全自動PLC在雙恒壓無塔供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
全自動PLC在雙恒壓無塔供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
根據(jù)小區(qū)用水時間集中，用水量變化較大的特點(diǎn)，分析了小區(qū)原供水系統(tǒng)存在成本高，可靠性低，水資源浪費(fèi)，管網(wǎng)系統(tǒng)待完善的問題。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結(jié)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(jù)管網(wǎng)的壓力，通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)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(dǎo)致壓力不足及小流量時能耗大的問題。
雙恒壓供水控制系統(tǒng)是以PLC控制為核心， 變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)， 并結(jié)合壓力傳感器、變頻器、水泵、繼電器、接觸器等成。在此系統(tǒng)中，PLC將壓力設(shè)定值與測量值的偏差經(jīng)PID運(yùn)算后得到的控制量作用到變頻器，從而通過變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)管網(wǎng)的力， 實現(xiàn)恒壓供水的目的。
變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)其節(jié)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(yīng)用。恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電動機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化（實際上為供水管網(wǎng)的壓力變化）自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對合理設(shè)計變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。
隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。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(zāi)時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是PLC 控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。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(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC 為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。
PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)PLC的構(gòu)成
從結(jié)構(gòu)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(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置.
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：
(1) 開關(guān)量邏輯控制
取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。
(2) 工業(yè)過程控制
在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)PLC的應(yīng)用特點(diǎn)
(1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)
高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)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(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)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(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。
(2) 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)
發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，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(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)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(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。
(4) 系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護(hù)方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。
5． PLC應(yīng)用中需要注意的問題
PLC是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)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(qiáng)，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運(yùn)算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運(yùn)行，要提高PLC控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求PLC生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求設(shè)計、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)工藝過程及控制要求
(一)系統(tǒng)工藝流程
隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。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(zāi)時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是PLC 控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。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(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以PLC 為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。
下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程。如圖2-1所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ 來控制注水閥YV1，它們自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。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(xù)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，平時電磁閥YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)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(dāng)有水災(zāi)發(fā)生時，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(jù)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。火災(zāi)結(jié)束后，三臺再改為生活供水使用。
(二)系統(tǒng)控制要求
對三泵生活/消防雙供水系統(tǒng)的基本要求是：
1)生活供水時，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行。
2)三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先停”的原則接入和退出在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運(yùn)行時間超過3h，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免一臺泵工作時間過長。
3)三臺泵在啟動時要有軟啟動功能。
4)要有完善的報警功能。
5)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應(yīng)急或檢修時臨時使用。
(二)PLC的選型
從上面分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6 個、開關(guān)量輸出點(diǎn)12 個；模擬量輸入點(diǎn)一個、模擬量輸出點(diǎn)1 個。如果選用CPU224PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CPU226PLC，則價格較高，浪費(fèi)較大。參考西門子S7—200 產(chǎn)品目錄及市場實際價格，選用主機(jī)為CPU222一臺，加上一臺擴(kuò)展模塊EM222，再擴(kuò)展一個模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個PLC 系統(tǒng)的配置如圖3-1所示:
雙恒壓無塔供水系統(tǒng)軟件設(shè)計
本程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。邏輯運(yùn)算及報警處理等放在主程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節(jié)省掃描時間。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID 控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時間常數(shù)可通過工程計算初步確定但還需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。
本文由恒壓供水系統(tǒng)原理、恒壓供水系統(tǒng)的電氣實現(xiàn)、系統(tǒng)的硬件選型、系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件電路設(shè)計等，本設(shè)計一共包含四大章設(shè)計內(nèi)容，其主體是由變頻技術(shù)、壓差—恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)，是現(xiàn)階段水處理行業(yè)較為先進(jìn)的供水方法。本系統(tǒng)與現(xiàn)在普通供水系統(tǒng)相比，具有簡單經(jīng)濟(jì)、控制方便、節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)。
首先，普通供水系統(tǒng)只能單純手動控制電機(jī)的啟動和切換，這樣在電機(jī)啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流，長此以往對電機(jī)壽命有很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運(yùn)轉(zhuǎn)效率低、能耗大。而本系統(tǒng)可根據(jù)實際壓力變化自動調(diào)整變頻器頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)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有高效、節(jié)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耗電量增大。而本系統(tǒng)通過壓差—恒壓自動轉(zhuǎn)換技術(shù)和微泄露補(bǔ)償技術(shù)解決了這個難題。
再次，本設(shè)計運(yùn)行維護(hù)簡單方便，對于操作人員不要求具備專業(yè)的水處理知識，只根據(jù)操作說明書和操作規(guī)程就可以對整個水廠進(jìn)行操作管理，因此，采用此設(shè)計建設(shè)的水廠適應(yīng)性強(qiáng)，在現(xiàn)階段很受客戶的歡迎。這種水處理技術(shù)未來發(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(xiàn)代人們生活所要求的并且前景光明。
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