基于PLC的自來水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

一、引言

城市建設(shè)的迅速發(fā)展對(duì)供水質(zhì)量的要求也越來越高。供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、控制和管理綜合自動(dòng)化已勢(shì)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(jì)發(fā)展和市民的生活。于是我設(shè)計(jì)新建一座利用河水的側(cè)滲補(bǔ)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(kù)上。為了確保供水生產(chǎn)的安全、可靠、連續(xù)。針對(duì)水廠制水過程的特點(diǎn)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、編程控制器概述

PLC即可編程控制器，是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC曾作了如下定義：“PLC是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)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(gè)整體。易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。”這段話完全道出TPLC的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。其主要有以下特點(diǎn)：

1.可靠性高。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)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(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成。

2.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。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(chǎng)。在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作，具有很好的抗宅間電磁干擾的能力，它一般對(duì)環(huán)境溫度要求也不高。在環(huán)境溫度-20至65度、相對(duì)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(gè)控制任務(wù)時(shí)，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產(chǎn)品L三經(jīng)系列化，結(jié)構(gòu)形式多種多樣，在機(jī)型上又很大的選擇余地。其次同一機(jī)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(jiǎn)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(duì)于邏輯信號(hào)，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(dòng)放大;對(duì)于模擬信號(hào)，輸入輸出均采用傳感器儀表和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。各個(gè)輸入和輸出模塊與外部設(shè)備的連接十分簡(jiǎn)單。整個(gè)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)控翻方案的設(shè)計(jì)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(jī)組以及低壓電器組成。系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是利用恒壓控制單元饅變頻器控制一臺(tái)水泵或循環(huán)控制多臺(tái)水泵，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機(jī)的軟起動(dòng)以及變頻水泵與J：頻水泵的切換，同時(shí)還要能對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場(chǎng)所，有以下方案可供選擇：

1.有供水專用的變頻器+水泵機(jī)組+壓力傳感器。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能。它雖然簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu).降低了設(shè)備成本，但對(duì)壓力設(shè)定和壓力反饋值的顯示比較麻煩，無(wú)法自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的不同恒壓要求，在調(diào)試時(shí)，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(dòng)態(tài)性能不易保證。其輸出接口的擴(kuò)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(chǎng)合。

2.通用變頻器+單片機(jī)(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機(jī)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(jià)格比，但開發(fā)周期長(zhǎng)，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的靈活性差，同時(shí)變頻器在運(yùn)行時(shí)，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F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，町以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換：通用性強(qiáng)，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(jì)上，只需確定PLC的硬件配置和UO的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，可以方便地通過Pc機(jī)來改變存儲(chǔ)器中的控制程序，所以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便。通過對(duì)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(kuò)展功能靈活方便、便于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，又能達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定性及控制精度的要求。

四、變頦恒壓供水控制器性能特點(diǎn)

1.高效節(jié)能。優(yōu)化的節(jié)能控制軟件，使水泵實(shí)現(xiàn)最大限度地節(jié)能運(yùn)行。由電機(jī)學(xué)公式可知。系統(tǒng)電機(jī)功耗與電機(jī)轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系，在壓力不變時(shí)。水泵出水量與電機(jī)轉(zhuǎn)速成上E比。本設(shè)備采用恒壓量：r作方式。當(dāng)用水量減小時(shí)，系統(tǒng)保持管嗍恒壓，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(shí)際用水情況設(shè)定管網(wǎng)壓力，自動(dòng)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)省了上建投資，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(jià)格優(yōu)勢(shì)就越顯著。

3.設(shè)備運(yùn)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(fèi)。變頻器采用軟起動(dòng)工作方式，消除了直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動(dòng)時(shí)大電流和水壓突增的情況，減少對(duì)供電電網(wǎng)的沖擊，降低了電機(jī)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(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)站點(diǎn)，如電機(jī)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(gè)站點(diǎn)的用電量，累積每臺(tái)泵的出水量，同時(shí)提供各種形式的打印報(bào)表，以便分析統(tǒng)計(jì)。

5.減少污染。由于變頻恒壓調(diào)速宜接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防I卜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(chǎng)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(chǎng)、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。