1 引言
随着3c技术(计算机、通信、控制)和变频技术的不断发展,在居民小区生活用水、工业用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中,原来均是采用水塔、高位水箱等设备,这些设备不但占地广、投资大,而且越来越不能满足现代化的供水要求。另一方面,采用传统的方法很难保证供水的实时性,并且由于水泵是采用最大供水量设计的,由于用水高峰时间短,很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。本文以永城煤电集团水厂的控制系统为例,介绍一种基于plc和触摸屏控制的恒压供水系统。
2 系统简介
永城煤电集团水厂变频恒压供水系统由plc控制器、两台变频调速器、软启动器、触摸屏显示器、交流接触器、热继电器、压力变送器、水位变送器、流量变送器等其他电控设备以及4台75kw水泵和一台45kw的小水泵组成www.cechina.cn,如图1所示。
图 1 恒压供水系统图
在供水系统的蓄水池中安装水位变送器,在总出水管安装压力变送器和流量变送器,检测出水位、压力和流量,转换成4~20ma的信号,输入到plc的模拟量输入模块控制工程网版权所有,将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过pid运算,通过控
3 控制对象
根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况,控制水厂现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止,以实现水厂恒压供水的自动控制。
4 系统工作原理
该系统具有手动和自动两种运行方式:
4.1 手动运行方式
选择手动运行方式时,根据需要,通过按启动和停止按钮,来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。
4.2自动运行方式
(1) 启动程序
在自动运行时,首先检测5台泵是否有泵出现故障,如果1#泵出现故障,则通过触摸屏在线修改该水泵的状态,把1#泵设为故障状态,则系统启动时,自动不启动1#泵。其次检测蓄水池水位,如果符合要求,
1#泵也无故障,开始启动真空泵抽真空,如果满足要求,则1#泵变频交流接触器吸合,电机和变频器连通,同时打开1#泵的电磁阀,通过检测压力的大小,plc经过pid运算,此时变频器的输出频率从0hz开始上升,如果压力不够,则上升到50hz,延时后,通过软启动器,将1#泵切换到工频,再启动2#泵,依次类推CONTROL ENGINEERING China版权所有,直到出水压力达到设定压力。
(2) 水泵切换程序
根据流量传感器检测到的流量的大小,如果出水量减少,出水压力过大,则plc控制变频器的输出频率,减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20hz,此时plc开始计时,如果出水压力降低,则放弃计时;如果出水压力一直高于设定压力,到一定时间后,则根据先投先停的原则,plc将先关闭正在运行的投入时间最长的泵的电磁阀,再关闭该泵,直到出水压力达到设定值。
(3) 启动小功率泵
对于永城煤电公司居民生活用水来说CONTROL ENGINEERING China版权所有,其属于用水时段性很强的系统,因此在5台水泵中,1#-4#泵为75kw,5#泵为45kw。因此,当在用水低谷时,一台45kw的小功率泵就足可以保持供水压力,此时,就可以通过变频运行5#小功率泵,使其工作在低频状态,就可以维持供水系统的水压稳定。
(4) 远程控制和故障诊断
该控制系统通过plc的通讯模块cp340向设在局后勤处的上位机发送信息,两者之间通讯采用rs-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时,可以通知多开启水源井和反渗透装置,以提高蓄水池水位,防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布,当出现故障,而现场人员无法解决时,通过远程诊断功能控制工程网版权所有,由厂家帮助处理。
5 控制系统硬件配置及软件编程
5.1 硬件配置
(1) plc的配置
可编程控制器采用siemens的s7-300系列cpu-314主机,1个电源模块,2个32位i/o模块,2个16位输出模块,2个12位ad模块,1个12位da模块和一个cp340模块。cp340和上位机之间通过rs-485进行通信。
(2) 触摸屏
触摸屏选用siemens生产的tp270系列,它自身具有丰富的操作系统,可以方面的通过串行通讯与编程器通信,也可以和plc通过mpi网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还