PLC控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計分析

司道遠

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

關(guān)鍵詞：PLC控制；恒壓；供水系統(tǒng)

現(xiàn)在常見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，隨著計算機技術(shù)、自動化技術(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行效果。如PLC、計算機與變頻技術(shù)綜合組成的恒壓供水系統(tǒng)，能夠自動根據(jù)用水量變化及時進行調(diào)節(jié)，整個供水過程效率更高，同時在經(jīng)濟與穩(wěn)定性等方面也具有更大的優(yōu)勢。

1恒壓供水系統(tǒng)概述

恒壓供水系統(tǒng)實現(xiàn)了PLC與變頻技術(shù)的組合，通過變頻器來對水泵的運行進行控制，達到將市政管網(wǎng)水源以及地下水源經(jīng)蓄水池直接加壓進入到供水管網(wǎng)中，滿足生產(chǎn)生活需求。在系統(tǒng)運行時，可以通過對供水管網(wǎng)流量以及壓力變化，利用PLC自動控制變頻器輸出頻率，對水泵電機的運轉(zhuǎn)速度進行調(diào)控，將系統(tǒng)運行壓力維持在穩(wěn)定狀態(tài)，達到恒壓供水的目的。恒壓供水系統(tǒng)具有經(jīng)濟效益高、運行穩(wěn)定、操作簡單以及自動化程度高等優(yōu)點，在運行過程中管理十分方便。

2 PLC控制恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計分析

2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計

2.1.1水泵機組

水泵機組為供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，在選擇時需要結(jié)合系統(tǒng)運行實際需求，對當(dāng)?shù)毓┧枨筮M行分析，同時參考供水流量、供水類型以及供水壓力等參數(shù)，確定水泵機組、電機等構(gòu)件。如可以選擇用3臺DFW系列離心泵為二級加壓泵房機組，此種水泵電機與泵直接相聯(lián)，中間傳動結(jié)構(gòu)更為簡單，運行時穩(wěn)定性更高。電機為三相異步電動機，轉(zhuǎn)速為1480r/min，功率160KW，額定電流288A。另外，可以選擇用硬質(zhì)合金機械來進行軸封處理，不但可以延長設(shè)備服務(wù)年限，同時在后期運行維護過程中也更為方便。

2.1.2儀表

（1）電磁流量計。

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，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，測量管內(nèi)無阻流部件，對直管段要求比較低，并且在測量時不會受到液體密度、溫度、壓力以及粘度等因素影響嗎，計量結(jié)果更準確。

（2）壓力變送器。

主要作用是檢測供水管網(wǎng)壓力變送為4～20mA電流信號輸入到PLC中，對比壓力設(shè)定值后由PID進行調(diào)節(jié)，最后將運算后頻率輸出到變頻器，來對水泵電機運行頻率、供水量等進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)恒壓供水。在選擇時應(yīng)以水泵機組供水量、揚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，并且零點與量程調(diào)整影響小。

1.1.3變頻器

以電動機額定電流與功率來確定所選變頻器容量，確保其運行時能夠滿足幾個條件，即：

2.2系統(tǒng)電路設(shè)計

系統(tǒng)電路的設(shè)計需要做好幾個因素的分析，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，不會對控制器程序以及數(shù)據(jù)造成損壞，并且電路運行具有較高的穩(wěn)定性與安全性。尤其是對于不允許斷電的場合，需要做好電源冗余管理，并對其進行完善的抗干擾處理。變頻器輸入信號分為控制信號與輸入電源信號2種，設(shè)計時應(yīng)選擇用控制電路端子FWD、REV等方式來代替主電路電源ON/OFF方式來對變頻器運行進行控制。輸出信號分為輸出控制信號與送水泵變頻器輸出電源信號兩種，其中控制信號包括送PLC超壓信號、欠壓信號、變頻器故障信號。

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

2.3監(jiān)測軟件系統(tǒng)計

2.3.1軟件架構(gòu)

為保證監(jiān)測軟件設(shè)計效果滿足系統(tǒng)恒壓供水需求，必須要在根本上掌握好總體功能設(shè)計，做好軟件架構(gòu)分析，在實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測基礎(chǔ)功能的同時，降低系統(tǒng)設(shè)計與運行所需成本。從系統(tǒng)監(jiān)測功能來看，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)運行狀態(tài)控制模塊，主要是以各項數(shù)據(jù)對系統(tǒng)狀態(tài)影響為基礎(chǔ)，通過各項收集到的信息數(shù)據(jù)進行分析，來對各運行參數(shù)進行調(diào)整，保證設(shè)備維持在一個良好的運行狀態(tài)。而數(shù)據(jù)管理模塊則主要對各項數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、查詢以及分析，同時為向系統(tǒng)管理提供依據(jù)還需要對數(shù)據(jù)庫進行維護。

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警、參數(shù)設(shè)定、狀態(tài)顯示以及調(diào)整等作用，以對數(shù)據(jù)的分析結(jié)果為依據(jù)，來對各項運行參數(shù)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確保系統(tǒng)維持在良好的運行狀態(tài)。第一，報警。當(dāng)系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)故障會及時通過聲音或者燈光閃爍等方式向工作人員發(fā)出警報，進而可以及時采取措施處理故障。其中，要詳細如實記錄故障資料數(shù)據(jù)，便于系統(tǒng)運行狀態(tài)的分析。第二，狀態(tài)調(diào)整。即以設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)、數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過詳細分析在電腦上對各參數(shù)做進一步的調(diào)整。一般可以利用PLC反饋的水位與壓力數(shù)據(jù)，對PID參數(shù)進行調(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。主要利用趨勢圖方式來將各項運行參數(shù)以動態(tài)的方式呈現(xiàn)出來，操作人員通過對趨勢圖的分析，既可以弄清并掌握設(shè)備運行的詳細狀態(tài)。

2.3.3數(shù)據(jù)采集與通信

即對系統(tǒng)運行參數(shù)與數(shù)據(jù)進行采集與處理，同時包括通信參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)存儲與通信等功能，其中參數(shù)設(shè)定即以系統(tǒng)管網(wǎng)供水壓力、用戶用水時間、用水量等為依據(jù)，完成對壓力傳感器參數(shù)的設(shè)定，并利用PLC與上位機PC機相互通信協(xié)議來實現(xiàn)通信參數(shù)的設(shè)定。恒壓供水系統(tǒng)運行會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過對其的綜合分析與調(diào)整，對提高系統(tǒng)運行效果具有重要意義。數(shù)據(jù)處理模塊的設(shè)計，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，利用濾波對其進行相應(yīng)處理后存于數(shù)組中。而數(shù)據(jù)通信模塊的設(shè)計則應(yīng)滿足對PLC不同共狀態(tài)的控制，由上位機下達控制命令并完成對控制參數(shù)的修改。

2.4 PLC程序設(shè)計

PLC程序設(shè)計內(nèi)容主要包括系統(tǒng)初始化程序、水泵電機--啟動程序、小功率水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、閥門開啟關(guān)閉程序、停機程序以及報警程序等，所有程序相互配合來實現(xiàn)恒壓供水系統(tǒng)的正常運行。第一，初始化程序。即在系統(tǒng)正式運行前，對整個系統(tǒng)的不同部分實際工作狀態(tài)進行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤內(nèi)容則發(fā)出警報，初始化模擬量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)表同時賦予其初值，整個環(huán)節(jié)需要在主程序里面對子程序進行調(diào)用方式來完成。第二，水泵電機啟動程序。PLC程序來完成電機的啟動，并且啟動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接觸器閉合，將變頻器外控端子FMD-CM常開觸點相連，將BX-CM間處于斷開狀態(tài)。第三，閥門啟閉程序。重點設(shè)計水泵機組啟停閥門啟閉研究，以及自動切換時閥門啟閉研究，一般情況下水泵機組啟動時，要先開機然后開閥，停機時則先關(guān)閥在停機。

3結(jié)語

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