一种泵系统教学实训设备的制作方法

本发明涉及教学实训装置，具体的说，涉及一种可提高学生动手动力并检验教学成果的泵系统教学实训设备，属于教育技术领域。

背景技术：

随着社会经济发展水平的提高，生活生产中产生了大量的污水，这也意味着复杂的技术和设备应用于水厂污水处理中。因此需要培训大量的水处理技能人才参与水厂运行过程中设备的维护和泵系统、管路设备的故障检修中。

而现有的水处理实训装置仅由少量的管道和泵搭建完成，难以模拟复杂的水处理环境，无法有效的提高学生的实践能力和检验培训人员的教学成果。

技术实现要素：

本发明要解决的主要技术问题是

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种泵系统教学实训设备，包括用于模拟水厂中存储水的水池，水池的下方设置有构成循环水路的主路管道，主路管道上连通有辅路管道，水池的一侧设置有模拟水处理的水处理装置，主路管道、辅路管道和水处理装置均由自动控制系统控制运行。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

所述水处理装置包括安装在水池外部的电磁式空气泵,电磁式空气泵的输出端连通有输气管，输气管的另一端伸入水池内的液面下方。

进一步优化：所述水池的外部设置有水箱，水箱上固定安装有计量泵，计量泵的进水端与水箱连通，计量泵的出水端通过输水管连通至水箱。

进一步优化：所述主路管道包括主管路，主管路的进水端安装在水池底部且与水池连通，主管路的出水端分叉成两个出水支路，其中一出水支路安装在水池底部且与水池连通，另一出水支路安装在水池上方且与水池连通。

进一步优化：所述主管路上按照水流方向依次连串设置有第一蝶阀、y型过滤器、螺杆泵、第二球阀、第二蝶阀、流量计、气动阀、电磁比例阀。

进一步优化：所述气动阀串联设置在主管路上且位于流量计的出水口一侧，所述电磁比例阀串联设置在主管路上且位于水池底部的出水支路上。

进一步优化：主管路上还连通有分流泄压回路，分流泄压回路包括安全阀和第一球阀，安全阀的进水端和出水端分别通过连接管连接在螺杆泵的进水端和出水端处的主管路上。

进一步优化：所述主管路和分流泄压回路上分别设置有用于监测管路内的水压大小的第一压力传感器、第二压力传感器。

进一步优化：所述辅路管道包括辅管路，所述辅管路上按照水流走向一侧串联设置有第三球阀、第一电磁阀、喷射泵、第二电磁阀、第四球阀，所述辅管路的进水端连通在主管路上靠近y型过滤器出水端一侧，所述辅管路的出水端连通在主管路上靠近第二蝶阀进水端的一侧。

进一步优化：所述自动控制系统包括plc控制器，plc控制器的信号输出端分别与电磁式空气泵、计量泵、螺杆泵、气动阀；电磁比例阀；第一电磁阀、喷射泵、第二电磁阀的控制端电性连接，plc控制器的控制输入端连接有触摸屏。

本发明采用上述泵系统教学实训设备进行教训的教训方法，具体包括如下步骤：

1）、打开电源，所有动作都处于关闭状态，先打开总开关（必须满足），然后打开s1，p1、接触器q2、plc控制器启动；

2）、系统启动后，按下空气泵启动按钮，接触器q8吸合用于控制电磁式空气泵启动，按下空气泵关闭按钮，电磁式空气泵停止；

3）、系统启动后，按下计量泵启动按钮，接触器q10吸合用于控制计量泵启动；按下计量泵关闭按钮，计量泵停止；

4）、系统启动后，按下气动阀启动按钮，接触器q3吸合用于控制气动阀启动；按下气动阀关闭按钮，气动阀停止；

5）、系统启动后，按下电磁比例阀正转按钮，接触器q4吸合用于控制电磁比例阀正转启动；按下关闭按钮，电磁比例阀停止；按下电磁比例阀反转按钮，接触器q5吸合，电磁比例阀反转启动；按下关闭按钮，电磁比例阀停止；

6）、系统启动后，按下进水电磁阀按钮，接触器q6吸合用于控制第一电磁阀m2启动；按下关闭按钮，第一电磁阀停止；

7）、系统启动后，打开第一蝶阀，打开第二球阀，打开第二蝶阀，打开气动阀，关闭第四球阀,关闭第一球阀，按下螺杆泵正转按钮，螺杆泵正转启动，按下关闭按钮，螺杆泵停止运转；

8）、系统启动后，打开第一蝶阀，关闭第一球阀，打开第二球阀，打开第二蝶阀，关闭第四球阀,打开气动阀，打开电磁比例阀；按下螺杆泵反转按钮，螺杆泵反转启动，按下关闭按钮，螺杆泵停止运转；

9）、系统启动后，打开第一蝶阀，打开第三球阀，打开第一电磁阀，打开第四球阀，关闭第二球阀，打开第二蝶阀，打开气动阀；按下喷射泵启动按钮，喷射泵启动，第二电磁阀延时后打开；按下喷射泵关闭按钮，喷射泵关闭。

本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，整体处理速度更快，联网能力更强，诊断能力和安全性高，不仅可节省成本，提高生产效率，而且安全可靠，维护简单方便，组态编程功能强大，用户可以自由编程；

应用场景广泛，该系统内有4种泵，只需选择程序就可以随意切换，不用拆卸，简单方便，可以对学生进行螺杆泵冷态开车、喷射泵冷态开车、曝气计算、加药剂量计算等考核内容，考核内容非常广泛；

并且整体管道连接强度大，抗腐蚀性强、使用时间久、拆卸方便，成本低廉，安全防护程度高，对选手及学生无危害且无污染、低噪音，且与国外同类型系统相比，价格仅为其十分之一。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中控制电路的原理图；

图3为本发明实施例中plc控制原理图；

图4为本发明实施例中plc控制原理图；

图5为本发明实施例中plc控制原理图；

图6为本发明实施例中plc控制原理图。

图中：1-水池；2-液位计；3-触摸屏；ma3-电磁式空气泵；ma5-计量泵；6-水箱；lv1-第一蝶阀；8-y型过滤器；9-排水排气口，10-第一压力传感器；11-安全阀；lv2-第一球阀；13-第二压力传感器；ma1-螺杆泵；ov1-第二球阀；ov2-第二蝶阀；17-流量计；ov3-气动阀；ov4-电磁比例阀；lv3-第三球阀；m2-第一电磁阀；ma4-喷射泵；23-压力表；m3-第二电磁阀；ov5-第四球阀；26-主管路；27-辅管路。

具体实施方式

实施例：如图1-2，一种泵系统教学实训设备，包括用于模拟水厂中存储水的水池1，所述水池1的下方设置有构成循环水路的主路管道，所述主路管道上连通有辅路管道，所述水池1的一侧设置有模拟水处理的水处理装置，所述主路管道、辅路管道和水处理装置均由自动控制系统控制运行。

所述水池1的上垂直固定安装有用于实时显示水池1中水液位的液位计2。

所述水处理装置包括安装在水池1外部的电磁式空气泵ma3,所述电磁式空气泵ma3的输出端连通有输气管，所述输气管远离电磁式空气泵ma3的一端伸入水池1内的液面下方。

这样设计，可以通过电磁式空气泵ma3用于持续的将外部空气送入到水池1中，进而对水池1中的水进行曝气处理，增加水与空气接触面积，使水体中获得足够的溶解氧。

所述水池1的外部设置有水箱6，所述水箱6上固定安装有计量泵ma5，所述计量泵ma5的进水端与水箱6内存储的药液连通，所述计量泵ma5的出水端通过输水管连通至水箱6。

这样设计，可通过水箱6用于储存处理废水所用的絮凝剂等药液，通过计量泵ma5可以精准的将水箱6内的药液运送至水池1中，实现准确投加水处理药液从而保证良好的水处理效果。

所述主路管道包括主管路26，所述主管路26的进水端安装在水池1底部且与水池1连通，所述主管路26的出水端分叉成两个出水支路，其中一出水支路安装在水池1底部且与水池1连通，另一出水支路安装在水池1上方且与水池1连通。

所述主管路26上按照水流方向依次连串设置有第一蝶阀lv1、y型过滤器8、螺杆泵ma1、第二球阀ov1、第二蝶阀ov2、流量计17、气动阀ov3、电磁比例阀ov4。

所述第一蝶阀lv1串联设置在主管路26上且靠近主管路26的进水端，所述第一蝶阀lv1用于直接控制主管路26通断。

所述y型过滤器8串联设置在主管路26上且位于第一蝶阀lv1出水端后方，所述y型过滤器8用于初步清除水池1进入主管路26内水中的杂质，以保护各阀门及设备的正常使用。

所述螺杆泵ma1的进水口和出水口分别串联设置在主管路26上，所述螺杆泵ma1输出动力用于驱动主管路26内的水加压流动。

所述第二球阀ov1串联设置在主管路26上且位于螺杆泵ma1的出水口一侧，所述第二球阀ov1手动转动，用于切断或打开主管路26。

所述第二蝶阀ov2设置在主管路26上且位于第二球阀ov1的出水口一侧，所述第二蝶阀ov2手动转动，用于切断或打开主管路26内的水是否回流至水池1内。

所述流量计17串联设置在主管路26上且位于第二蝶阀ov2的出水口一侧，所述流量计17为管式流量计用于时刻监测主管路26内水的流量。

所述气动阀ov3串联设置在主管路26上且位于流量计17的出水口一侧，所述气动阀ov3的气动执行机构与外部空气压缩机连接，所述气动阀ov3用于自动化控制主管路26内的水是否回流至水池1内。

所述电磁比例阀ov4串联设置在主管路26上且位于水池1底部的出水支路上，所述电磁比例阀ov4的电磁执行机构ma2能够根据需要打开任意一个开度，由此控制通过流量的大小，进而实现控制主管路26位于水池1底部的出水支路的流量，实现使主管路26内的水液进入水池1底部。

所述主管路26上靠近y型过滤器8出口的一侧设置有用于时刻监测主管路26内水压大小的第一压力传感器10。

这样设计，可通过第一压力传感器10用于时刻监测主管路26内水压大小，进而可判断主管路26内是否存在堵塞问题，或因为存在气体造成主管路26内水压压力波动异常的情况。

所述主管路26上靠近y型过滤器8出口的一侧设置有排水排气口9，所述排水排气口9上设置有控制球阀。

这样设计，可以通过控制球阀用于实现打开或关闭排水排气口9，通过排水排气口9可以用于在运行中排放管道中气体，防止管道造成憋压的情况，并且通过排水排气口9可以用于采样主管路26内的水。

所述y型过滤器的出水端连接有辅路管道和设置在主路管道上用于在运行中排放管道中气体，防止管道造成憋压的排水排气口9。

这样设计，可以通过对管道中第一压力传感器10的压力检测判定管道内是否存在堵塞或因为存在气体造成的压力异常，便于及时通过排水排气口9排出气体或对管道中的堵塞物进行及时清理。

所述主管路26上还连通有分流泄压回路，所述分流泄压回路包括安全阀11和第一球阀lv2，所述安全阀11的进水端和出水端分别通过连接管连接在螺杆泵ma1的进水端和出水端处的主管路26上。

所述第一球阀lv2与安全阀11呈并联设置，所述第一球阀lv2的进水端和出水端分别通过连接管连接在螺杆泵ma1的进水端和出水端处的主管路26上。

这样设计，可以将安全阀11和第一球阀lv2呈并联的方式连接在螺杆泵ma1的进水端和出水端处的主管路26上，进而主管路26内进入螺杆泵ma1进水端的水压过大时，可开启安全阀11或第一球阀lv2或同时开启安全阀11第一球阀lv2可减少螺杆泵ma1进水端的水压，避免造成设备损坏。

所述第一球阀lv2的出水端与主管路26连接处的连接管上设置有第二压力传感器13，所述第二压力传感器13用于时刻监测第一球阀lv2与安全阀11出水端进入主管路26时的水压大小。

所述辅路管道包括辅管路27，所述辅管路27上按照水流走向一侧串联设置有第三球阀lv3、第一电磁阀m2、喷射泵ma4、第二电磁阀m3、第四球阀ov5。

所述辅管路27的进水端连通在主管路26上靠近y型过滤器8出水端一侧，所述辅管路27的出水端连通在主管路26上靠近第二蝶阀ov2进水端的一侧。

所述辅管路27上且靠近喷射泵22的出水端设置有用于时刻监测喷射泵22出水压力的压力表23。

这样设计，可通过压力表23用于时刻监测喷射泵22的出水端水压大小，并且还能通过压力表23的读数范围值判定喷射泵22的工作状态和管道的堵塞状况。

如图2所示，所述螺杆泵ma1的接电端连接有变频器的出线端，所述变频器的进线端连接有接触器q2，所述接触器q2的进线端通过断路器和熔断器连接至电源。

所述接触器q2用于控制螺杆泵ma1启动，所述变频器能够变频进而控制螺杆泵ma1的转速。

所述电磁比例阀ov4的电磁执行机构ma2的进线端分别连接有用于控制电磁比例阀ov4的正转或反转的正转控制接触器q4和反转控制接触器q5。

所述正转控制接触器q4和反转控制接触器q5分别用于控制电磁比例阀ov4的电磁执行机构ma2正转或反转。

所述第一电磁阀m2的进线端连接有用于控制第一电磁阀m2开启或关闭的接触器q6。

所述第二电磁阀m3的进线端连接有用于控制第二电磁阀m3开启或关闭的接触器q7。

所述电磁式空气泵ma3的进线端连接有用于控制电磁式空气泵ma3开启或关闭的接触器q8。

所述喷射泵ma4的进线端连接有用于控制喷射泵ma4开启或关闭的接触器q9。

如图1-6所示，所述自动控制系统包括plc控制器，所述plc控制器的控制输入端连接有触摸屏3，所述触摸屏3能够清楚直观的看到流量的分配情况以及压力的变化情况，并且可发出指令通过plc控制器输出控制信号。

所述plc控制器为西门子s7-1500plc控制器。

所述plc控制器的信号输出端分别与电磁式空气泵ma3、计量泵ma5、螺杆泵ma1、气动阀ov3；电磁比例阀ov4；第一电磁阀m2、喷射泵ma4、第二电磁阀m3的控制端电性连接，所述plc控制器可发出电信号，用于控制相应的执行原件工作。

所述plc控制器的信号输入端分别与第一压力传感器10、第二压力传感器13电性连接，所述第一压力传感器10、第二压力传感器13监测到的压力值传输给plc控制器，进而触摸屏3能够实时显示压力的变化情况。

所述plc控制器还设置有急停开关s0、手动启动按钮s1、复位开关s2、手动或自动程序切换开关s3。

如图1-6所示，本发明采用上述泵系统教学实训设备进行教训的教训方法，具体包括如下步骤：

1、打开电源，所有动作都处于关闭状态，先打开s3（必须满足），然后打开s1，p1、接触器q2、plc控制器启动。

2、系统启动后，按下空气泵启动按钮，接触器q8吸合，电磁式空气泵ma3启动，按下空气泵关闭按钮，电磁式空气泵ma3停止。

3、系统启动后，按下计量泵启动按钮，接触器q10吸合，计量泵ma5启动；按下计量泵关闭按钮，计量泵ma5停止。

4、系统启动后，按下气动阀启动按钮，接触器q3吸合，气动阀ov3启动。按下气动阀关闭按钮，气动阀ov3停止。

5、系统启动后，按下电磁比例阀正转按钮，接触器q4吸合，电磁比例阀ov4正转启动；按下关闭按钮，电磁比例阀ov4停止；

按下电磁比例阀反转按钮，接触器q5吸合，电磁比例阀ov4反转启动；按下关闭按钮，电磁比例阀ov4停止。

6、系统启动后，按下进水电磁阀按钮，接触器q6吸合，第一电磁阀m2启动；按下关闭按钮，第一电磁阀m2停止。

7、系统启动后，打开第一蝶阀lv1，打开第二球阀ov1，打开第二蝶阀ov2，打开气动阀ov3，关闭第四球阀ov5,关闭第一球阀lv2，按下螺杆泵正转按钮，螺杆泵ma1正转启动，按下关闭按钮，螺杆泵ma1停止运转。

所述步骤7中，螺杆泵ma1正转时，可通过变频器调控驱动螺杆泵ma1的电源频率，实现调节螺杆泵ma1的转速。

8、系统启动后，打开第一蝶阀lv1，关闭第一球阀lv2，打开第二球阀ov1，打开第二蝶阀ov2，关闭第四球阀ov5,打开气动阀ov3，打开电磁比例阀ov4。按下螺杆泵反转按钮，螺杆泵ma1反转启动，按下关闭按钮，螺杆泵ma1停止运转。

所述步骤8中，螺杆泵ma1反转时，可通过变频器调控驱动螺杆泵ma1的电源频率，实现调节螺杆泵ma1的转速。

9、系统启动后，打开第一蝶阀lv1，打开第三球阀lv3，打开第一电磁阀m2，打开第四球阀ov5，关闭第二球阀ov1，打开第二蝶阀ov2，打开气动阀ov3；按下喷射泵启动按钮，喷射泵ma4启动，第二电磁阀m3五秒后打开；按下喷射泵关闭按钮，喷射泵ma4关闭。

所述步骤9中，第二电磁阀m3由延时继电器和plc控制器进行控制，所述plc控制器可设置延时继电器的延时动作时间，时间到后，延时继电器动作，电磁阀m3打开。

所述该泵系统教学实训设备可进行螺杆泵冷态开车、电机反转故障排查、喷射泵冷态开车、喷射泵气缚解决、曝气需氧量计算、计量泵调节、阀门与泵的维护、电气接线、软件组态、安全上电等多项教学和考核，具体操作包括以下步骤：

1）、螺杆泵冷态开车：

打开电源，所有动作都是关闭的，先打开手动或自动程序切换开关s3，且切换至手动程序（必须满足），然后打开手动启动按钮s1，p1、接触器q2、系统启动，手动或自动程序切换开关s3关闭时所有动作停止；系统启动后，打开第一蝶阀lv1，打开第二球阀ov1，打开第二蝶阀ov2，打开气动阀ov3，关闭第四球阀ov5,关闭第一球阀lv2，按下螺杆泵正转按钮，螺杆泵ma1正转启动（变频调速），冷态开车完成。

2）、电机反转故障排查：

系统启动后，打开第一蝶阀lv1，关闭第一球阀lv2，打开第二球阀ov1，打开第二蝶阀ov2，关闭第四球阀ov5,打开气动阀ov3，打开电磁比例阀ov4；按下螺杆泵反转按钮，螺杆泵ma1反转启动，选手需根据触摸屏3上显示的压力变化情况和流量计17的流量的变化以及螺杆泵ma1风扇的转向来判断螺杆泵的实际转向是否与规定转向相同。

3）、喷射泵冷态开车：

系统启动后，打开第一蝶阀lv1，打开第三球阀lv3，打开第一电磁阀m2，打开第四球阀ov5，关闭第二球阀ov1，打开第二蝶阀ov2，打开气动阀ov3。按下喷射泵启动按钮，喷射泵ma4启动，第二电磁阀m3五秒后打开（打开时间可调），离心泵冷态开车完毕。

4）、离心泵气缚解决：

系统启动后，打开第一蝶阀lv1，打开第三球阀lv3，打开第一电磁阀m2（该步骤名称叫做灌泵）。

5）曝气需氧量计算：

首先测量进入水池1内水的cod含量，举例说明：假设进水cod是200mg/l，要求出水cod是50mg/l，去除1kgcod需要0.87kg氧气，问处理1方水需要多少氧气。

（进水cod-出水cod）*1000l*0.87/1000000kg=0.1305kg氧气。

6）、计量泵调节：

所述计量泵上设置有3个按钮，分别是开关按钮、增量按钮、减量按钮，按下增量按钮，增大加药量，按减量按钮，则减小加药量。

7）、阀门与泵的维护：

将阀门拆解，更换填料密封，将泵拆解，更换法兰密封、机械轴封、定子或转子、o型环等。

8）、电气接线、软件组态、安全上电：

根据电路图进行传感器线的更换；利用编程软件进行变频器、plc、触摸屏的组态编程；根据技术规范进行设备的逐级上电，不得出现可能造成人身伤害的违规操作（例如用手触摸电线、将水泼洒到电气控制柜内等）。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。