plc在城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p>　　PLC在城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　摘要:本設(shè)計(jì)是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，以此保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: PLC；恒壓供水；變頻技術(shù) </p><p>　　Ab

2、stract: the design is based on the water supply system as the control object, using PLC and frequency conversion technology combined with technology, design a set of constant pressure water supply system and the city, to

3、 use the computer for remote monitoring and management of the water supply system, to ensure that the system is reliable, safe and energy saving, to obtain the optimal operation condition. </p><p>　　Keywords

4、: PLC; constant pressure water supply; frequency conversion technology </p><p>　　中圖分類號(hào)： TV674文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2013） </p><p><b>　　1、系統(tǒng)介紹 </b></p><p>　　在我們這個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)

5、家，長(zhǎng)期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面的技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度較低，而隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城市中住宅建設(shè)速度驚人，這也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)是住宅建設(shè)的重要一環(huán)，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到居住的品質(zhì)。 </p><p>　　供水系統(tǒng)是國(guó)民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)。傳統(tǒng)供水方式占地面積較大，水質(zhì)易受到污染，傳統(tǒng)的供水

6、方式嚴(yán)重浪費(fèi)水力和電力資源，可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水，而最主要的缺點(diǎn)是水壓不能保持恒定，導(dǎo)致部分設(shè)備不能正常工作。變頻調(diào)速技術(shù)是一種新型的交流電機(jī)無(wú)極調(diào)速技術(shù)，它有著優(yōu)良的控制性能，被廣泛應(yīng)用于各種速度控制領(lǐng)域，特別是供水行業(yè)中。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)是以小區(qū)供水系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用PLC和變頻技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，設(shè)計(jì)一套城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)，并引用計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管

7、理，以此保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全節(jié)能，獲得最佳的運(yùn)行工況。 </p><p><b>　　2、系統(tǒng)組成 </b></p><p>　　PLC控制變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有可編程控制器（PLC）、變頻器、壓力變送器和現(xiàn)場(chǎng)水泵機(jī)組構(gòu)成完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有3個(gè)貯水池，3臺(tái)水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行

8、。PLC根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制各個(gè)水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測(cè)值和給定值之間的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，通過變頻器來控制其輸出頻率，以此調(diào)節(jié)流量，保證供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。 </p><p>　　系統(tǒng)可分為：執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三大部分，具體為： </p><p>　　(l) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)，其中由一臺(tái)變頻

9、泵和兩臺(tái)工頻泵構(gòu)成，變頻泵是由變頻調(diào)速器控制、可以進(jìn)行變頻調(diào)整的水泵，用以根據(jù)用水量的變化改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以維持管網(wǎng)的水壓恒定；工頻泵只運(yùn)行于啟、停兩種工作狀態(tài)，用以在用水量很大的情況下投入工作。 </p><p>　　(2) 信號(hào)檢測(cè)機(jī)構(gòu)：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測(cè)的信號(hào)包括管網(wǎng)水壓信號(hào)、水池水位信號(hào)和報(bào)警信號(hào)。管網(wǎng)水壓信號(hào)反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反饋信號(hào)。此信號(hào)是模擬信號(hào)，讀入PLC時(shí)

10、，需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。另外為加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，還需對(duì)供水的上限壓力和下限壓力用電接點(diǎn)壓力表進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可以送給PLC，作為數(shù)字量輸入；水池水位信號(hào)反映水泵的進(jìn)水水源是否充足。信號(hào)有效時(shí)，控制系統(tǒng)要對(duì)系統(tǒng)實(shí)施保護(hù)控制，以防止水泵空抽而損壞電機(jī)和水泵。此信號(hào)來自安裝于水池中的液位傳感器；報(bào)警信號(hào)反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載、變頻器是否有異常，該信號(hào)為開關(guān)量信號(hào)。 </p><p>　　(3) 控制機(jī)構(gòu)：

11、供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統(tǒng))、變頻器和電控設(shè)備三個(gè)部分。供水控制器是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對(duì)系統(tǒng)中的壓力、液位、報(bào)警信號(hào)進(jìn)行采集，對(duì)來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過變頻調(diào)速器和接觸器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即水泵機(jī)組)進(jìn)行控制；變頻器是對(duì)水泵進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號(hào)改變調(diào)速泵的運(yùn)行頻率，完成對(duì)調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速控制。

12、 </p><p><b>　　3、設(shè)備選型 </b></p><p>　　本系統(tǒng)主要設(shè)備如表1所示： </p><p>　　表1 本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單 </p><p>　　PLC是整個(gè)變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對(duì)系統(tǒng)中所有輸入號(hào)的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實(shí)現(xiàn)以及對(duì)外的數(shù)據(jù)交換。因此我們?cè)谶x擇PLC

13、時(shí)，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對(duì)較少，因此PLC選用德國(guó)SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p&

14、gt;　　根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮PLC端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關(guān)量輸出為16點(diǎn)，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入CPU226為24點(diǎn)，輸入形式為+24V直流輸入。由于實(shí)際中需要模擬量輸入點(diǎn)1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個(gè)模擬輸入(AIW)，1個(gè)模擬輸出(AQW)信號(hào)通道。EM235模塊可以針對(duì)不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信

15、號(hào)，通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。 </p><p>　　由于本設(shè)計(jì)中PLC選擇的西門子S7-200型號(hào)，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。它是用于三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品，由微處理器控制，具有很高的運(yùn)行可靠性和很強(qiáng)的功能。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，有內(nèi)置的RS-485/232C接口和用于簡(jiǎn)單過程控制的PI閉環(huán)控制器，可以根據(jù)

16、用戶的特殊需要對(duì)I/O端子進(jìn)行功能自定義。MicroMaster440變頻器的輸出功率為0.75~90KW，適用于要求高、功率大的場(chǎng)合，恰好其輸出信號(hào)能作為75KW的水泵電機(jī)的輸入信號(hào)。另外選擇西門子的變頻器可以通過RS-485通信協(xié)議和接口直接與西門子PLC相連，更便于設(shè)備之間的通信。 </p><p><b>　　4、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) </b></p><p>　　P

17、LC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、水泵電機(jī)變頻/工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、模擬量比較計(jì)算程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。主程序大體包括以下幾部分： </p><p>　　(1) 調(diào)用初始化子程序，設(shè)定各初始值； </p><p>　　(2) 根據(jù)增、減泵條件確定工頻泵運(yùn)行數(shù)； </p><p>　　(3) 根據(jù)增泵、倒泵情況確定變頻泵號(hào)； </p&

18、gt;<p>　　(4) 通過工頻泵數(shù)和變頻泵號(hào)對(duì)各泵運(yùn)行情況進(jìn)行控制； </p><p>　　(5) 進(jìn)行報(bào)警和故障處理。 </p><p><b>　　5、總結(jié) </b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要的工作如下： </p><p>　　(1) 由PLC、變頻器實(shí)現(xiàn)生活用水的恒壓控制。系統(tǒng)采用PLC實(shí)

19、現(xiàn)對(duì)多泵切換的控制。通過變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)三相水泵電機(jī)的軟啟動(dòng)，由電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對(duì)水壓的調(diào)節(jié)。 </p><p>　　(2) 通過對(duì)控制過程和原理的分析，利用西門子STEP7 MicroWIN編程軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)用于恒壓供水系統(tǒng)的程序，本程序包括順序控制主程序，初始化子程序和中斷子程序三部分。 </p><p>　　(3) 對(duì)上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。根據(jù)泵站監(jiān)控要求，利用組態(tài)監(jiān)控軟件完