全自動PLC在雙恒壓無塔供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
全自動PLC在雙恒壓無塔供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
根據(jù)小區(qū)用水時間集中，用水量變化較大的特點,，分析了小區(qū)原供水系統(tǒng)存在成本高,，可靠性低,，水資源浪費,，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題,。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結(jié)合的方式，并配以變頻器,、PLC,、壓力傳感器,、液位傳感器等不同功能等傳感器,，根據(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速,，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍,。從而可以解決因樓層太高導(dǎo)致壓力不足及小流量時能耗大的問題。
雙恒壓供水控制系統(tǒng)是以PLC控制為核心,， 變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ),， 并結(jié)合壓力傳感器、變頻器,、水泵,、繼電器、接觸器等成,。在此系統(tǒng)中,，PLC將壓力設(shè)定值與測量值的偏差經(jīng)PID運算后得到的控制量作用到變頻器，從而通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)管網(wǎng)的力,， 實現(xiàn)恒壓供水的目的,。
變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)能、安全,、供水高品質(zhì)等優(yōu)點,，在供水行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機無級調(diào)速,，依據(jù)用水量的變化（實際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù),，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進,、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能,，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備,，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義,。
隨著社會的發(fā)展和進步,，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量,，不要因為壓力的波動造成供水障礙,；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水,。針對這兩方面的要求,，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，這就是PLC 控制的恒壓無塔供水系統(tǒng),。恒壓供水包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制—既雙恒壓系統(tǒng),。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC 為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能,，提高了系統(tǒng)的可靠性,。
PLC具有通用性強、使用方便,、適應(yīng)面廣,、可靠性高、抗干擾能力強,、編程簡單等特點,。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來,，是無法取代的,。
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)PLC的構(gòu)成
從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種,。固定式PLC包括CPU板,、I/O板、顯示面板,、內(nèi)存塊,、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體,。模塊式PLC包括CPU模塊,、I/O模塊、內(nèi)存,、電源模塊,、底板或機架,，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置.
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵,、石油,、化工、電力,、建材,、機械制造、汽車,、輕紡,、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),，使用情況主要分為如下幾類：
(1) 開關(guān)量邏輯控制
取代傳統(tǒng)的繼電器電路,，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制,，既可用于單臺設(shè)備的控制,，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機,、印刷機,、訂書機械、組合機床,、磨床,、包裝生產(chǎn)線,、電鍍流水線等,。
(2) 工業(yè)過程控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度,、壓力,、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量）,，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量,，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法,。過程控制在冶金,、化工、熱處理,、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用,。
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)PLC的應(yīng)用特點
(1) 可靠性高，抗干擾能力強
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能,。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造,，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性,。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,，故障也就大大降低,。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能,，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息,。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護,。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性,。
(2) 配套齊全,，功能完善，適用性強
發(fā)展到今天,，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外,，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn),，使PLC滲透到了位置控制,、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中,。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展,，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
(3) 易學(xué)易用,，深受工程技術(shù)人員歡迎
PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備,。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受,。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門,。
(4) 系統(tǒng)的設(shè)計,，工作量小，維護方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯,，大大減少了控制設(shè)備外部的接線,，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來,，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能,。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合,。
5． PLC應(yīng)用中需要注意的問題
PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)備,，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用,。然而,，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強,，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣,，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng),，就可能造成程序錯誤或運算錯誤,，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作,，從而不能保證PLC的正常運行,，要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力,；另一方面,，要求設(shè)計、安裝和使用維護中引起高度重視,，多方配合才能完善解決問題,，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)工藝過程及控制要求
(一)系統(tǒng)工藝流程
隨著社會的發(fā)展和進步,，城市高層建筑的供水問題日益突出,。一方面要求提高供水質(zhì)量,，不要因為壓力的波動造成供水障礙,；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時能夠可靠供水,。針對這兩方面的要求,，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，這就是PLC 控制的恒壓無塔供水系統(tǒng),。恒壓供水包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制—既雙恒壓系統(tǒng),。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC 為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性,。
下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程,。如圖2-1所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ 來控制注水閥YV1,，它們自動把水注滿儲水水池,，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水,。水池的高/低位信號也直接送給PLC,，作為低水位報警用。為了保證水的連續(xù)性,，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大,。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥YV2 處于失電狀態(tài),，關(guān)閉消防管網(wǎng),，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行,，使生活供水在恒壓狀態(tài)（生活用水低恒壓值）下進行,；當(dāng)有水災(zāi)發(fā)生時，電磁閥YV2 得電,，關(guān)閉生活用水管網(wǎng),，三臺泵供消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小,，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高壓恒壓值）下進行,。火災(zāi)結(jié)束后,，三臺再改為生活供水使用,。
(二)系統(tǒng)控制要求
對三泵生活/消防雙供水系統(tǒng)的基本要求是：
1)生活供水時，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運行,，消防供水時系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運行,。
2)三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t接入和退出在用水量小的情況下,，如果一臺泵連續(xù)運行時間超過3h，則要切換到下一臺泵,，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”,，避免一臺泵工作時間過長。
3)三臺泵在啟動時要有軟啟動功能,。
4)要有完善的報警功能,。
5)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。
(二)PLC的選型
從上面分析可以知道,，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點6 個,、開關(guān)量輸出點12 個；模擬量輸入點一個,、模擬量輸出點1 個,。如果選用CPU224PLC，也需要擴展單元,；如果選用CPU226PLC,，則價格較高，浪費較大,。參考西門子S7—200 產(chǎn)品目錄及市場實際價格,，選用主機為CPU222一臺，加上一臺擴展模塊EM222,，再擴展一個模擬量模塊EM235（4AI/1AO）,。這樣的配置是最經(jīng)濟的。整個PLC 系統(tǒng)的配置如圖3-1所示:
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)軟件設(shè)計
本程序分為三部分：主程序,、子程序和中斷程序,。邏輯運算及報警處理等放在主程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成,，這樣可節(jié)省掃描時間,。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID 控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%,，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%,。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）控制,，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計算初步確定但還需要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制效果,。
本文由恒壓供水系統(tǒng)原理、恒壓供水系統(tǒng)的電氣實現(xiàn),、系統(tǒng)的硬件選型,、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件電路設(shè)計等，本設(shè)計一共包含四大章設(shè)計內(nèi)容,，其主體是由變頻技術(shù),、壓差—恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)，是現(xiàn)階段水處理行業(yè)較為先進的供水方法,。本系統(tǒng)與現(xiàn)在普通供水系統(tǒng)相比,，具有簡單經(jīng)濟、控制方便,、節(jié)能降耗的優(yōu)點。
首先，普通供水系統(tǒng)只能單純手動控制電機的啟動和切換,，這樣在電機啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流,，長此以往對電機壽命有很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運轉(zhuǎn)效率低,、能耗大,。而本系統(tǒng)可根據(jù)實際壓力變化自動調(diào)整變頻器頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速,，減少了能量的消耗,。
其次，普通恒壓供水在用水量變化較大時有高效,、節(jié)能的優(yōu)點,，但在用水量很小的情況下，如晚上,，變頻器工作在出水頻率附近時耗電量增大,。而本系統(tǒng)通過壓差—恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)和微泄露補償技術(shù)解決了這個難題。
再次,，本設(shè)計運行維護簡單方便,，對于操作人員不要求具備專業(yè)的水處理知識，只根據(jù)操作說明書和操作規(guī)程就可以對整個水廠進行操作管理,，因此,，采用此設(shè)計建設(shè)的水廠適應(yīng)性強，在現(xiàn)階段很受客戶的歡迎,。這種水處理技術(shù)未來發(fā)展前景很大,，它的供水方式和控制方式都符合供水發(fā)展方向，是現(xiàn)代人們生活所要求的并且前景光明,。
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