PLC控制技術(shù)在水塔水箱自動(dòng)供水系統中的應用

1 引言

      水塔水箱自動(dòng)供水系統在各行各業(yè)的生產(chǎn)和生活中都起著(zhù)至關(guān)重要的作用。如何保證供水系統安全、可靠、穩定地運行是很多行業(yè)都很關(guān)注的問(wèn)題。把先進(jìn)的plc控制技術(shù)和變頻技術(shù)等自動(dòng)化控制技術(shù)應用到供水領(lǐng)域，成為對供水系統的要求。

      在水塔水箱自動(dòng)供水系統中，如果用戶(hù)用水量需要變化時(shí)，利用改變閥門(mén)開(kāi)度變化傳統的調整方法，會(huì )造成供水壓力不足或過(guò)大情況，容易造成資源浪費和產(chǎn)生安全隱患。因此，在一些用水量變化大、水壓控制高且流量完全由用戶(hù)確定的供水系統采用變頻調速技術(shù)則顯得尤為重要。

2 水塔水箱自動(dòng)供水系統工作原理

      水塔水箱自動(dòng)供水系統就是變頻調速技術(shù)在供水中的應用，其采用pid調節技術(shù)，使供水壓力恒定在一個(gè)設定范圍，其具有恒水壓力波動(dòng)小，節能效果明顯。實(shí)驗中采用循環(huán)軟啟方式。

      它的工作原理是：當變頻泵運行到工頻50hz時(shí)，此時(shí)的實(shí)際供水壓力若還沒(méi)有達到設定的供水壓力，不是直接啟動(dòng)另外一臺水泵，而是將當前以變頻運行的水泵直接切換到工頻方式運行，而以變頻方式啟動(dòng)另外一臺水泵，以達到維持系統壓力的目的。在切換水泵時(shí)，按照先啟先停的方式進(jìn)行。這樣的好處是機組中的每一臺水泵在工作中都可以被使用到。

      在水塔水箱自動(dòng)供水系統運行過(guò)程中，將供水管網(wǎng)實(shí)際壓力與設定壓力比較，將得到的壓力差經(jīng)過(guò)pid控制器計算與轉換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調節水泵機組的運行方式和運行速度，最終使實(shí)際供水壓力與設定壓力值相等。

3 水塔水箱自動(dòng)供水系統硬件設計

      水塔水箱自動(dòng)供水系統由水箱、管路、閥門(mén)和水泵機組、電氣操作系統和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統由plc、變頻器(mm440)、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源、小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。

      在此水塔水箱自動(dòng)供水系統中，傳感器將供水管中的壓力轉換成電量信號后，傳送到plc的特殊功能模塊，進(jìn)行數據處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機。變頻器是這個(gè)系統中的核心器件，通過(guò)plc對變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力，實(shí)現恒壓供水的要求。plc將模擬量輸入、輸出模塊經(jīng)過(guò)轉換后的數據進(jìn)行pid運算，然后將計算值輸出變頻器，變頻器根據輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實(shí)現對電機轉速的調節，改變管內壓力值。 

根據控制要求，水泵機組由四臺水泵組成。第一臺水泵變壓不足時(shí)，將第一臺水泵切入工頻運行，再投入第二臺變頻泵第四臺水泵啟動(dòng)。停泵時(shí)先停第一臺工頻泵，再停第二臺工頻先開(kāi)先停。

4 水塔水箱自動(dòng)供水系統軟件設計

4.1程序模塊設計

      軟件系統設計基于windows平臺的32位編程軟件包step-7 micro win，采用模塊化設計方法，主程序的流程圖如圖3所示。

      除主程序的流程以外，程序模塊設計還涉及到定時(shí)器t0初始化程序、中斷服務(wù)程序、故障報警子程序等相應的模塊。

4.2組態(tài)軟件

      本系統我們采用wincc組態(tài)軟件[6]。wincc是一個(gè)工控系統中的一個(gè)電腦控制組態(tài)軟件，它他可以和plc通訊，可以點(diǎn)擊組態(tài)中的按鈕來(lái)操作一些設備的運行或停止；plc是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來(lái)控制一些設備的運行順序和狀態(tài)，是工業(yè)中必不可少的一種控制方式。

因組態(tài)軟件不能直接讀取aiw通道中的數據，所以運用step7中的傳送指令，將aiw通道中的數據傳送到變量存儲區中，以便組態(tài)軟件從中讀取數據。

4.3wincc與s7-200plc的通信

      wincc與s7-200系列plc的通信，可以采用ppi和profibus兩種協(xié)議之一進(jìn)行。通過(guò)profibus協(xié)議進(jìn)行wincc與s7-200系列plc通信的實(shí)現,需要以下幾點(diǎn)：

(1)軟硬件要求

      pc機，windows98操作系統；s7-200系列plc；cp5412板卡或者其他同類(lèi)板卡，如：cp5613，cp5611；em277 profibus dp模塊；profibus電纜及接頭；安裝cp5412板卡的驅動(dòng)；安裝wincc 4.0或以上版本；安裝com profibus軟件。

(2)組態(tài)

      首先，打開(kāi)simatic net\com profibus，重新建立一個(gè)組態(tài)，主站為softnet-dp，從站是em277 profibus-dp。

(3)設置pg/pc interface

      在設置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。

(4)wincc的設置

      在wincc變量管理器中添加一個(gè)新的驅動(dòng)程序，新的驅動(dòng)程序選擇profibus dp.chn，設定參數。

(5)建立變量

      wincc中的變量類(lèi)型有in和out。in和out是相對于主站來(lái)說(shuō)的，即in表示wincc從s7-200系列plc讀入數據，out表示wincc向s7-200系列plc寫(xiě)出數據。in和out與數據存儲區v區對應。

(6)優(yōu)缺點(diǎn)

      優(yōu)點(diǎn)：該方法數據傳輸速度快，易擴展，實(shí)時(shí)性好；

      缺點(diǎn)：傳送數據區域有限(最大64字節)，在plc中也必須進(jìn)行相應的處理，且硬件成本高，需要profibus總線(xiàn)等硬件，還需要com profibus軟件。

      應用場(chǎng)合：適用于要求高速數據通信和實(shí)時(shí)性要求高的系統。 

5 結束語(yǔ)

      文中介紹的新型供水方式不論在設備的投資運行的經(jīng)濟性，還是系統的穩定性和可靠性，自動(dòng)化程序等方面，都是具有無(wú)法替代的優(yōu)勢，而且具有顯著(zhù)的節能效果。目前，該水塔水箱自動(dòng)供水系統正向著(zhù)高可靠性、全數字化微機控制、多品種的方向發(fā)展，而追求高度智能化、系列化、標準化將成為必然趨勢。