基于PLC的恒壓供水控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

楊 釗

(鶴壁煤業(yè)技師學(xué)院，河南 鶴壁 458000)

1 引言

變頻恒壓供水能夠滿足穩(wěn)定供水出口(或管網(wǎng))的壓力，使得供水質(zhì)量得以保證，供水系統(tǒng)壓力在變頻調(diào)速手段能夠保證對于供水水量及壓力的要求，滿足供水系統(tǒng)的安全可靠的要求。在供水領(lǐng)域應(yīng)用相關(guān)的通訊技術(shù)、自動化技術(shù)和網(wǎng)路技術(shù)，能夠?qū)τ谛畔⒐蚕?、降低能耗和提高勞動生產(chǎn)率具有積極意義。變頻供水的出現(xiàn)能夠解決供水系統(tǒng)在運(yùn)行中流量和水壓在一天中的變化較大的問題，同時具有水壓恒定、噪聲小、節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，恒壓供水控制系統(tǒng)在供水領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛[1，2]。

2 恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 確定控制參數(shù)和控制對象

西門子公司的S7-300 PLC和MM440系列變頻器是本次恒壓供水系統(tǒng)中所采用的關(guān)鍵部件，同時，整個設(shè)計過程通過STEP7軟件進(jìn)行控制程序仿真，其中采集和控制參數(shù)主要分析如下:

液位檢測，通過安置在儲水罐內(nèi)的液位計進(jìn)行的測量值與系統(tǒng)設(shè)定值的比較，可以發(fā)現(xiàn)液位的變化，然后才能進(jìn)行調(diào)節(jié)閥的開度的調(diào)節(jié)操作。

入水壓力檢測。在入水管口安置壓力計，控制兩個蝶閥的開啟與關(guān)閉則是通過比較測量值與系統(tǒng)設(shè)定值間的關(guān)系而得。

變頻恒壓供水。穩(wěn)定、正常供水的重要環(huán)節(jié)就是水泵控制，恒壓供水壓力定值調(diào)節(jié)在4臺供水泵控制中采用，在變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速下，按照定壓點(diǎn)的壓力，為了保證系統(tǒng)安全、恒壓運(yùn)行，應(yīng)該及時調(diào)整供水量而避免系統(tǒng)缺水?？刂苾膳_水泵的“一拖二”方式在本設(shè)計中通過兩臺變頻器來實(shí)現(xiàn)。

余氯及濁度檢測。通過在出水口的余氯分析儀檢測一次余氯，檢測頻率一般為10分鐘，CLO2投量在檢測值大于設(shè)定值的情況下進(jìn)行減少，當(dāng)大于設(shè)定值的情況下而進(jìn)行增加投量。水的濁度則是通過利用濁度計進(jìn)行檢測。在達(dá)到一定的濁度后，為了保證水質(zhì)的凈化，需要在加投絮凝劑到循環(huán)泵前進(jìn)行精確計算。

2.2 恒壓供水系統(tǒng)程序編譯

2.2.1 調(diào)節(jié)閥開度

調(diào)節(jié)閥開度是根據(jù)入水壓力控制蝶閥啟停，還有根據(jù)液位調(diào)節(jié)閥進(jìn)行的。在本系統(tǒng)中，首先輸入入水壓力的模擬量N(量程為0-1000kpa)，4-20mA為輸出信號，然后根據(jù)相關(guān)的轉(zhuǎn)化公式，進(jìn)行把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。通過相關(guān)的壓力值的比較，進(jìn)行蝶閥的開啟和關(guān)閉操作。比如，設(shè)定值大于測量值的情況下，則要求蝶閥1，同時蝶閥2關(guān)閉。

同樣，對于液位高度為模擬量(0-1000cm)來說，4-20mA為輸出信號。然后根據(jù)相關(guān)的轉(zhuǎn)化公式，進(jìn)行把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。然后按照反饋值的計算公式:反饋值=(設(shè)定值一測量值)*系數(shù)00.1+前一次反饋，計算得出當(dāng)前反饋數(shù)值。通過比較前一次反饋值和當(dāng)前反饋數(shù)值，判斷調(diào)節(jié)閥的開度。比如，當(dāng)前次反饋值＜當(dāng)前反饋值的情況下，則說明液位變低，應(yīng)該開大調(diào)節(jié)閥;反之，前次反饋值＞當(dāng)前反饋值的情況下，則說明液位變高，則應(yīng)該關(guān)小調(diào)節(jié)閥;同樣，在反饋值=前次反饋值的情況下，則說明液位并沒有發(fā)生變化，而是應(yīng)該保持調(diào)節(jié)閥的開度不用調(diào)節(jié)。

2.2.2 變頻恒壓供水控制

模擬量輸入壓力，4-20mA為輸出信號，然后根據(jù)相關(guān)的轉(zhuǎn)化公式，進(jìn)行把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。模擬量輸入對象則為變頻器1輸出頻率，這時變頻器1可以通過模塊FCl06收到傳送指令，然后按照反饋值的計算公式:反饋值=(設(shè)定值一測量值)*系數(shù)00.1+前一次反饋，計算得出當(dāng)前反饋數(shù)值。通過比較前一次反饋值和當(dāng)前反饋數(shù)值，在結(jié)合每10s測量一次的定時器數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行計數(shù)器操作。計數(shù)器1就計1是在反饋值高于47.5Hz的情況下，當(dāng)出現(xiàn)反饋值有一次低于47.5Hz的情況下，清零計數(shù)器而重新進(jìn)行計數(shù)操作。計數(shù)器計數(shù)到30則是在當(dāng)反饋值一直高于47.5Hz的情況下，則2#泵在5分鐘后打開。計數(shù)器2就計1則是在反饋值低于5Hz的情況下，計數(shù)器就清零，重新計數(shù)則是在反饋值有一次高于5Hz的工況下。計數(shù)器計1數(shù)到30，同樣是在反饋值一直低于5Hz的工況下，此時，2#泵在5分鐘后進(jìn)行關(guān)閉。1#泵和2#泵都處于啟動狀態(tài)下，經(jīng)過5分鐘以后，則應(yīng)該進(jìn)行3#泵及變頻器2的開啟操作。

變頻器2的工作過程與變頻器1類似，在4#泵的關(guān)閉狀態(tài)下，變頻器2新的反饋值應(yīng)該按照下述公式計算，即，反饋值=(設(shè)定值-測量值)*系數(shù)0.01+前一次反饋。其中測量頻率為10s，當(dāng)反饋值小于5Hz，計數(shù)器進(jìn)行加1操作。3#泵的頻率能夠在15分鐘內(nèi)保持小于5Hz，則可以進(jìn)行3#泵關(guān)閉操作。

2.2.3 余氯檢測及濁度檢測

模擬量輸入余氯值，4-20mA為輸出信號，然后根據(jù)相關(guān)的轉(zhuǎn)化公式，進(jìn)行把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。測量值與設(shè)定值的大小比較可以決定CL02的投量關(guān)系，即，在設(shè)定值小于測量值的情況下，進(jìn)行CL02的投量減少操作，反之，則進(jìn)行CL02的投量加大操作。

模擬量輸入濁度值，4-20mA為輸出信號，然后根據(jù)相關(guān)的轉(zhuǎn)化公式，進(jìn)行把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。根據(jù)比較測量值與設(shè)定值的大小進(jìn)行判斷絮凝劑投放的操作，其中，當(dāng)設(shè)定值小于測量值時，投放到循環(huán)泵前。

3 結(jié)論

變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。采用PLC作為控制器，硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(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。

[1]宋陽.基于PLC的雙恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計研究[J].制造業(yè)自動化，2012，34(15).

[2]胡赤兵，桑瑞鵬.利用PLC實(shí)現(xiàn)泵站變頻恒壓供水控制系統(tǒng)[J].排灌機(jī)械，2005，23(3).