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PLC在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

時(shí)間:2008-09-09 11:53:00來源:fenghy

導(dǎo)語:?本文介紹了PLC系統(tǒng)對(duì)自來水廠配水設(shè)備的自動(dòng)控制。根據(jù)裝置的特點(diǎn)和用戶的使用情況,選用增量式PID調(diào)節(jié)。并通過軟件和硬件的合理配合,使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟、軟停及恒壓供水
摘 要:本文介紹了PLC系統(tǒng)對(duì)自來水廠配水設(shè)備的自動(dòng)控制。根據(jù)裝置的特點(diǎn)和用戶的使用情況,選用增量式PID調(diào)節(jié)。并通過軟件和硬件的合理配合,使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟啟、軟停及恒壓供水。 關(guān)鍵詞:PLC;自動(dòng)控制;PID;恒壓供水 1 前言   可編程邏輯控制器(PLC)是八十年代發(fā)展起來的是集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)于一體的新一代工業(yè)控制裝置。   根據(jù)我國北方水資源相對(duì)缺乏的現(xiàn)狀,利用PLC控制水泵進(jìn)行直接供水,實(shí)現(xiàn)無塔供水,故恒壓供水顯得尤為重要。 2 硬件設(shè)計(jì)   2.1 系統(tǒng)控制框圖(見圖1) [align=center] (圖 1)[/align]   2.2 系統(tǒng)基本工作原理   首先根據(jù)供水樓層來設(shè)定供水壓力,以保證最高層有足夠的壓力。因?yàn)楫?dāng)用戶用量增大時(shí),壓力傳感器檢測(cè)到的水壓就變小,這時(shí)實(shí)際水壓與設(shè)定水的偏差越大。根據(jù)偏差的大小來決定啟動(dòng)泵的數(shù)量,此時(shí)必須加大流量,以滿足用戶的增多;當(dāng)用水量減少時(shí),輸出的壓力就會(huì)增加,偏差越小,根據(jù)這個(gè)偏差值來決定關(guān)閉泵的數(shù)量,用來最大限度地節(jié)省電能。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),四臺(tái)泵同時(shí)起動(dòng),以保證最大的供水量。利用泵的數(shù)量來滿足用水量以實(shí)現(xiàn)恒壓供水。   2.3 系統(tǒng)硬件配置   三菱變頻器 1臺(tái) 熱繼電器 4臺(tái)   接觸器 8臺(tái) 變頻電機(jī) 4臺(tái)   空氣開關(guān) 1只 三相保險(xiǎn)盒 6套   上位計(jì)算機(jī) 1套 模擬量模塊 1 塊   三菱通訊卡 1套 三菱PLC 1臺(tái)   2.4 系統(tǒng)軟啟、軟停主電路:(見圖2) [align=center] (圖2)[/align]     2.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖   為了實(shí)現(xiàn)恒壓供水,要求這種控制系統(tǒng)具有很大的靈活性??刂茀?shù)易于變動(dòng),數(shù)據(jù)記錄功能完善。針對(duì)這些要求與特點(diǎn),確定控制系統(tǒng)采用兩級(jí)監(jiān)控制方案,結(jié)構(gòu)圖如右(見圖3): [align=center] (圖 3)[/align]   2.6 系統(tǒng)工作方式選擇   該系統(tǒng)可以用萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)選定系統(tǒng)手動(dòng)、自動(dòng)工作方式。手動(dòng)、自動(dòng)時(shí)每臺(tái)水泵均可由變頻器進(jìn)行軟起動(dòng)、軟停止,四臺(tái)水泵二用二備、并能自動(dòng)識(shí)別。當(dāng)用水量小時(shí)一臺(tái)水泵運(yùn)行,用水量大時(shí)二臺(tái)水泵運(yùn)行,火警時(shí)四臺(tái)水泵同時(shí)供水。利用程序進(jìn)行定時(shí)選擇水泵工作方式。在自動(dòng)運(yùn)行過程中,若兩臺(tái)水泵供水壓力低時(shí)既可由軟件自動(dòng)嵌入第三臺(tái)水泵工作,也可手動(dòng)起動(dòng)第三臺(tái)水泵,投入運(yùn)行。在手、自動(dòng)時(shí)每臺(tái)水泵均由變頻器按水泵工作曲線切換,通過對(duì)變頻器編程。編程思路:轉(zhuǎn)速n小時(shí)頻率f低,但頻率f不能低于6Hz, 否則電機(jī)會(huì)處于弱磁狀態(tài);n增加時(shí)f上升,n穩(wěn)定在額定值時(shí)f = 50Hz(或略低于50 Hz),變頻器切換完成。 3 軟件設(shè)計(jì)   3.1 控制程序流程圖(見圖4) [align=center] (圖 4)[/align]   3.2 PID調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)恒壓供水   該系統(tǒng)為了克服內(nèi)存容量的不足,我們選用增量式PID控制,即輸出量是兩個(gè)采樣周期值之差e(k),控制器的輸出增量為△U(k)。表達(dá)式如下:   △U(k)=U(k)-U(k-1)   =Kp{e(k)-e(k-1)+ T* e(k ) /T2+T0[e(k)-2e(k-1)+e(k-2) ]/T}   =Kp[(1+T/T2+T0/T)*e(k)-(1+2T0/T)*e(k-1)+T0*e(k-2)/T]   =K1*e(k)-K2*e(k-1)+K3*e(k-2)   其中:K1、K2、 K3為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試修改。   e(k)、 e(k-1)、e(k-2)為對(duì)應(yīng)采樣時(shí)刻的偏差。   當(dāng)用水量增加時(shí),Uf減小,e(k)增大,需要添加水泵供水,以達(dá)到設(shè)定水壓,通過這種方法實(shí)現(xiàn)恒壓供水。增量式控制程序框圖(見圖5)。   3. 3 數(shù)字濾波來保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性   為了防止瞬時(shí)抖動(dòng),提高采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,采用兩種處理方法:   1、當(dāng)采樣值比最大值還大時(shí),我們?nèi)∽畲笾禐檫@次的采樣值。   2、考慮到精度的要求不高,我們采用數(shù)字濾波中的平均值濾波方法。流程圖如下: [align=center] (圖 5) (圖 6)[/align]   3.4 編程思路及安全連鎖   工藝控制(控制對(duì)象主要是對(duì)4臺(tái)水泵的控制)按用戶用水量的大小,可自動(dòng)完成工作過程的控制。利用優(yōu)先級(jí)控制:壓力的優(yōu)先級(jí)比時(shí)間的優(yōu)先級(jí)高,來確保壓力恒定。通過對(duì)變頻器的編程,使變頻器按照水泵的特性曲線來工作,從而有效地使水泵的起動(dòng)和停止較為平穩(wěn)。換句話說,可實(shí)現(xiàn)水泵的軟起、軟停。   為了降低系統(tǒng)成本,打破常規(guī)思維,我們對(duì)熱繼電器的狀態(tài)不進(jìn)行檢測(cè),利用熱繼電器的常閉觸點(diǎn)(用繼電器控制思路)對(duì)它所保護(hù)電機(jī)的接觸器線圈實(shí)行硬件閉鎖,利用程序?qū)Ω骺刂齐姍C(jī)實(shí)行軟件閉鎖。根據(jù)配水廠的要求可現(xiàn)場(chǎng)任意修改聯(lián)鎖方式:下位機(jī)程序聯(lián)鎖、上位機(jī)程序腳本聯(lián)鎖。   通過上述三種聯(lián)鎖方式,足可以保證工作過程、人員與設(shè)備的安全。   3.5 工作數(shù)據(jù)的處理   對(duì)文中的配水裝置而言,數(shù)據(jù)查閱功能顯得尤為重要。通過對(duì)配水歷史數(shù)據(jù)查閱,可以系統(tǒng)的分析用戶的總用水情況,為降低供水成本修改程序提供依據(jù)。通過對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的查閱,可以使系統(tǒng)管理員對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程能夠很好的監(jiān)控,從而有效地、合理的分配水資源。在上位計(jì)算機(jī)的Win—BC組態(tài)軟件中,通過標(biāo)鑒記錄可實(shí)現(xiàn)上述功能。   3.6 報(bào)表輸出及監(jiān)控   在配水實(shí)際過程中的報(bào)表可分為兩類:(1)定時(shí)報(bào)表(例如:小時(shí)數(shù)據(jù)流水帳報(bào)表);(2)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析報(bào)表。在上位計(jì)算機(jī)的Win—BC組態(tài)軟件中,報(bào)表的編輯器可實(shí)現(xiàn)這些功能:將鼠標(biāo)放在某一對(duì)象上,可彈出相應(yīng)的文字說明并持續(xù)一段時(shí)間,有助于操作人員對(duì)配水流程的進(jìn)一步了解。 4 結(jié)束語   本文所描述的增量式PID控制的DCS系統(tǒng)完全能滿足配水廠的供水要求,且具有功能完善、使用方便、控制精確等特點(diǎn),稍加變化可適合任何需要恒壓流量(液壓)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在北方各大樓宇試用,效果較為理想。消防設(shè)備均可采用這種方式供水。針對(duì)不同的系統(tǒng)需稍加更改,這一點(diǎn)需要注意。 參考文獻(xiàn):   [1] 黃一夫. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社會(huì). 1997.5   [2] 鐘肇新. 可編程控制器原理及應(yīng)用. 華南理工大學(xué)出版社. 1998.5   [3] 同志工作室. Borland c++開發(fā)技巧例教程. 人民郵電出版. 2000.5

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