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基于PLC和觸摸屏控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)
1 引言
隨著3c技術(shù)（計(jì)算機(jī),、通信,、控制）和變頻技術(shù)的不斷發(fā)展,，在居民小區(qū)生活用水,、工業(yè)用水,、各類自來(lái)水廠、大型廠礦和消防用水等供水系統(tǒng)中,，原來(lái)均是采用水塔,、高位水箱等設(shè)備，這些設(shè)備不但占地廣,、投資大,，而且越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代化的供水要求。另一方面,，采用傳統(tǒng)的方法很難保證供水的實(shí)時(shí)性,，并且由于水泵是采用最大供水量設(shè)計(jì)的，由于用水高峰時(shí)間短,，很容易造成能源的浪費(fèi)以及由于管網(wǎng)壓力過(guò)大而引起的管網(wǎng)損壞,。本文以永城煤電集團(tuán)水廠的控制系統(tǒng)為例，介紹一種基于plc和觸摸屏控制的恒壓供水系統(tǒng),。
二,、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
永城煤電集團(tuán)水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)由plc控制器、兩臺(tái)變頻調(diào)速器,、軟啟動(dòng)器,、觸摸屏顯示器、交流接觸器,、熱繼電器,、壓力變送器、水位變送器,、流量變送器等其他電控設(shè)備以及4臺(tái)75kw水泵和一臺(tái)45kw的小水泵組成,，如圖1所示。
圖 1 恒壓供水系統(tǒng)圖
在供水系統(tǒng)的蓄水池中安裝水位變送器,，在總出水管安裝壓力變送器和流量變送器,，檢測(cè)出水位、壓力和流量,，轉(zhuǎn)換成4～20ma的信號(hào),，輸入到plc的模擬量輸入模塊,，將檢測(cè)到的壓力信號(hào)和通過(guò)觸摸屏設(shè)置的壓力經(jīng)過(guò)pid運(yùn)算，通過(guò)控制變頻器的輸出頻率來(lái)調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以達(dá)到保持水壓的恒定;同時(shí)通過(guò)水位檢測(cè),，根據(jù)水位的高低來(lái)開啟水源井的多少和調(diào)節(jié)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力,。同時(shí)，在觸摸屏顯示器上可以顯示各個(gè)電機(jī)的電流,、頻率,、水位、水壓,、工頻和變頻運(yùn)行的時(shí)間以及各泵的運(yùn)行狀態(tài),。系統(tǒng)信息還可以通過(guò)企業(yè)的intranet網(wǎng)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和控制,。
三,、控制對(duì)象
根據(jù)永城煤電集團(tuán)水廠供水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況，控制水廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（泵,、閥門等）的開,、關(guān)、停,、運(yùn)行;電磁閥的開啟,、關(guān)閉;各水源井的開啟、停止;變頻器的啟動(dòng)/停止,，以實(shí)現(xiàn)水廠恒壓供水的自動(dòng)控制,。
四、系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式:
4.1 手動(dòng)運(yùn)行方式
選擇手動(dòng)運(yùn)行方式時(shí),，根據(jù)需要,，通過(guò)按啟動(dòng)和停止按鈕，來(lái)控制各水泵,。這種方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)使用。
4.2自動(dòng)運(yùn)行方式
（1） 啟動(dòng)程序
在自動(dòng)運(yùn)行時(shí),，首先檢測(cè)5臺(tái)泵是否有泵出現(xiàn)故障,，如果1＃泵出現(xiàn)故障，則通過(guò)觸摸屏在線修改該水泵的狀態(tài),，把1＃泵設(shè)為故障狀態(tài),，則系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)不啟動(dòng)1＃泵,。其次檢測(cè)蓄水池水位,，如果符合要求，1＃泵也*,，開始啟動(dòng)真空泵抽真空,，如果滿足要求,，則1＃泵變頻交流接觸器吸合，電機(jī)和變頻器連通,，同時(shí)打開1＃泵的電磁閥,，通過(guò)檢測(cè)壓力的大小，plc經(jīng)過(guò)pid運(yùn)算,，此時(shí)變頻器的輸出頻率從0hz開始上升,，如果壓力不夠，則上升到50hz,，延時(shí)后,，通過(guò)軟啟動(dòng)器，將1＃泵切換到工頻,，再啟動(dòng)2＃泵,，依次類推，直到出水壓力達(dá)到設(shè)定壓力,。
（2） 水泵切換程序
根據(jù)流量傳感器檢測(cè)到的流量的大小,，如果出水量減少，出水壓力過(guò)大,，則plc控制變頻器的輸出頻率,，減少出水量來(lái)穩(wěn)定出水壓力。如果變頻器的輸出頻率在20hz,，此時(shí)plc開始計(jì)時(shí),，如果出水壓力降低，則放棄計(jì)時(shí);如果出水壓力一直高于設(shè)定壓力,，到一定時(shí)間后,，則根據(jù)先投先停的原則，plc將先關(guān)閉正在運(yùn)行的投入時(shí)間最長(zhǎng)的泵的電磁閥,，再關(guān)閉該泵,，直到出水壓力達(dá)到設(shè)定值。
（3） 啟動(dòng)小功率泵
對(duì)于永城煤電公司居民生活用水來(lái)說(shuō),，其屬于用水時(shí)段性很強(qiáng)的系統(tǒng),，因此在5臺(tái)水泵中，1＃-4＃泵為75kw,，5＃泵為45kw,。因此，當(dāng)在用水低谷時(shí),，一臺(tái)45kw的小功率泵就足可以保持供水壓力,，此時(shí)，就可以通過(guò)變頻運(yùn)行5＃小功率泵,，使其工作在低頻狀態(tài),，就可以維持供水系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定,。
（4） 遠(yuǎn)程控制和故障診斷
該控制系統(tǒng)通過(guò)plc的通訊模塊cp340向設(shè)在局后勤處的上位機(jī)發(fā)送信息，兩者之間通訊采用rs-485方式,。當(dāng)在上位機(jī)上發(fā)現(xiàn)有故障如蓄水池水位過(guò)低時(shí),，可以通知多開啟水源井和反滲透裝置，以提高蓄水池水位,，防止因水位過(guò)低造成的水泵干抽現(xiàn)象,。由于系統(tǒng)的上位機(jī)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，當(dāng)出現(xiàn)故障,，而現(xiàn)場(chǎng)人員無(wú)法解決時(shí),，通過(guò)遠(yuǎn)程診斷功能，由廠家?guī)椭幚怼?/p>
五,、控制系統(tǒng)硬件配置及軟件編程
5.1 硬件配置
（1） plc的配置
可編程控制器采用siemens的s7-300系列cpu-314主機(jī),，1個(gè)電源模塊，2個(gè)32位i/o模塊,，2個(gè)16位輸出模塊,，2個(gè)12位ad模塊，1個(gè)12位da模塊和一個(gè)cp340模塊,。cp340和上位機(jī)之間通過(guò)rs-485進(jìn)行通信,。
（2） 觸摸屏
觸摸屏選用siemens生產(chǎn)的tp270系列，它自身具有豐富的操作系統(tǒng),，可以方面的通過(guò)串行通訊與編程器通信,，也可以和plc通過(guò)mpi網(wǎng)進(jìn)行通信。通過(guò)觸摸屏可以實(shí)時(shí)顯示電機(jī)電流,、管網(wǎng)壓力,、水位、流量,、各水源井工作情況以及各種故障信息;還可以通過(guò)觸摸屏對(duì)plc進(jìn)行在線控制,。
（3） 變頻器及控制方式選擇
在本系統(tǒng)中，根據(jù)冗余設(shè)計(jì)原則,，采用2個(gè)三菱專用供水變頻器,，以在發(fā)生故障時(shí)相互備用。由plc開關(guān)量輸出控制變頻器的啟動(dòng)/停止,。
5.2 軟件編程
（1） plc編程
plc從軟件配置上有系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序裝配在cpu模塊上隨硬件的產(chǎn)品而來(lái),。用戶程序是編程器編好程序后輸入到可編程序控制器的存儲(chǔ)模塊,，程序是采用塊式結(jié)構(gòu)形式，共有5種形式:組織塊（0b）,、程序塊（pb）,、功能塊（fb）,、數(shù)據(jù)塊（db）、順序塊（sb）（本系統(tǒng)未用）,。因此,，在plc軟件中使各種功能的程序模塊通過(guò)主程序有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。故plc程序主要解決現(xiàn)場(chǎng)各泵的啟動(dòng)程序,、切換程序,、啟動(dòng)小功率泵;模擬量的處理;與上位機(jī)和觸摸屏通信數(shù)據(jù)的處理功能等。
（2） 上位機(jī)程序
上位機(jī)使用vb編寫通信程序和建立數(shù)據(jù)庫(kù),。通信程序發(fā)出的命令幀格式要*符合siemens公司plc的rs-485通信協(xié)議;對(duì)plc發(fā)回的響應(yīng)幀,，上位機(jī)必須進(jìn)行拆裝、識(shí)別,，才能正確的分離出交換數(shù)據(jù)和有用的狀態(tài)信息,。
（3） 觸摸屏程序
觸摸屏程序主要有主畫面、參數(shù)設(shè)置,、供電回路,、反滲透、實(shí)時(shí)曲線,、報(bào)表統(tǒng)計(jì),、故障維護(hù)等畫面組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
圖2 觸摸屏程序結(jié)構(gòu)
五,、結(jié)束語(yǔ)
在供水系統(tǒng)中采用基于plc與觸摸屏控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際需要水壓的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速或加減速,，實(shí)現(xiàn)恒壓供水,，降低能耗;還可以延長(zhǎng)主泵電機(jī)的使用壽命。由于采用了雙變頻器,，在一臺(tái)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),，系統(tǒng)可以自動(dòng)的切換到另一臺(tái)變頻器，基本可以保持不間斷的恒壓供水,具有一定的*性,。
目前,，該系統(tǒng)在永城煤電集團(tuán)水廠經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行后，運(yùn)行狀況良好,，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,，節(jié)能，受到了用戶的好評(píng),，具有很好的應(yīng)用前景,。