基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)
Its functions are: it can make the pressure sensor to collect the pressure signal in the pipe line net, and this pressure signal can be converted analog signals to and be transmitted to the intelligence conversion —an instrument(the SR93 series PID modulator), the intelligence conversion instrument (the SR93 series PID modulator) display the actual pressure value of the tube net, and the intelligence conversion instrument (the SR93 series PID modulator) enact the pressure value ,the customer want to gain, when the pressure value is gained , the customer demand of and the pressure value is gained, the pipe line net display in practice, the intelligence conversion instrument (the SR93 series PID modulator) output an analog signals, and it will change frequency of Fuji transducer to influence the exportation frequency of the water pump (the FRENIC 5000 G11 Ss/P11s S), it will influence rotate speed of water pump electrical engineering, changing flux of water , so it will attain the purpose of the steady presses water supply.
引言
隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)的迅速發(fā)展,水、電供應(yīng)不足的矛盾越來越成為人們關(guān)注的問題。例如,人們?nèi)粘Ｉ钪械挠盟吭絹碓酱?一天中的用水量的波動(dòng)也越來越大。以往的供水系統(tǒng)中,水泵的選取往往是按最大供水量來確定,而實(shí)際的用水量在不斷變化。高峰用水時(shí)間較短,這樣水泵在很長一段時(shí)間內(nèi)有較大余量,不僅水泵效率低,供水壓力不穩(wěn),而且造成大量電力、水資源的浪費(fèi);并且以往依靠手動(dòng)操作控制泵的啟動(dòng)、停止,也已不能滿足要求。這里,介紹一種變頻控制的恒壓供水系統(tǒng),它既能解決人工操作的繁雜勞動(dòng)和精神壓力,又能節(jié)約能源[5]。
一、系統(tǒng)介紹
該控制系統(tǒng)主要裝置包括：可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力傳感器、PID控制器以及相關(guān)軟件控制單元。該裝置形成一套完整的、全自動(dòng)的、智能的恒壓供水控制系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)能夠以三種方式工作，分別為全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)操作方式，其中后兩種是在全自動(dòng)方式出現(xiàn)故障時(shí)的彌補(bǔ)。
圖1 恒壓供水系統(tǒng)簡圖
2全自動(dòng)恒壓供水控制原理
當(dāng)主水管網(wǎng)壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數(shù)字PID控制器，控制器根據(jù)壓力設(shè)定值與實(shí)際檢測值進(jìn)行PID運(yùn)算，并給出信號直接控制變頻器的轉(zhuǎn)速以使管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定。當(dāng)用水量不是很大時(shí)，一臺泵在變頻器的控制下穩(wěn)定運(yùn)行；當(dāng)用水量大到變頻器全速運(yùn)行也不能保證管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定時(shí)，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時(shí)被PLC檢測到，PLC自動(dòng)將原工作在變頻狀態(tài)下的泵，投入到工頻運(yùn)行，以保持壓力的連續(xù)性，同時(shí)將一臺備用的泵用變頻器起動(dòng)后投入運(yùn)行，以加大管網(wǎng)的供水量，保證壓力穩(wěn)定。若兩臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)仍，則依次將變頻工作狀態(tài)下的泵投入到工頻運(yùn)行，而將另一臺備用泵投入變頻運(yùn)行。當(dāng)用水量減少時(shí)，首先表現(xiàn)為變頻器已工作在最低速信號有效，這時(shí)壓力上限信號如仍出現(xiàn)，PLC首先將工頻運(yùn)行的泵停掉，以減少供水量。當(dāng)上述兩個(gè)信號仍存在時(shí)，PLC再停掉一臺工頻運(yùn)行的電機(jī)，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水[4]。另外，控制系統(tǒng)設(shè)兩臺泵為一組，每臺泵的電機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間可顯示，24小時(shí)輪換一次，既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)的泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，確保了泵的可靠壽命。
二、系統(tǒng)原理圖
1.PLC系統(tǒng)原理圖，如圖2所示：
圖2 PLC系統(tǒng)原理圖
2.外部設(shè)備接線圖，如圖3所示：
三、 恒壓供水控制系統(tǒng)的編程
本程序用富士專用的FLEX PLC編程器編譯[1]，利用梯形圖清晰直觀地展示各設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等等。具體編程思想如下：
首先選擇利用FLEX PLC的輸入繼電器、輸出繼電器以及內(nèi)部繼電器，確定本設(shè)計(jì)方案所包括的儀器儀表。即一臺富士NB系列PLC、兩臺7.5KW水泵、一臺富士G11/P11變頻器、一臺壓力傳感器、一臺SR90系列PID調(diào)節(jié)器、若干個(gè)空氣開關(guān)、斷路器、中間繼電器等。根據(jù)PLC接線原理圖（如圖2所示），進(jìn)行詳細(xì)接線，并參考FUJI NB系列可編程控制器得參考手冊，對PLC輸入輸出端子進(jìn)行定義。
部分梯形圖
PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)部分梯形圖如下[2]：
四、系統(tǒng)操作說明
4.1自動(dòng)控制
1. 設(shè)定用戶需要的目標(biāo)壓力值
系統(tǒng)送電之后，控制柜面板上的電源指示燈點(diǎn)亮，其下方的溫控表將會(huì)有顯示：PV---.---、SV---.---。其中PV---.---表示水管網(wǎng)中的實(shí)測壓力值,SV---.---表示用戶需要的目標(biāo)壓力值.用戶可按動(dòng)▲、▼鍵使 SV---.--- 中的數(shù)字發(fā)生改變，直到顯示用戶需要的水管網(wǎng)的壓力值時(shí)按下ENT鍵，結(jié)束目標(biāo)壓力值設(shè)定。
2.選擇需要開啟的泵組
自動(dòng)/停/手動(dòng)開關(guān)向左45度扳動(dòng)一次時(shí)，泵組處于啟動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)將選擇1號泵組啟動(dòng)；控制柜面板上的自動(dòng)/停/手動(dòng)開關(guān)扳到垂直位置時(shí)，四臺泵組均處于停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)將自動(dòng)/停/手動(dòng)開關(guān)再次向左45度扳動(dòng)一次時(shí)，系統(tǒng)將選擇2號泵啟動(dòng)；
3.變頻自動(dòng)工作開始
當(dāng)系統(tǒng)檢測到某臺泵組的啟動(dòng)信號以后，便會(huì)使變頻器開始升頻工作，此時(shí)水管網(wǎng)中的壓力開始上升，即PV---.---中的顯示值開始上升，并不斷趨向于用戶設(shè)定的SV---.---中的目標(biāo)壓力值。當(dāng)水管網(wǎng)中的壓力和用戶的設(shè)定的目標(biāo)壓力值相吻合（即PV---.---中的顯示值和SV---.---中的顯示值相吻合）時(shí)，變頻器的輸出頻率便會(huì)穩(wěn)定[3]。
4.2自動(dòng)控制中的部分功能
1.自動(dòng)切換至工頻
2.故障泵組自動(dòng)退出運(yùn)行
3.定期倒換工作泵組
五、恒壓供水控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
1.采用變頻恒壓供水，消除了主管網(wǎng)壓力波動(dòng)，保證了供水質(zhì)量，而且節(jié)能效果明顯，并延長了主管網(wǎng)及其閥門的使用壽命。
2.用穩(wěn)壓減壓閥經(jīng)濟(jì)地解決了不同用水壓力的問題。
3.拓寬運(yùn)用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠(yuǎn)程通訊總是并達(dá)到異地連鎖控制的目的。
4.在抽水泵房設(shè)置連續(xù)液位顯示，并將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機(jī)，設(shè)定的取水位置，確保水的質(zhì)量。
5.電機(jī)既有電機(jī)保護(hù)器，又有軟起動(dòng)器，克服了起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，相對延長了電機(jī)制使用壽命。
6.由于采用PLC控制的壓力自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程操作，系統(tǒng)的PLC預(yù)留有RS485接口，可與公司總調(diào)度室計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。
7.通過采用變頻器控制，可在不同季節(jié)、節(jié)假日、日夜及上下班等全面調(diào)控水量。
參考文獻(xiàn)
[1] FUJI NB系列 編程手冊
[2] 鐘肇星.《可編程控制器原理及應(yīng)用》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1991.7-15.
[3] 黃立培，等.《變頻器應(yīng)用技術(shù)及電機(jī)調(diào)速》.北京：人民郵電出版社，1998.32-45. [4] 高欽和.《PLC可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)例》.北京：人民郵電出版社，2000.76-90.
[5] 尹明,時(shí)代偉.恒壓供水模糊控制器的研制[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào),2003,19(1):53-54.
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