箱式疊壓供水系統(tǒng)是如何PLC和觸摸屏的
箱式疊壓供水系統(tǒng)是如何PLC和觸摸屏的
1 引言 隨著3C技術(shù)(計算機(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、各類自來水廠、大型廠礦和消防用水等供水系統(tǒng)中,原來均是采用水塔、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)時性,并且由于水泵是采用最大供水量設(shè)計的,由于用水高峰時間短,很容易造成能源的浪費(fèi)以及由于管網(wǎng)壓力過大而引起的管網(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)。 2 箱式疊壓供水系統(tǒng)簡介 永城煤電集團(tuán)水廠箱式疊壓供水系統(tǒng)由PLC控制器、兩臺變頻調(diào)速器、軟啟動器、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75kW水泵和一臺45kW的小水泵組成,如圖1所示。 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,檢測出水位、壓力和流量,轉(zhuǎn)換成4~20mA的信號,輸入到PLC 的模擬量輸入模塊,將檢測到的壓力信號和通過觸摸屏設(shè)置的壓力經(jīng)過PID運(yùn)算,通過控制變頻器的輸出頻率來調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以達(dá)到保持水壓的恒定;同時通過水位檢測,根據(jù)水位的高低來開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,在觸摸屏顯示器上可以顯示各個電機(jī)的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運(yùn)行的時間以及各泵的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)信息還可以通過企業(yè)的Intranet網(wǎng)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上,通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和控制。 3 控制對象 根據(jù)永城煤電集團(tuán)水廠供水系統(tǒng)現(xiàn)場的實(shí)時情況,控制水廠現(xiàn)場設(shè)備(泵、閥門等)的開、關(guān)、停、運(yùn)行;電磁閥的開啟、關(guān)閉;各水源井的開啟、停止;變頻器的啟動/停止,以實(shí)現(xiàn)水廠恒壓供水的自動控制。 4 箱式疊壓供水系統(tǒng)工作原理 該系統(tǒng)具有手動和自動兩種運(yùn)行方式: 4.1 手動運(yùn)行方式 選擇手動運(yùn)行方式時,根據(jù)需要,通過按啟動和停止按鈕,來控制各水泵。這種方式只在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時使用。 4.2自動運(yùn)行方式 (1) 啟動程序 在自動運(yùn)行時,首先檢測5臺泵是否有泵出現(xiàn)故障,如果1#泵出現(xiàn)故障,則通過觸摸屏在線修改該水泵的狀態(tài),把1#泵設(shè)為故障狀態(tài),則系統(tǒng)啟動時,自動不啟動1#泵。其次檢測蓄水池水位,如果符合要求,1#泵也無故障,開始啟動真空泵抽真空,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,同時打開1#泵的電磁閥,通過檢測壓力的大小,PLC經(jīng)過PID運(yùn)算,此時變頻器的輸出頻率從0Hz開始上升,如果壓力不夠,則上升到50Hz,延時后,通過軟啟動器,將1#泵切換到工頻,再啟動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)流量傳感器檢測到的流量的大小,如果出水量減少,出水壓力過大,則PLC控制變頻器的輸出頻率,減少出水量來穩(wěn)定出水壓力。如果變頻器的輸出頻率在20Hz,此時PLC開始計時,如果出水壓力降低,則放棄計時;如果出水壓力一直高于設(shè)定壓力,到一定時間后,則根據(jù)先投先停的原則,PLC將先關(guān)閉正在運(yùn)行的投入時間最長的泵的電磁閥,再關(guān)閉該泵,直到出水壓力達(dá)到設(shè)定值。 (3) 啟動小功率泵 對于永城煤電公司居民生活用水來說,其屬于用水時段性很強(qiáng)的系統(tǒng),因此在5臺水泵中,1?!?#泵為75kW,5#泵為45kW。因此,當(dāng)在用水低谷時,一臺45kW的小功率泵就足可以保持供水壓力,此時,就可以通過變頻運(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低時,可以通知多開啟水源井和反滲透裝置,以提高蓄水池水位,防止因水位過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)場人員無法解決時,通過遠(yuǎn)程診斷功能,由廠家?guī)椭幚怼?/span> 5 箱式疊壓供水系統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件配置及軟件編程 5.1 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個電源模塊,2個32位I/O模塊,2個16位輸出模塊,2個12位AD模塊,1個12位DA模塊和一個CP340模塊。CP340和上位機(jī)之間通過RS-485進(jìn)行通信。 (2) 觸摸屏 可以方面的通過串行通訊與編程器通信,也可以和PLC通過MPI網(wǎng)進(jìn)行通信。通過觸摸屏可以實(shí)時顯示電機(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;還可以通過觸摸屏對PLC進(jìn)行在線控制。 (3) 變頻器及控制方式選擇 在本箱式疊壓供水系統(tǒng)中,根據(jù)冗余設(shè)計原則,采用2個三菱專用供水變頻器,以在發(fā)生故障時相互備用。由PLC開關(guān)量輸出控制變頻器的啟動/停止。 5.2 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。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主程序有機(jī)的結(jié)合起來。故PLC程序主要解決現(xiàn)場各泵的啟動程序、切換程序、啟動小功率泵;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。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PLC發(fā)回的響應(yīng)幀,上位機(jī)必須進(jìn)行拆裝、識別,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)時曲線、報表統(tǒng)計、故障維護(hù)等畫面組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。 5 結(jié)束語 在供水系統(tǒng)中采用基于PLC與觸摸屏控制的箱式疊壓供水系統(tǒng),可以根據(jù)實(shí)際需要水壓的變化自動調(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; 還可以延長主泵電機(jī)的使用壽命。由于采用了雙變頻器,在一臺變頻器出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)可以自動的切換到另一臺變頻器,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,該箱式疊壓供水系統(tǒng)在永城煤電集團(tuán)水廠經(jīng)過一年多的運(yùn)行后,運(yùn)行狀況良好,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計要求,節(jié)能效果顯著,受到了用戶的好評,具有很好的應(yīng)用前景。
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