备层(包括模拟量数字量采集)、逻辑控制层(包括执行器的控制)、管理通讯层(包括分析/显示、通讯接口)三大部分组成,根据系统控制要求选用相应的CPU和功能模块,设置温度、振动、电流电压、液位、流量等各种传感器、连接电机、阀门、引水装置等执行机构,按照工艺要求编辑PLC下位机程序,实现自动监测/报警/保护、自动运行/分析/显示/数据传输,通过以太网/总线或标准通讯协议,实现就地与上位机组态、数据平台或者物联网平台进行数据交互。

模块化设计、二次开发和稳定性是PLC控制的突出特点;但个性化太强和成本偏高。大部分的自动化公司、系统成套公司均采用这种方式。

三、专用控制器:一般民用泵(如潜水泵)早已实现专业控制器,复杂的工业泵是近几年才出现专业控制器,这也是水泵控制的专业化发展到一定程度后的必然选择。工业泵专业控制器采用STM32的主芯片,将工业泵控制中通用部分进行标准化设计,多路模拟量和多路数字量(采集温度、振动、正压/负压、电流电压、液位、流量、缺流、轴位移)采集,以及对主设备如电机变频器软启、多路开关量的输出(电动闸阀/蝶阀/球阀的电气回路控制),统一集中到一块主板上;根据工业泵的各种运行模式,开发相应的软件版本对应;针对工业泵的电压、高温/高湿/粉尘/防爆等特殊应用环境,可按照本安电路、防爆3C,IP67等原理进行设计和生产。同时具备以太网、RS485、CAN等数据通讯。专用控制器的主要特点是:高度专业化、标准化、成本低,但目前在这个领域里专业的公司还不多,长沙昌佳自动化设备有限公司的本安型水泵控制器处于技术领先。

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四、DCS就地单元:DCS集散控制系统在大型工业领域应用越来越广泛,分散控制集中管理,其中,对工业泵的控制可作为一个分级子系统,主要由电气回路、专用控制单元/卡件组成,在功能实现方面大型PLC和DCS都差不多,但DCS更具有开放性和多冗余设计, 特别适用于多变量控制的如煤、电、化这些行业,以过程控制为主的如对水泵的控制还是普遍采用PLC。另一方面,采用DCS控制水泵,现场操作站的卡件其实就是单片机,工作原理与专用控制器一样,只有专业性和集中度的差别;DCS强大的上位机软件可以从结构的最高层面来把握每个子系统,所以,把水泵控制器作为DCS就地控制单元,上位机强大、下位机专业,成为一种最优的选择。

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