基于ＰＬＣ的自來水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

徐志祥　肖　俊

中圖分類號：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320010－01

一、引言

城市建設(shè)的迅速發(fā)展對供水質(zhì)量的要求也越來越高。供水系統(tǒng)實現(xiàn)運行、控制和管理綜合自動化已勢在必行。近年來由于我市地表水源日趨緊張，且受到不同程度的污染，嚴(yán)重影響城市的經(jīng)濟發(fā)展和市民的生活。于是我設(shè)計新建一座利用河水的側(cè)滲補給開發(fā)地下水源的洗煤廠。

在水源地內(nèi)，多眼井星羅棋布在水庫上。為了確保供水生產(chǎn)的安全、可靠、連續(xù)。針對水廠制水過程的特點和控制系統(tǒng)的功能要求，我們采用基于西門子PLC的恒壓力供水系統(tǒng)。

二、編程控制器的概述

PLC即可編程控制器，是一種以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。國際電工委員會（IEC）對PLC曾作了如下定義：“PLC是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！边@段話完全道出了PLC的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。其主要有以下特點：

1．可靠性高。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備安全可靠性的要求，PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成。

2．環(huán)境適應(yīng)性強。PLC具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可應(yīng)用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作，具有很好的抗空間電磁干擾的能力，它一般對環(huán)境溫度要求也不高，在環(huán)境溫度-20至65度、相對濕度為35%至85%情況下仍可正常工作。

3．靈活通用。在完成一個控制任務(wù)時，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產(chǎn)品已經(jīng)系列化，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在機型上又很大的選擇余地。其次同一機型的PLC其硬件構(gòu)成具有很大的靈活性，用戶可以根據(jù)不同任務(wù)的要求，選擇不同類型的輸入輸出模塊或特殊功能模塊組成不同硬件結(jié)構(gòu)的控制裝置。

4．使用方便、維護(hù)簡單。PLC控制的輸入輸出模塊。特殊功能模塊都具有即插即卸功能，連接十分容易。對于邏輯信號，輸入輸出均采用開關(guān)方式，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動放大；對于模擬信號，輸入輸出均采用傳感器儀表和驅(qū)動設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)信號。各個輸入和輸出模塊與外部設(shè)備的連接十分簡單。整個連接過程僅需要一把螺釘旋具即可完成。

三、變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的設(shè)計與選擇

變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環(huán)控制多臺水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，有以下方案可供選擇：

1．有供水專用的變頻器+水泵機組+壓力傳感器。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但對壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示比較麻煩，無法自動實現(xiàn)不同時段的不同恒壓要求，在調(diào)試時，PID調(diào)節(jié)參數(shù)的系統(tǒng)優(yōu)化比較困難，調(diào)節(jié)范圍小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數(shù)據(jù)通信困難，并且限制了帶負(fù)載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。

2．通用變頻器+單片機（包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制）+人機界面+壓力傳感器。這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數(shù)調(diào)整方便，具有較高的性能價格比，但開發(fā)周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場調(diào)試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產(chǎn)生干擾，變頻器的功率越大，產(chǎn)生的干擾越大，所以必須采取相應(yīng)的抗干擾措施來保證系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)適用于某一特定領(lǐng)域的小容量的變頻恒壓供水。

3．通用變頻器+PLC（包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制）+組態(tài)軟件十壓力傳感器。這種控制方式靈活方便，具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規(guī)模和要求不同的控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存儲器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。通過對以上這幾種方案的比較和分析，可以看出“變頻器主電路++PLC（包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制）十組態(tài)軟件十壓力傳感器”的控制方式更適合于本系統(tǒng)。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。

四、變頻恒壓供水控制器的性能特點

1．高效節(jié)能。優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實現(xiàn)最大限度地節(jié)能運行。由電機學(xué)公式可知，系統(tǒng)電機功耗與電機轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時，水泵出水量與電機轉(zhuǎn)速成正比。本設(shè)備采用恒壓量工作方式，當(dāng)用水量減小時，系統(tǒng)保持管網(wǎng)恒壓，通過降低水泵轉(zhuǎn)速來減少供水量，耗電量按立方特性降低。根據(jù)實際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現(xiàn)象。

2．設(shè)備投資省、占地面積小。本系統(tǒng)與其它供水方式比較，由于主要設(shè)備只是控制柜及水泵，省去了大量的設(shè)備占地面積，從而大幅度節(jié)省了土建投資，而且就設(shè)備本身而言，供水量越大，采用變頻恒壓供水設(shè)備的價格優(yōu)勢就越顯著。

3．設(shè)備運行合理、可靠性高、配置靈活。采用閉環(huán)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，達(dá)到了恒壓供水，避免了由于超壓供水造成的電能浪費。變頻器采用軟起動工作方式，消除了直接起動對電網(wǎng)的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動時大電流和水壓突增的情況，減少對供電電網(wǎng)的沖擊，降低了電機及電氣元件的故障率。

4．聯(lián)網(wǎng)功能。采用全中文工控組態(tài)軟件一Kingview，實時監(jiān)控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網(wǎng)壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統(tǒng)計。

5．減少污染。由于變頻恒壓調(diào)速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。

五、恒壓供水設(shè)備的應(yīng)用場合

1．居民區(qū)、住宅樓、村鎮(zhèn)的集中生活供水系統(tǒng)；

2．高層建筑、賓館、飯店等生活供水系統(tǒng)；

3．綜合市場、寫字樓、商務(wù)樓宇的生活供水系統(tǒng)；

4．自來水廠、供水加壓泵站；

5．工礦企業(yè)的生產(chǎn)、生活供水、恒壓流量供水工藝流程等。

總之，基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)具有優(yōu)越的性能，并且現(xiàn)在技術(shù)成熟，其應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷洪義編著，《可編程序控制器選擇設(shè)計與維護(hù)》，機械工業(yè)出版社.

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[4]李方圓編著，《PLC行業(yè)應(yīng)用實踐》，中國電力出版社，2007年1月.