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PLC控制技術(shù)在水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

      水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)和生活中都起著至關(guān)重要的作用。如何保證供水系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行是很多行業(yè)都很關(guān)注的問(wèn)題。把先進(jìn)的plc控制技術(shù)和變頻技術(shù)等自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到供水領(lǐng)域，成為對(duì)供水系統(tǒng)的要求。

      在水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)中，如果用戶用水量需要變化時(shí)，利用改變閥門開度變化傳統(tǒng)的調(diào)整方法，會(huì)造成供水壓力不足或過(guò)大情況，容易造成資源浪費(fèi)和產(chǎn)生安全隱患。因此，在一些用水量變化大、水壓控制高且流量完全由用戶確定的供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)則顯得尤為重要。

2 水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)工作原理

      水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)就是變頻調(diào)速技術(shù)在供水中的應(yīng)用，其采用pid調(diào)節(jié)技術(shù)，使供水壓力恒定在一個(gè)設(shè)定范圍，其具有恒水壓力波動(dòng)小，節(jié)能效果明顯。實(shí)驗(yàn)中采用循環(huán)軟啟方式。

      它的工作原理是：當(dāng)變頻泵運(yùn)行到工頻50hz時(shí)，此時(shí)的實(shí)際供水壓力若還沒有達(dá)到設(shè)定的供水壓力，不是直接啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，而是將當(dāng)前以變頻運(yùn)行的水泵直接切換到工頻方式運(yùn)行，而以變頻方式啟動(dòng)另外一臺(tái)水泵，以達(dá)到維持系統(tǒng)壓力的目的。在切換水泵時(shí)，按照先啟先停的方式進(jìn)行。這樣的好處是機(jī)組中的每一臺(tái)水泵在工作中都可以被使用到。

      在水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，將供水管網(wǎng)實(shí)際壓力與設(shè)定壓力比較，將得到的壓力差經(jīng)過(guò)pid控制器計(jì)算與轉(zhuǎn)換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的運(yùn)行方式和運(yùn)行速度，最終使實(shí)際供水壓力與設(shè)定壓力值相等。

3 水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

      水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)由水箱、管路、閥門和水泵機(jī)組、電氣操作系統(tǒng)和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統(tǒng)由plc、變頻器(mm440)、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源、小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。

      在此水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)中，傳感器將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)后，傳送到plc的特殊功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動(dòng)機(jī)。變頻器是這個(gè)系統(tǒng)中的核心器件，通過(guò)plc對(duì)變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的要求。plc將模擬量輸入、輸出模塊經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行pid運(yùn)算，然后將計(jì)算值輸出變頻器，變頻器根據(jù)輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變管內(nèi)壓力值。 

根據(jù)控制要求，水泵機(jī)組由四臺(tái)水泵組成。第一臺(tái)水泵變壓不足時(shí)，將第一臺(tái)水泵切入工頻運(yùn)行，再投入第二臺(tái)變頻泵第四臺(tái)水泵啟動(dòng)。停泵時(shí)先停第一臺(tái)工頻泵，再停第二臺(tái)工頻先開先停。

4 水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1程序模塊設(shè)計(jì)

      軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于windows平臺(tái)的32位編程軟件包step-7 micro win，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主程序的流程圖如圖3所示。

      除主程序的流程以外，程序模塊設(shè)計(jì)還涉及到定時(shí)器t0初始化程序、中斷服務(wù)程序、故障報(bào)警子程序等相應(yīng)的模塊。

4.2組態(tài)軟件

      本系統(tǒng)我們采用wincc組態(tài)軟件[6]。wincc是一個(gè)工控系統(tǒng)中的一個(gè)電腦控制組態(tài)軟件，它他可以和plc通訊，可以點(diǎn)擊組態(tài)中的按鈕來(lái)操作一些設(shè)備的運(yùn)行或停止；plc是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來(lái)控制一些設(shè)備的運(yùn)行順序和狀態(tài)，是工業(yè)中必不可少的一種控制方式。

因組態(tài)軟件不能直接讀取aiw通道中的數(shù)據(jù)，所以運(yùn)用step7中的傳送指令，將aiw通道中的數(shù)據(jù)傳送到變量存儲(chǔ)區(qū)中，以便組態(tài)軟件從中讀取數(shù)據(jù)。

4.3wincc與s7-200plc的通信

      wincc與s7-200系列plc的通信，可以采用ppi和profibus兩種協(xié)議之一進(jìn)行。通過(guò)profibus協(xié)議進(jìn)行wincc與s7-200系列plc通信的實(shí)現(xiàn),需要以下幾點(diǎn)：

(1)軟硬件要求

      pc機(jī)，windows98操作系統(tǒng)；s7-200系列plc；cp5412板卡或者其他同類板卡，如：cp5613，cp5611；em277 profibus dp模塊；profibus電纜及接頭；安裝cp5412板卡的驅(qū)動(dòng)；安裝wincc 4.0或以上版本；安裝com profibus軟件。

(2)組態(tài)

      首先，打開simatic net\com profibus，重新建立一個(gè)組態(tài)，主站為softnet-dp，從站是em277 profibus-dp。

(3)設(shè)置pg/pc interface

      在設(shè)置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。

(4)wincc的設(shè)置

      在wincc變量管理器中添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，新的驅(qū)動(dòng)程序選擇profibus dp.chn，設(shè)定參數(shù)。

(5)建立變量

      wincc中的變量類型有in和out。in和out是相對(duì)于主站來(lái)說(shuō)的，即in表示wincc從s7-200系列plc讀入數(shù)據(jù)，out表示wincc向s7-200系列plc寫出數(shù)據(jù)。in和out與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)v區(qū)對(duì)應(yīng)。

(6)優(yōu)缺點(diǎn)

      優(yōu)點(diǎn)：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴(kuò)展，實(shí)時(shí)性好；

      缺點(diǎn)：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限(最大64字節(jié))，在plc中也必須進(jìn)行相應(yīng)的處理，且硬件成本高，需要profibus總線等硬件，還需要com profibus軟件。

      應(yīng)用場(chǎng)合：適用于要求高速數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)。 

5 結(jié)束語(yǔ)

      文中介紹的新型供水方式不論在設(shè)備的投資運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，自動(dòng)化程序等方面，都是具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前，該水塔水箱自動(dòng)供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機(jī)控制、多品種的方向發(fā)展，而追求高度智能化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化將成為必然趨勢(shì)。