全自動(dòng)PLC在雙恒壓無(wú)塔供水系統中的應用

      根據小區用水時(shí)間集中，用水量變化較大的特點(diǎn)，分析了小區原供水系統存在成本高，可靠性低，水資源浪費，管網(wǎng)系統待完善的問(wèn)題。提出以利用自來(lái)水水壓供水與水泵提水相結合的方式，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，根據管網(wǎng)的壓力，通過(guò)變頻器控制水泵的轉速，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致壓力不足及小流量時(shí)能耗大的問(wèn)題。

      雙恒壓供水控制系統是以PLC控制為核心， 變頻調速技術(shù)為基礎， 并結合壓力傳感器、變頻器、水泵、繼電器、接觸器等成。在此系統中，PLC將壓力設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(guò)變頻器控制水泵的轉速調節管網(wǎng)的力， 實(shí)現恒壓供水的目的。

      變頻調速恒壓供水技術(shù)其節能、安全、供水高品質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，在供水行業(yè)得到了廣泛應用。恒壓供水調速系統實(shí)現水泵電動(dòng)機無(wú)級調速，依據用水量的變化（實(shí)際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動(dòng)調節系統的運行參數，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿(mǎn)足用水要求是當今先進(jìn)、合理的節能型供水系統。在實(shí)際應用中如何充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻器調速恒壓供水設備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著(zhù)重要意義。

      隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問(wèn)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(dòng)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)生火災時(shí)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應運而生，這就是PLC 控制的恒壓無(wú)塔供水系統。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。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。

      PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的。

雙恒壓無(wú)塔供水系統PLC的構成

      從結構上分，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、內存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置.

雙恒壓無(wú)塔供水系統PLC的應用領(lǐng)域

      目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂(lè )等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類(lèi)：

(1) 開(kāi)關(guān)量邏輯控制

      取代傳統的繼電器電路，實(shí)現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。如注塑機、印刷機、訂書(shū)機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)等。

(2) 工業(yè)過(guò)程控制

      在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調節是一般閉環(huán)控制系統中用得較多的一種調節方法。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應用。

雙恒壓無(wú)塔供水系統PLC的應用特點(diǎn)

(1) 可靠性高，抗干擾能力強

      高可靠性是電氣控制設備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個(gè)系統將極高的可靠性。

(2) 配套齊全，功能完善，適用性強

      發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現，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)的工控設備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語(yǔ)言的人從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。

(4) 系統的設計，工作量小，維護方便，容易改造

      PLC用存儲邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控制設備外部的接線(xiàn)，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護也變得容易起來(lái)，更重要的是使同一設備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。

5． PLC應用中需要注意的問(wèn)題

      PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設備，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，但當生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，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(huì )造成設備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證PLC的正常運行，要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠(chǎng)家提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求設計、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(wèn)題，有效地增強系統的抗干擾性能。

雙恒壓無(wú)塔供水系統工藝過(guò)程及控制要求

(一)系統工藝流程

      隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問(wèn)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(dòng)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)生火災時(shí)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應運而生，這就是PLC 控制的恒壓無(wú)塔供水系統。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。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。

       下面以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無(wú)塔供水系統為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程。如圖2-1所示，市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器EQ 來(lái)控制注水閥YV1，它們自動(dòng)把水注滿(mǎn)儲水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)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(shí)電磁閥YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據生活用水的多少，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(jìn)行；當有水災發(fā)生時(shí)，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(jìn)行?；馂慕Y束后，三臺再改為生活供水使用。

(二)系統控制要求

對三泵生活/消防雙供水系統的基本要求是：

  1)生活供水時(shí)，系統應低恒壓值運行，消防供水時(shí)系統應高恒壓值運行。

  2)三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開(kāi)先?！钡脑瓌t接入和退出在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時(shí)間超過(guò)3h，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免一臺泵工作時(shí)間過(guò)長(cháng)。

  3)三臺泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能。

  4)要有完善的報警功能。

  5)對泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。

(二)PLC的選型

      從上面分析可以知道，系統共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)6 個(gè)、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)12 個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)一個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1 個(gè)。如果選用CPU224PLC，也需要擴展單元；如果選用CPU226PLC，則價(jià)格較高，浪費較大。參考西門(mén)子S7—200 產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機為CPU222一臺，加上一臺擴展模塊EM222，再擴展一個(gè)模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟的。整個(gè)PLC 系統的配置如圖3-1所示:

雙恒壓無(wú)塔供水系統軟件設計

      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。系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。生活供水時(shí)系統設定值為滿(mǎn)量程的70%，消防供水時(shí)系統設定值為滿(mǎn)量程的90%。在本系統中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時(shí)間常數可通過(guò)工程計算初步確定但還需要進(jìn)一步調整以達到最優(yōu)控制效果。

      本文由恒壓供水系統原理、恒壓供水系統的電氣實(shí)現、系統的硬件選型、系統的硬件電路設計和軟件電路設計等，本設計一共包含四大章設計內容，其主體是由變頻技術(shù)、壓差—恒壓自動(dòng)轉換技術(shù)，是現階段水處理行業(yè)較為先進(jìn)的供水方法。本系統與現在普通供水系統相比，具有簡(jiǎn)單經(jīng)濟、控制方便、節能降耗的優(yōu)點(diǎn)。

      首先，普通供水系統只能單純手動(dòng)控制電機的啟動(dòng)和切換，這樣在電機啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流，長(cháng)此以往對電機壽命有很大損害，而且在供水時(shí)一直按工頻全速運轉效率低、能耗大。而本系統可根據實(shí)際壓力變化自動(dòng)調整變頻器頻率，從而改變電機轉速，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(shí)有高效、節能的優(yōu)點(diǎn)，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(shí)耗電量增大。而本系統通過(guò)壓差—恒壓自動(dòng)轉換技術(shù)和微泄露補償技術(shù)解決了這個(gè)難題。

      再次，本設計運行維護簡(jiǎn)單方便，對于操作人員不要求具備專(zhuān)業(yè)的水處理知識，只根據操作說(shuō)明書(shū)和操作規程就可以對整個(gè)水廠(chǎng)進(jìn)行操作管理，因此，采用此設計建設的水廠(chǎng)適應性強，在現階段很受客戶(hù)的歡迎。這種水處理技術(shù)未來(lái)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，是現代人們生活所要求的并且前景光明。