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PLC控制技術在水塔水箱自動供水系統中的應用

 

1 引言

      水塔水箱自動供水系統在各行各業的生產和生活中都起著至關重要的作用。如何保證供水系統安全、可靠、穩定地運行是很多行業都很關注的問題。把先進的plc控制技術和變頻技術等自動化控制技術應用到供水領域，成為對供水系統的要求。

      在水塔水箱自動供水系統中，如果用戶用水量需要變化時，利用改變閥門開度變化傳統的調整方法，會造成供水壓力不足或過大情況，容易造成資源浪費和產生安全隱患。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采用變頻調速技術則顯得尤為重要。

 

2 水塔水箱自動供水系統工作原理

      水塔水箱自動供水系統就是變頻調速技術在供水中的應用，其采用pid調節技術，使供水壓力恒定在一個設定范圍，其具有恒水壓力波動小，節能效果明顯。實驗中采用循環軟啟方式。

      它的工作原理是：當變頻泵運行到工頻50hz時，此時的實際供水壓力若還沒有達到設定的供水壓力，不是直接啟動另外一臺水泵，而是將當前以變頻運行的水泵直接切換到工頻方式運行，而以變頻方式啟動另外一臺水泵，以達到維持系統壓力的目的。在切換水泵時，按照先啟先停的方式進行。這樣的好處是機組中的每一臺水泵在工作中都可以被使用到。

      在水塔水箱自動供水系統運行過程中，將供水管網實際壓力與設定壓力比較，將得到的壓力差經過pid控制器計算與轉換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調節水泵機組的運行方式和運行速度，最終使實際供水壓力與設定壓力值相等。

 

3 水塔水箱自動供水系統硬件設計

      水塔水箱自動供水系統由水箱、管路、閥門和水泵機組、電氣操作系統和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統由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。

      在此水塔水箱自動供水系統中，傳感器將供水管中的壓力轉換成電量信號后，傳送到plc的特殊功能模塊，進行數據處理后傳給變頻器控制電動機。變頻器是這個系統中的核心器件，通過plc對變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力，實現恒壓供水的要求。plc將模擬量輸入、輸出模塊經過轉換后的數據進行pid運算，然后將計算值輸出變頻器，變頻器根據輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實現對電機轉速的調節，改變管內壓力值。 

根據控制要求，水泵機組由四臺水泵組成。第一臺水泵變壓不足時，將第一臺水泵切入工頻運行，再投入第二臺變頻泵第四臺水泵啟動。停泵時先停第一臺工頻泵，再停第二臺工頻先開先停。

 

4 水塔水箱自動供水系統軟件設計

4.1程序模塊設計

      軟件系統設計基于windows平臺的32位編程軟件包step-7 micro win，采用模塊化設計方法，主程序的流程圖如圖3所示。

      除主程序的流程以外，程序模塊設計還涉及到定時器t0初始化程序、中斷服務程序、故障報警子程序等相應的模塊。

4.2組態軟件

      本系統我們采用wincc組態軟件[6]。wincc是一個工控系統中的一個電腦控制組態軟件，它他可以和plc通訊，可以點擊組態中的按鈕來操作一些設備的運行或停止；plc是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來控制一些設備的運行順序和狀態，是工業中必不可少的一種控制方式。

因組態軟件不能直接讀取aiw通道中的數據，所以運用step7中的傳送指令，將aiw通道中的數據傳送到變量存儲區中，以便組態軟件從中讀取數據。

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兩種協議之一進行。通過profibus協議進行wincc與s7-200系列plc通信的實現,需要以下幾點：

(1)軟硬件要求

      pc機，windows98操作系統；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板卡的驅動；安裝wincc 4.0或以上版本；安裝com profibus軟件。

(2)組態

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

(3)設置pg/pc interface

      在設置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。

(4)wincc的設置

      在wincc變量管理器中添加一個新的驅動程序，新的驅動程序選擇profibus dp.chn，設定參數。

(5)建立變量

      wincc中的變量類型有in和out。in和out是相對于主站來說的，即in表示wincc從s7-200系列plc讀入數據，out表示wincc向s7-200系列plc寫出數據。in和out與數據存儲區v區對應。

(6)優缺點

      優點：該方法數據傳輸速度快，易擴展，實時性好；

      缺點：傳送數據區域有限(最大64字節)，在plc中也必須進行相應的處理，且硬件成本高，需要profibus總線等硬件，還需要com profibus軟件。

      應用場合：適用于要求高速數據通信和實時性要求高的系統。 

 

5 結束語

      文中介紹的新型供水方式不論在設備的投資運行的經濟性，還是系統的穩定性和可靠性，自動化程序等方面，都是具有無法替代的優勢，而且具有顯著的節能效果。目前，該水塔水箱自動供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控制、多品種的方向發展，而追求高度智能化、系列化、標準化將成為必然趨勢。