司道遠(yuǎn)

摘要：供水系統(tǒng)是維持生產(chǎn)生活正常進(jìn)行的重要保障，怎樣才能提高其運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，必須要就系統(tǒng)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并積極應(yīng)用各項(xiàng)新型技術(shù)，對(duì)供水管末端壓力以及供水始端壓力進(jìn)行有效控制，將整個(gè)供水管網(wǎng)的壓力維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。文章對(duì)PLC控制恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：PLC控制；恒壓；供水系統(tǒng)

現(xiàn)在常見(jiàn)供水模式有氣壓罐供水、恒速泵加壓供水以及水塔高位水箱供水等，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及變頻技術(shù)等在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以更有效的提高其運(yùn)行效果。如PLC、計(jì)算機(jī)與變頻技術(shù)綜合組成的恒壓供水系統(tǒng)，能夠自動(dòng)根據(jù)用水量變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，整個(gè)供水過(guò)程效率更高，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)與穩(wěn)定性等方面也具有更大的優(yōu)勢(shì)。

1恒壓供水系統(tǒng)概述

恒壓供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PLC與變頻技術(shù)的組合，通過(guò)變頻器來(lái)對(duì)水泵的運(yùn)行進(jìn)行控制，達(dá)到將市政管網(wǎng)水源以及地下水源經(jīng)蓄水池直接加壓進(jìn)入到供水管網(wǎng)中，滿足生產(chǎn)生活需求。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以通過(guò)對(duì)供水管網(wǎng)流量以及壓力變化，利用PLC自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，對(duì)水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行調(diào)控，將系統(tǒng)運(yùn)行壓力維持在穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到恒壓供水的目的。恒壓供水系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)效益高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單以及自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)行過(guò)程中管理十分方便。

2 PLC控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1水泵機(jī)組

水泵機(jī)組為供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，在選擇時(shí)需要結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際需求，對(duì)當(dāng)?shù)毓┧枨筮M(jìn)行分析，同時(shí)參考供水流量、供水類型以及供水壓力等參數(shù)，確定水泵機(jī)組、電機(jī)等構(gòu)件。如可以選擇用3臺(tái)DFW系列離心泵為二級(jí)加壓泵房機(jī)組，此種水泵電機(jī)與泵直接相聯(lián)，中間傳動(dòng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定性更高。電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為1480r/min，功率160KW，額定電流288A。另外，可以選擇用硬質(zhì)合金機(jī)械來(lái)進(jìn)行軸封處理，不但可以延長(zhǎng)設(shè)備服務(wù)年限，同時(shí)在后期運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中也更為方便。

2.1.2儀表

（1）電磁流量計(jì)。

需要以管徑與流量等依據(jù)作為選擇依據(jù)，常用有LDTH管道式電磁流量計(jì)，供電電壓220v，輸出4-20mA，量程0～5m/s可調(diào)。將其應(yīng)用于系統(tǒng)中，測(cè)量管內(nèi)無(wú)阻流部件，對(duì)直管段要求比較低，并且在測(cè)量時(shí)不會(huì)受到液體密度、溫度、壓力以及粘度等因素影響嗎，計(jì)量結(jié)果更準(zhǔn)確。

（2）壓力變送器。

主要作用是檢測(cè)供水管網(wǎng)壓力變送為4～20mA電流信號(hào)輸入到PLC中，對(duì)比壓力設(shè)定值后由PID進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后將運(yùn)算后頻率輸出到變頻器，來(lái)對(duì)水泵電機(jī)運(yùn)行頻率、供水量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。在選擇時(shí)應(yīng)以水泵機(jī)組供水量、揚(yáng)程以及供水壓力等參數(shù)作為依據(jù)，以提高PLC數(shù)據(jù)傳輸可靠性為目的來(lái)確定，如KT-3351系列智能壓力變送器，量程0-1MPa，輸出4-20mA，具有精確的自診斷能力，數(shù)據(jù)傳輸精度高，并且零點(diǎn)與量程調(diào)整影響小。

1.1.3變頻器

以電動(dòng)機(jī)額定電流與功率來(lái)確定所選變頻器容量，確保其運(yùn)行時(shí)能夠滿足幾個(gè)條件，即：

2.2系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)需要做好幾個(gè)因素的分析，即輸入電源電壓在一定允許范圍內(nèi)變化，在輸入交流電斷電時(shí)，不會(huì)對(duì)控制器程序以及數(shù)據(jù)造成損壞，并且電路運(yùn)行具有較高的穩(wěn)定性與安全性。尤其是對(duì)于不允許斷電的場(chǎng)合，需要做好電源冗余管理，并對(duì)其進(jìn)行完善的抗干擾處理。變頻器輸入信號(hào)分為控制信號(hào)與輸入電源信號(hào)2種，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇用控制電路端子FWD、REV等方式來(lái)代替主電路電源ON/OFF方式來(lái)對(duì)變頻器運(yùn)行進(jìn)行控制。輸出信號(hào)分為輸出控制信號(hào)與送水泵變頻器輸出電源信號(hào)兩種，其中控制信號(hào)包括送PLC超壓信號(hào)、欠壓信號(hào)、變頻器故障信號(hào)。

系統(tǒng)主水泵設(shè)計(jì)時(shí)以供水狀態(tài)為依據(jù)，選擇變頻與工頻兩種方式，電路設(shè)計(jì)時(shí)就需要對(duì)每臺(tái)主水泵設(shè)置兩個(gè)接觸器，分別與工頻和變頻電源輸出相聯(lián)，同時(shí)輔助泵只選擇工頻狀態(tài)，只需要設(shè)置一個(gè)接觸器接入工頻即可。其中在連接線路時(shí)，需要確保水泵旋向的正確性。變頻器主電路輸出端子通過(guò)基礎(chǔ)接觸器與三相電動(dòng)機(jī)相聯(lián)，在旋轉(zhuǎn)方向與工頻電機(jī)轉(zhuǎn)向不同時(shí)，應(yīng)對(duì)輸出端子相序進(jìn)行調(diào)換，確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。另外，為對(duì)變頻器運(yùn)行功率進(jìn)行優(yōu)化，還可以就變頻器端子間接入相應(yīng)的Dc電抗器。對(duì)變頻器接地端進(jìn)行可靠接地處理，確保整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，同時(shí)還可以降低設(shè)備運(yùn)行噪音。

2.3監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)計(jì)

2.3.1軟件架構(gòu)

為保證監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)效果滿足系統(tǒng)恒壓供水需求，必須要在根本上掌握好總體功能設(shè)計(jì)，做好軟件架構(gòu)分析，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)功能的同時(shí)，降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行所需成本。從系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能來(lái)看，軟件架構(gòu)模塊主要包括信息監(jiān)控與管理程序兩大部分，如數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)采集與通信模塊以及設(shè)備狀態(tài)控制模塊等。恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)控制模塊，主要是以各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)影響為基礎(chǔ)，通過(guò)各項(xiàng)收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來(lái)對(duì)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證設(shè)備維持在一個(gè)良好的運(yùn)行狀態(tài)。而數(shù)據(jù)管理模塊則主要對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢以及分析，同時(shí)為向系統(tǒng)管理提供依據(jù)還需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)。

2.3.2狀態(tài)控制模塊

設(shè)備狀態(tài)控制模塊主要包括報(bào)警、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示以及調(diào)整等作用，以對(duì)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果為依據(jù)，來(lái)對(duì)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保系統(tǒng)維持在良好的運(yùn)行狀態(tài)。第一，報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障會(huì)及時(shí)通過(guò)聲音或者燈光閃爍等方式向工作人員發(fā)出警報(bào)，進(jìn)而可以及時(shí)采取措施處理故障。其中，要詳細(xì)如實(shí)記錄故障資料數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的分析。第二，狀態(tài)調(diào)整。即以設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)詳細(xì)分析在電腦上對(duì)各參數(shù)做進(jìn)一步的調(diào)整。一般可以利用PLC反饋的水位與壓力數(shù)據(jù)，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，然后將其傳輸?shù)絇LC中，利用調(diào)節(jié)功能完成系統(tǒng)的控制，提高系統(tǒng)供水效果。第三，狀態(tài)顯示。主要利用趨勢(shì)圖方式來(lái)將各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)以動(dòng)態(tài)的方式呈現(xiàn)出來(lái)，操作人員通過(guò)對(duì)趨勢(shì)圖的分析，既可以弄清并掌握設(shè)備運(yùn)行的詳細(xì)狀態(tài)。

2.3.3數(shù)據(jù)采集與通信

即對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，同時(shí)包括通信參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與通信等功能，其中參數(shù)設(shè)定即以系統(tǒng)管網(wǎng)供水壓力、用戶用水時(shí)間、用水量等為依據(jù)，完成對(duì)壓力傳感器參數(shù)的設(shè)定，并利用PLC與上位機(jī)PC機(jī)相互通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)定。恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)其的綜合分析與調(diào)整，對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)行效果具有重要意義。數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計(jì)，主要是滿足其利用相應(yīng)格式分解自PLC讀取數(shù)據(jù)的功能，利用濾波對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處理后存于數(shù)組中。而數(shù)據(jù)通信模塊的設(shè)計(jì)則應(yīng)滿足對(duì)PLC不同共狀態(tài)的控制，由上位機(jī)下達(dá)控制命令并完成對(duì)控制參數(shù)的修改。

2.4 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)--啟動(dòng)程序、小功率水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉程序、停機(jī)程序以及報(bào)警程序等，所有程序相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第一，初始化程序。即在系統(tǒng)正式運(yùn)行前，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的不同部分實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤內(nèi)容則發(fā)出警報(bào)，初始化模擬量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)表同時(shí)賦予其初值，整個(gè)環(huán)節(jié)需要在主程序里面對(duì)子程序進(jìn)行調(diào)用方式來(lái)完成。第二，水泵電機(jī)啟動(dòng)程序。PLC程序來(lái)完成電機(jī)的啟動(dòng)，并且啟動(dòng)前需要使變頻器三相電源輸入端得到電，由PLC發(fā)出指令，將變頻器三相電源輸出端與電機(jī)接觸器閉合，將變頻器外控端子FMD-CM常開(kāi)觸點(diǎn)相連，將BX-CM間處于斷開(kāi)狀態(tài)。第三，閥門(mén)啟閉程序。重點(diǎn)設(shè)計(jì)水泵機(jī)組啟停閥門(mén)啟閉研究，以及自動(dòng)切換時(shí)閥門(mén)啟閉研究，一般情況下水泵機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，要先開(kāi)機(jī)然后開(kāi)閥，停機(jī)時(shí)則先關(guān)閥在停機(jī)。

3結(jié)語(yǔ)

PLC控制恒壓供水系統(tǒng)是現(xiàn)在常用的一種方式，為提高其運(yùn)行效果，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)，需要做好對(duì)各項(xiàng)硬件設(shè)備的選擇，以各項(xiàng)參數(shù)為依據(jù)，來(lái)確保各構(gòu)件可以完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行需求。同時(shí)，還應(yīng)就電路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，做好合理性設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。