恒水位控制系統(tǒng)改造

摘 要：介紹了采用帶PID功能的西門(mén)子S7-300可編程控制器控制變頻器進(jìn)行水位調(diào)節(jié)，系統(tǒng)存在工作可靠，使用方便，水位穩(wěn)定，無(wú)沖擊等優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：PLC；恒水位供水；變頻器；PID控制

1 概述

曲靖卷煙廠的供水系統(tǒng)如圖1所示，三臺(tái)水泵將蓄水池中的水加壓后供生產(chǎn)、消防、生活和綠化用水，系統(tǒng)中并聯(lián)35m水塔，起到穩(wěn)定供水壓力、高峰期補(bǔ)水的作用。水泵的啟停由35m水塔浮子開(kāi)關(guān)控制，水位在400mm以下時(shí)水泵啟動(dòng)，水位達(dá)到2200mm以上時(shí)水泵停止，三臺(tái)水泵由軟啟動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

供水系統(tǒng)存在的問(wèn)題是：

（1）水泵啟動(dòng)的瞬間，對(duì)電網(wǎng)造成一定的沖擊。水泵啟動(dòng)時(shí)，易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，對(duì)加壓管道和水塔出水單向閥造成較大的沖擊，破壞性大，安全隱患大。（2）水塔水位的波動(dòng)較大，且這種供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，供水質(zhì)量差，供水壓力波動(dòng)對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。（3）水位檢測(cè)采用浮子開(kāi)關(guān)，容易卡滯，可靠性差。（4）水泵全負(fù)荷運(yùn)行，頻繁啟停，能耗較高且使用壽命縮短。

2 改造方案的提出

針對(duì)此供水系統(tǒng)存在的不足，為了提高供水質(zhì)量，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，我們提出使用PLC和變頻器改造成恒水位供水系統(tǒng)，保證水塔水位恒定，也就能保證系統(tǒng)恒壓供水。

3 改造方案實(shí)施

3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

其中PLC可編程控制器系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的水位值與反饋的實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值經(jīng)PID運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制水泵的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到水塔水位穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

3.2 水泵的控制策略

PLC自動(dòng)累計(jì)三臺(tái)水泵電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間，水泵電機(jī)的切換采用連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)即自動(dòng)停止，當(dāng)水位降低水位時(shí)，啟動(dòng)兩臺(tái)備用水泵中總運(yùn)行時(shí)間最短的那臺(tái)。若一臺(tái)水泵運(yùn)行在50Hz仍不能滿(mǎn)足供水，水位繼續(xù)下降至1800mm時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行總運(yùn)行時(shí)間較短的備用泵。水泵電機(jī)是根據(jù)水位檢測(cè)當(dāng)前水位值送入PLC和給定值之間偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，從而控制變頻器的輸出電壓和頻率，進(jìn)而改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變供水量，使水塔水位穩(wěn)定，達(dá)到供水管網(wǎng)壓力的恒定。

3.3 控制系統(tǒng)的選型

本系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-300型PLC、變頻器選用丹佛斯FC300型、水位傳感器選用E+H超聲波液位計(jì)、人機(jī)界面選用WINCC7.02。其中PLC控制系統(tǒng)采用分布式控制系統(tǒng)，PLC主站安裝在控制室的主控制柜內(nèi)，35m水塔裝有從站，主、從站通過(guò)Profibus網(wǎng)絡(luò)通訊。

3.4 程序設(shè)計(jì)

程序功能包含工作模式、模擬量輸入輸出處理、水泵自動(dòng)選擇、水塔水位的PID控制、聲光報(bào)警等功能。

系統(tǒng)的工作模式有手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行兩種，考慮到系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)自動(dòng)模式出故障時(shí)，系統(tǒng)能切換到手動(dòng)運(yùn)行模式，可以通過(guò)控制柜的按鈕進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)手動(dòng)操作，為了保證水塔水位，不影響供水質(zhì)量，在水塔上同時(shí)裝了兩塊E+H超聲波水位計(jì)，一塊接入PLC，另一塊接入操作室的二次顯示表。當(dāng)接入PLC的水位計(jì)故障或PLC系統(tǒng)故障時(shí)，可通過(guò)變頻器的手操板控制變頻器運(yùn)行。

3.6 系統(tǒng)的調(diào)試

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試水塔水位在1800-2200mm之間，供水壓力穩(wěn)定，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)、生活用水的需求。水塔水位的下下限設(shè)為1800mm，下限設(shè)為1900mm，上限設(shè)為2100mm，上上限設(shè)為2200mm，整定PID控制參數(shù)后，獲得了理想的效果，圖6是2#泵供水時(shí)水塔水位與運(yùn)行頻率的趨勢(shì)圖，從圖中可以看出，水塔水位十分穩(wěn)定。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)曲靖卷煙廠生產(chǎn)、消防、生活和綠化用水的特點(diǎn)，摒棄原軟啟動(dòng)控制裝置，重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于PLC的變頻恒水位供水自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅有效地保證了供水系統(tǒng)水壓的恒定，而且具有工作安全可靠、施工簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張春.西門(mén)子STEP7編程語(yǔ)言與使用技巧[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]胡壽松.自動(dòng)控制原理（第四版）[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[3]李軍.WinCC組態(tài)技巧與技術(shù)問(wèn)答[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013，1.

[4]丹佛斯變頻器FC300設(shè)計(jì)指南[Z].2008，7.

[5]丹佛斯變頻器FC300編程指南[Z].2011，6.

作者簡(jiǎn)介：王勤標(biāo)，男，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。