基于可編程序控制器實現(xiàn)水加壓站恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1. 引言

恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時缺水時，可能影響產(chǎn)品質量，嚴重時使產(chǎn)品報廢和設備損壞。又如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以某些用水區(qū)采用恒壓轟水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。

在舊加壓設備中，恒壓供水一般采用起動或停止加壓站的水泵和調節(jié)出口閥開度來實現(xiàn)。控制系統(tǒng)是采用繼電接觸器控制線路，這種系統(tǒng)線路復雜，維護困難，操作麻煩，工人要24小時值班看守，勞動強度大。所以有必要對之進行改造，提高自動化水平。

本文介紹的用于某自來水加壓站快速起動恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，采用松下電工生產(chǎn)的FP3型可編程序控制器（PLC）進行控制，用研華工控機進行監(jiān)控，自動化程度高，整個工作程序自動完成，能清楚地顯示各個設備的實時狀態(tài)，并自動調節(jié)水壓。

本系統(tǒng)還設有多種保護，如水壓超限報警、閥門故障報警、水位超限報警并處理、水泵電機電流過流報警并處理等。

2. 系統(tǒng)結構及控制要求

恒壓供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、2個清水池及泵房組成，如圖1所示。

其中泵房裝有1# ~ 6#共6臺150kW泵機。另外還有多個（V1 ~ V23）電動閘閥控制各供水回路和水流量。

要求該恒壓供水系統(tǒng)具有如下基本操作功能。

（1）當市政自來水壓力高于設定壓力21.56×104Pa時，直接由市自來水供水。

（2）當市自來水低于設定壓力，但不低于下壓力7.84×104Pa時，采用直抽水加壓供水方案。即逐步起動2臺泵機向管網(wǎng)充壓。當檢測到市自來水高于設定壓力時，再轉換成市自來水直接供水。

（3）當自來水壓力持續(xù)低于2.94× 104Pa或出現(xiàn)確切負壓信號時，應立即轉換成抽池水加壓，但此時應保證水池水位高于最低限水位的條件。

（4）當采用直抽水或抽池水加壓供水時，應能自動調節(jié)其總出口水壓為給定值，調節(jié)誤差小于等于± 10%。

3. PLC控制系統(tǒng)設計

恒壓供水系統(tǒng)的檢測點以及控制量較多，是一個規(guī)模較大的測控系統(tǒng)。根據(jù)其特點，我們選用了松下電工的FP3可編程序控制器作為控制裝置。該控制器與其它可編程序控制器相比，具有一些明顯的優(yōu)點，如FP3采用了模塊化設計，可根據(jù)實際需要靈活組裝，使用方便，I/O分配采用自由編程方式；容量大，程序量只受掃描周期限制，而掃描周期可在一定范圍內自行更改；具有A/D、D/A、脈沖輸出、位置控制等高級單元，可實現(xiàn)“共享存儲器”；另外還有一些特殊的功能。

恒壓供水PLC系統(tǒng)的結構如圖1虛框內所示。系統(tǒng)包括一個電源單元、一個CPU單元、一個上位機聯(lián)結單元，還有I/O 單元和A/D單元。上位機采用研華工控機ABB公司組態(tài)軟件，上位機聯(lián)結單元通過C？/FONT》NET適配器與之通訊。工控機對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，顯示器顯示了整個加壓系統(tǒng)結構、各個閥門與水泵的實時狀態(tài)、讀出各個水壓及流量、閥門的開度、水池水位等參數(shù)，并有各種報警實時顯示和故障記錄。

系統(tǒng)既有模擬量輸入，也有開關量輸入。模擬量通過A/D模塊輸入，共27個通道。I/O各有96個點。

4. PLC的軟件設計

根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時監(jiān)控市自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，或是采用直抽水充壓方案還是采用抽水池水充壓的方案。控制系統(tǒng)的程序較復雜。

在控制過程中，供水口的水壓自動調節(jié)是一個重要和較有特色的設計部分之一，在此著重介紹實現(xiàn)自動恒壓功能的軟件設計。

由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，閥門的開、關、管網(wǎng)充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)。同時因為是在舊設備的基礎上進行改造，要利用現(xiàn)有的設備，故并未采用調速調壓，而是采用下述多種方法對水壓進行調節(jié)。首先采用分段調節(jié)法，把水壓偏差分為四段，即10%、20%、30%、40%，當檢測到偏差較小時，輸出的控制量（蝶閥的增量）較小，且操作周期亦較大；當偏差較大時，則輸出的控制量較大而操作周期較小，使其快速減小偏差而又避免過大超調。另外，在偏差小于等于± 10%時，再加上模糊控制，根據(jù)D ek=ek-ek-1的值來確定是否調節(jié)蝶閥開度，使誤差進一步減少，保證其小于等于± 10%的誤差要求。當調節(jié)閥門開度仍不能使偏差進入允許范圍時，用起動或停止1臺或1臺以上水泵的方法來調節(jié)水壓。通過這樣多種調節(jié)水壓方法相結合，可使出水口水壓得到滿意的調節(jié)效果。

自動調壓子程序框圖如圖2所示。

5. 結論

本文所設計的PLC恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)已成功地應用于某工業(yè)區(qū)，運行結果表明，該系統(tǒng)完全滿足其設計要求，具有操作方便、可靠性強、數(shù)據(jù)完整、監(jiān)控及時等突出優(yōu)點，并大大地減輕了操作工人的勞動強度、縮短了操作時間，受到了操作人員、維護人員、管理人員的好評。該監(jiān)控系統(tǒng)的成功設計，也為類似系統(tǒng)的舊設備改造提供了可取的經(jīng)驗。