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灌溉水泵控制系统的技术改造分析

 论文栏目:控制系统论文     更新时间:2017/9/30 15:27:23   

摘要:南方地处丘陵,小河星罗棋布。文章针对这一地形特点设计了一种非常适合南方丘陵地区用于水田灌溉的控制系统。该系统经济实用,操作灵活、工作安全可靠、还能节省人力资源。

关键词:水田灌溉;控制;技术改造

南方地处丘陵,小河众多。一到干旱季节,需要靠水泵抽水进行灌溉的稻田比比皆是,尤其到了农忙季节,附近池塘的水远远满足不了灌溉需要。只能到附近的小河抽水灌溉,而且还需派人专门看守,即使有专人看守,烧泵现象也无法避免。为此,文章设计了一种适合南方水田灌溉的水泵控制电路,无需人员值守,也不易烧坏水泵[1]。

1农村水田灌溉现状分析

南方不少农村进行水田灌溉时,仅用一个闸刀开关或一个铁壳开关进行控制即可。该种控制方式所用器件少,经济成本当然低,而且操作方便。由于控制器件通常裸露在外,加上农民朋友安全意识淡薄,到了夏秋季节,触电事故时有发生。基于这种状况,设计了适合南方水田灌溉的控制系统电路原理图(见图1)。

2控制系统的技术思想

考虑到大部分农民的经济状况,从经济实用的角度出发,采用继电控制系统进行控制[2]。为了满足农民朋友根据实际情况控制抽水量,本系统采用手动控制方式和自动控制方式,图1中,工作方式选择开关SA有三个工作位置:手动、停止、自动。①若选择手动控制方式,只要将选择开关SA置于“手动”位置,两台水泵M1、M2可独立工作也可同时工作;②若选择自动控制方式,将选择开关SA置于“自动”位置,由于KA1、KA2互锁,因此任何时刻只有一台水泵投入工作。而且正在运行中的水泵一旦出现过载现象,热继电器立即动作,电路实现过载切换,同时自动开启另一台水泵。为了便于维修人员察看水泵处于何种工作状态、减少其维修工作量,还设计了水泵的工作指示和故障指示电路。从经济成本考虑,指示灯采用交流220V电源供电,这样就可节省一个变压器;③农忙季节,小河水量抽取很大,容易干涸,为了防止由于水量不足而造成烧泵的事故发生,采用液位浮球开关S来进行低水位停泵控制。

3控制原理

交流接触器KM1控制1#水泵M1的起停,KM1由中间继电器KA1控制;交流接触器KM2控制2#水泵M2的起停,KM2由中间继电器KA2进行控制。实现KA1、KA2线圈的得电,既可采用手动控制,也可采用自动控制。既实现1#水泵或2#水泵的运行即可手动控制,也可自动控制。手动控制时,按SB2,1#水泵投入运行,按SB4,2#水泵投入运行;自动控制时,1#水泵投入运行,一旦过载,1#水泵停止工作,2#水泵自动投入运行;同样的一旦过载,2#水泵停止工作,1#水泵自动投入运行。

3.1手动控制

将选择开关SA拨到手动位置,SA的Ⅰ、Ⅲ处接通。按下按钮SB2→中间继电器KA1线圈得电→交流接触器KM1线圈得电→1#水泵投入运行;按下按钮SB4→中间继电器KA2线圈得电→交流接触器KM2线圈得电→2#水泵投入运行。分别按下按钮SB1或SB3,1#水泵或2#水泵停止工作。

3.2自动控制及过载切换

将选择开关SA拨到自动动位置,SA的Ⅱ、Ⅳ处接通。首先中间继电器KA1线圈得电→交流接触器KM1线圈得电→1#水泵投入运行。①若1#水泵发生过载现象→FR1动作→KM1线圈失电,1#水泵停止工作;紧接着KA5线圈得电→KA1线圈失电;KA3线圈得电→KA2线圈得电→KM2线圈得电,2#水泵投入运行;KA4线圈得电→KA3线圈失电;②若2#水泵一旦发生过载现象→KM2线圈失电,2#水泵停止工作;接着KA6线圈得电→KA2线圈失电;KA3线圈此时也保持失电→KA1线圈得电→KM1线圈得电→1#水泵投入运行。即一台水泵由于发生过载停止工作,另一台立即自动投入运行。值得注意的是进行过载保护的热继电器必须设置为自动复位状态而不能置于手动复位状态。

3.3信号控制

信号控制电路分别设置了水泵的工作指示和故障指示电路。通过观察指示灯的工作状态,就可断定水泵处于投入运行状态还是过载故障状态。当指示灯HL1亮时,1#水泵发生过载;指示灯HL2亮时,2#水泵发生过载;指示灯HL3亮时,1#水泵投入运行;指示灯HL4亮时,2#水泵投入运行。

4成本核算

本控制系统除了控制对象两台水泵外,所用的控制设备有:三相自动空气开关QF、交流接触器KM、中间继电器KA、三档位的选择开关SA、热继电器FR、按钮SB、指示灯HL、液位浮球开关S等。由于采用闸刀开关或铁壳开关控制时,灌溉所需的水泵也必不可少,所以两台水泵的成本在此就不再进行计算,这里只计算控制设备的成本。若本控制系统中基本选用规格型号、技术参数符合控制要求的德力西电器,质量保证中等及以上[3]。通过市场调研,所用器件价格清单(见表1)。控制设备成本约为:1×29+2×45+6×47+1×9+2×15+4×8+4×3+1×15=499元。再加上其它约600元。农忙季节,劳动力成了最紧缺的资源,若还派专人值班看守水泵确实不划算。假设白天派1人值守,晚上派2人值守,值守时按150元/次进行折算,白天黑夜一天就达450元,农忙时长按半个月(15天)计算,即农忙时节劳力成本达450×15=6750元。农忙时节,水泵通常需要长时间投入运行,烧泵现象时有发生。除此之外,非农忙季节,也时常需要抽水灌溉。若采用该控制系统,无需派专人值守,不仅可节省人力成本,还可避免烧泵现象的发生,而且安全可靠。

5结束语

本控制系统一次性投资与单纯用闸刀开关控制相比,确实多了些,但在农民朋友可承受的范围内,而且使用寿命延长;几乎可避免触电事故的发生,安全性大大提高;工作方式变得灵活,可根据需水量来合理选择控制方式;具有过载保护及自动切换的功能,使水泵不易烧毁;且不需派专人值班,节省了人力资源。是一种非常实用低成本灌溉水泵控制系统。

参考文献:

[1]华满香.电气控制与PLC.三菱系列[M].北京:北京大学出版社,2009.

[2]张华龙.电机与电气控制技术(21世纪高等职业教育电气信息类规划教材)[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[3]高宇.工厂电气控制技术[M].长春:吉林大学出版社,2010.

作者:刘欢 赖领焱 单位:湖南财经工业职业技术学院

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