1 引言

隨著3c技術（計算機,、通信,、控制）和變頻技術的不斷發(fā)展,，在居民小區(qū)生活用水、工業(yè)用水,、各類自來水廠,、大型廠礦和消防用水等供水系統(tǒng)中，原來均是采用水塔,、高位水箱等設備,，這些設備不但占地廣、投資大，而且越來越不能滿足現(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時性,，并且由于水泵是采用最大供水量設計的,，由于用水高峰時間短，很容易造成能源的浪費以及由于管網(wǎng)壓力過大而引起的管網(wǎng)損壞,。本文以永城煤電集團水廠的控制系統(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)簡介

永城煤電集團水廠變頻恒壓供水系統(tǒng)由plc控制器,、兩臺變頻調速器、軟啟動器,、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備以及4臺75kw水泵和一臺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,，檢測出水位,、壓力和流量，轉換成4～20ma的信號,，輸入到plc的模擬量輸入模塊,，將檢測到的壓力信號和通過觸摸屏設置的壓力經(jīng)過pid運算，通過控制變頻器的輸出頻率來調整水泵電機的轉速,以達到保持水壓的恒定;同時通過水位檢測,，根據(jù)水位的高低來開啟水源井的多少和調節(jié)反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水能力,。同時，在觸摸屏顯示器上可以顯示各個電機的電流,、頻率,、水位、水壓,、工頻和變頻運行的時間以及各泵的運行狀態(tài),。系統(tǒng)信息還可以通過企業(yè)的intranet網(wǎng)發(fā)布到網(wǎng)絡上，通過網(wǎng)絡進行系統(tǒng)的遠程診斷和控制,。

三,、控制對象

根據(jù)永城煤電集團水廠供水系統(tǒng)現(xiàn)場的實時情況，控制水廠現(xiàn)場設備（泵、閥門等）的開,、關,、停、運行;電磁閥的開啟,、關閉;各水源井的開啟,、停止;變頻器的啟動/停止，以實現(xiàn)水廠恒壓供水的自動控制,。

四,、系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運行方式:

4.1 手動運行方式

選擇手動運行方式時，根據(jù)需要,，通過按啟動和停止按鈕,，來控制各水泵。這種方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用,。

4.2自動運行方式

（1） 啟動程序

在自動運行時,，首先檢測5臺泵是否有泵出現(xiàn)故障，如果1＃泵出現(xiàn)故障,，則通過觸摸屏在線修改該水泵的狀態(tài),，把1＃泵設為故障狀態(tài)，則系統(tǒng)啟動時,，自動不啟動1＃泵,。其次檢測蓄水池水位，如果符合要求,，1＃泵也*,，開始啟動真空泵抽真空，如果滿足要求,，則1＃泵變頻交流接觸器吸合,，電機和變頻器連通，同時打開1＃泵的電磁閥,，通過檢測壓力的大小,，plc經(jīng)過pid運算，此時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，延時后,，通過軟啟動器,，將1＃泵切換到工頻，再啟動2＃泵,，依次類推,，直到出水壓力達到設定壓力,。

（2） 水泵切換程序

根據(jù)流量傳感器檢測到的流量的大小，如果出水量減少,，出水壓力過大,，則plc控制變頻器的輸出頻率，減少出水量來穩(wěn)定出水壓力,。如果變頻器的輸出頻率在20hz,，此時plc開始計時，如果出水壓力降低,，則放棄計時;如果出水壓力一直高于設定壓力,，到一定時間后,，則根據(jù)先投先停的原則,，plc將先關閉正在運行的投入時間最長的泵的電磁閥，再關閉該泵,，直到出水壓力達到設定值,。

（3） 啟動小功率泵

對于永城煤電公司居民生活用水來說，其屬于用水時段性很強的系統(tǒng),，因此在5臺水泵中,，1＃-4＃泵為75kw，5＃泵為45kw,。因此,，當在用水低谷時，一臺45kw的小功率泵就足可以保持供水壓力,，此時,，就可以通過變頻運行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） 遠程控制和故障診斷

該控制系統(tǒng)通過plc的通訊模塊cp340向設在局后勤處的上位機發(fā)送信息，兩者之間通訊采用rs-485方式,。當在上位機上發(fā)現(xiàn)有故障如蓄水池水位過低時,，可以通知多開啟水源井和反滲透裝置，以提高蓄水池水位,，防止因水位過低造成的水泵干抽現(xiàn)象,。由于系統(tǒng)的上位機可以進行網(wǎng)絡發(fā)布，當出現(xiàn)故障,，而現(xiàn)場人員無法解決時,，通過遠程診斷功能，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,，1個電源模塊,，2個32位i/o模塊，2個16位輸出模塊,，2個12位ad模塊,，1個12位da模塊和一個cp340模塊。cp340和上位機之間通過rs-485進行通信,。

（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)，可以方面的通過串行通訊與編程器通信,，也可以和plc通過mpi網(wǎng)進行通信,。通過觸摸屏可以實時顯示電機電流、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;還可以通過觸摸屏對plc進行在線控制,。

（3） 變頻器及控制方式選擇

在本系統(tǒng)中,，根據(jù)冗余設計原則，采用2個三菱專用供水變頻器,，以在發(fā)生故障時相互備用,。由plc開關量輸出控制變頻器的啟動/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,。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模塊，程序是采用塊式結構形式,，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主程序有機的結合起來,。故plc程序主要解決現(xiàn)場各泵的啟動程序、切換程序,、啟動小功率泵;模擬量的處理;與上位機和觸摸屏通信數(shù)據(jù)的處理功能等,。

（2） 上位機程序

上位機使用vb編寫通信程序和建立數(shù)據(jù)庫。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plc發(fā)回的響應幀,，上位機必須進行拆裝,、識別，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)設置,、供電回路、反滲透,、實時曲線,、報表統(tǒng)計、故障維護等畫面組成,，其結構如圖2所示,。

圖2 觸摸屏程序結構

五、結束語

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)實際需要水壓的變化自動調節(jié)水泵的轉速或加減速,，實現(xiàn)恒壓供水，降低能耗;還可以延長主泵電機的使用壽命,。由于采用了雙變頻器,，在一臺變頻器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以自動的切換到另一臺變頻器,，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)在永城煤電集團水廠經(jīng)過一年多的運行后,，運行狀況良好，達到了預期的設計要求,，節(jié)能,，受到了用戶的好評，具有很好的應用前景,。