時(shí)間:2018-09-30 11:45:54來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
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)。
1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(kāi)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。
2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(kāi)、關(guān)、停、運(yùn)行;電磁閥的開(kāi)啟、關(guān)閉;各水源井的開(kāi)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。
3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:
3.1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。
3.2自動(dòng)運(yùn)行方式
(1)泵也無(wú)故障,開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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>
4控制系統(tǒng)硬件配置及軟件編程
4.1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(kāi)關(guān)量輸出控制變頻器的啟動(dòng)/停止。
4.2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)出的命令幀格式要完全符合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,如下圖。
5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,具有一定的先進(jìn)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)能效果顯著,受到了用戶的好評(píng),具有很好的應(yīng)用前景。
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