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和利時(shí)LM系列PLC在無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

   2012年01月16日 15:08  
  摘要:無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)用于生活用水的二次增壓。所謂為無(wú)負(fù)壓是指在水泵工作時(shí)對(duì)市政管網(wǎng)的給水壓力不產(chǎn)生壓降,這就需要真空抑制技術(shù)、穩(wěn)流補(bǔ)償技術(shù)、預(yù)壓平衡補(bǔ)償技術(shù)、能量?jī)?chǔ)存釋放技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和智能控制技術(shù)等多種技術(shù)共同作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。智能控制器目前有基于單片機(jī)的控制器和基于PLC的智能控制器。PLC以其靈活和可靠的特點(diǎn)越來(lái)越多地應(yīng)用在無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)中。和利時(shí)公司的LM系列PLC以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、優(yōu)化的PID技術(shù)以及無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序,在無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備中越來(lái)越多的應(yīng)用。
  
  1、引言
  
  無(wú)負(fù)壓供水是在變頻恒壓供水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,它的*之處在于將系統(tǒng)直接與自來(lái)水管網(wǎng)串聯(lián)對(duì)接,而不用建立水池和設(shè)置水箱,供給用戶的水*在一個(gè)密封的環(huán)境中,避免了飲用水在供水過(guò)程中的二次污染。這種供水方式實(shí)現(xiàn)了無(wú)池供水與變頻恒壓供水的結(jié)合,能夠達(dá)到比其它供水方式更環(huán)保節(jié)能的效果。此外在供水過(guò)程中,充分利用自來(lái)水原有的壓力,因此可節(jié)電50%以上。不僅如此,無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)結(jié)合真空抑制、穩(wěn)流補(bǔ)償、預(yù)壓平衡補(bǔ)償、能量?jī)?chǔ)存釋放、變頻調(diào)速和智能控制等技術(shù),在供水的同時(shí)不,會(huì)對(duì)市政管網(wǎng)產(chǎn)生壓降,從而保證了市政管網(wǎng)的正常運(yùn)行。
  
  2、無(wú)負(fù)壓供水工藝概述
  
  無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)的核心概念就是通過(guò)變頻器控制水泵的運(yùn)行頻率,達(dá)到節(jié)能供水的效果,同時(shí)系統(tǒng)還加入了市政管網(wǎng)保護(hù)功能、水泵保護(hù)功能以及故障處理等功能。為了節(jié)約成本,目前人們大多采用一個(gè)變頻器控制多個(gè)水泵的變頻運(yùn)行方式,也就是我們常說(shuō)的一拖二、一拖三或一拖四等控制系統(tǒng)。采用這種方式,變頻器輪流控制各個(gè)水泵變頻運(yùn)行。
  
  水泵的運(yùn)行方式有兩種,一種是變頻運(yùn)行,一種是工頻運(yùn)行。水泵的運(yùn)行方式由中央控制器根據(jù)用戶用水量的多少自動(dòng)控制。系統(tǒng)啟動(dòng)后,水泵首先變頻運(yùn)行,當(dāng)用水量增加時(shí),變頻水泵轉(zhuǎn)換為工頻運(yùn)行,并啟動(dòng)下一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行。用水量減少后,工頻水泵退出運(yùn)行,水泵的投切過(guò)程如此循環(huán)反復(fù)。
  
  在用水量很少,或沒(méi)有用水時(shí),為了節(jié)能與延長(zhǎng)水泵的使用壽命,水泵還可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)用水量增加時(shí),水泵會(huì)自動(dòng)從休眠狀態(tài)中被喚醒。當(dāng)一臺(tái)水泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí),為了使各個(gè)水泵均衡運(yùn)行,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇運(yùn)行時(shí)間zui短的水泵運(yùn)行。當(dāng)有水泵出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)跳過(guò)該水泵,不會(huì)影響其他水泵的投切過(guò)程。
  
  3、無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
  
  在傳統(tǒng)的無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備中,控制器大多采用單片機(jī)設(shè)計(jì),這種控制器一般都不允許用戶對(duì)其內(nèi)部的程序進(jìn)行修改。如果想增加一些功能,則必須找控制器的供應(yīng)商幫助完成。這就導(dǎo)致了系統(tǒng)的靈活性較差,而且這種控制器一般都沒(méi)有經(jīng)過(guò)可靠性測(cè)試,在可靠性方面可能存在或多或少的問(wèn)題。
  
  采用PLC作為核心控制單元,在可靠性上得到了保證,其開(kāi)放的編程環(huán)境也使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和維護(hù)更加方便。不僅如此,和利時(shí)還為無(wú)負(fù)壓供水設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的例程,用戶可以直接使用這個(gè)例程搭建無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng),或者可以根據(jù)需要對(duì)例程進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改,這樣大大提高了系統(tǒng)的建立效率以及系統(tǒng)的開(kāi)放性。
  
  本次設(shè)計(jì)針對(duì)1拖3無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護(hù)器、故障報(bào)警燈等組成。PLC負(fù)責(zé)三個(gè)水泵的投切控制算法,根據(jù)管網(wǎng)出口的設(shè)定壓力動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率,以及實(shí)現(xiàn)倒泵、休眠、故障處理、無(wú)負(fù)壓補(bǔ)償?shù)裙δ?。本系統(tǒng)采用和利時(shí)LM系列PLC作為系統(tǒng)控制器,并且通過(guò)LM系列PLC自帶的RS232接口連接現(xiàn)場(chǎng)的觸摸屏HT6720T,觸摸屏程序具有系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、查詢系統(tǒng)報(bào)警記錄等功能。為了便于用戶查詢控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及設(shè)置出口壓力等參數(shù),這里還用LM系列PLC自帶的RS485接口連接了一個(gè)短信數(shù)傳模塊,用戶可以通過(guò)手機(jī)隨時(shí)查詢水泵的運(yùn)行狀況以及設(shè)定管網(wǎng)的出口壓力。無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
  
  3-1無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  
  4、無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
  
  根據(jù)工藝要求,無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。
  
  圖2無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)程序流程圖
  
  無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)操作界面由觸摸屏HT6720T制作。操作界面主要可以完成無(wú)負(fù)壓供水控制系統(tǒng)運(yùn)行工況的監(jiān)視、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)報(bào)警顯示、歷史報(bào)警顯示等功能。觸摸屏工況界面如圖3所示,可以查看各個(gè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)以及進(jìn)水壓力、目標(biāo)壓力和出水壓力等幾個(gè)重要的輸出參數(shù)。
  
  圖4和圖5是參數(shù)設(shè)置界面,可以進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。所設(shè)置的參數(shù)均為掉電保持。LM系列PLC中掉電保持區(qū)的數(shù)據(jù)為*保持,可以避免因停電導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)丟失的后顧之憂。圖6為觸摸屏報(bào)警查詢畫面,可以查詢實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警信息。
  
  圖3觸摸屏工況界面


 
  圖4觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面一

  
  圖5觸摸屏參數(shù)設(shè)置界面二

  
  圖6觸摸屏報(bào)警查詢畫面
  
  5、系統(tǒng)的特點(diǎn)
  
  基于LM系列PLC的無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):
  
  可靠性
  
  可靠性是無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的單片機(jī)控制器相比,LM系列PLC在穩(wěn)定性、抗干擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝*。LM系列PLC的輸入和輸出點(diǎn)都是與現(xiàn)場(chǎng)隔離的,這為系統(tǒng)的可靠性提供了硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)所提供的增量PID運(yùn)算功能塊使系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的用水量迅速調(diào)節(jié)給水泵的工作頻率,使給水壓力以較快的速度穩(wěn)定在設(shè)定值,這也在功能上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
  
  易用性
  
  LM系列PLC體積小、集成化程度高、運(yùn)算速度快、邏輯控制容量大,還可以進(jìn)行在線調(diào)試和離線調(diào)試,有強(qiáng)大的視圖功能,可以大大降低編程調(diào)試的工作量,縮短調(diào)試的周期。靈活的編程功能,可以給未來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)極大方便。系統(tǒng)采用7英寸TFT觸摸屏,整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況一目了然,各項(xiàng)控制參數(shù)也可以根據(jù)不同工況進(jìn)行調(diào)整,并可以生成實(shí)時(shí)報(bào)警與歷史報(bào)警列表。同時(shí),還利用LM系列PLC自帶的RS485接口連接短信數(shù)傳模塊,用戶可以直接通過(guò)手機(jī)隨時(shí)查詢系統(tǒng)的運(yùn)行工況,并可以進(jìn)行管網(wǎng)出口壓力等參數(shù)的設(shè)置。
  
  功能性
  
  本系統(tǒng)是在LM系列PLC的無(wú)負(fù)壓供水標(biāo)準(zhǔn)程序的基礎(chǔ)上建立的,實(shí)現(xiàn)的功能包括了水泵的自動(dòng)投切功能、休眠倒泵功能、水泵優(yōu)先級(jí)判斷功能、優(yōu)化的故障處理功能、多時(shí)段設(shè)定功能、低水位自動(dòng)保護(hù)功能、無(wú)負(fù)壓功能、短信通訊功能以及PLC鎖定功能等。整個(gè)系統(tǒng)的搭建過(guò)程幾乎沒(méi)有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行修改,在實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)上,方便快速地完成了控制系統(tǒng)的搭建。

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