張振軍

摘 要：隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于城市供水系統(tǒng)的質(zhì)量要求也越來越高，然而我國(guó)城市的供水系統(tǒng)存在高樓供水壓力不足等問題。基于此，文章對(duì)恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，同時(shí)分析了變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)與變頻恒壓供水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的要點(diǎn)，設(shè)計(jì)PLC、變頻器和傳感器等組成恒壓供水系統(tǒng)，根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制供水量，有效提高我國(guó)城市供水系統(tǒng)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC；恒壓供水；變頻器

中圖分類號(hào)：TU821 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0105-02

1 基于PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 自動(dòng)運(yùn)行控制分析

供水系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制方式受控制管網(wǎng)壓力的影響，因此，自動(dòng)運(yùn)行控制可分為兩種情況分析，一種是管網(wǎng)壓力上升時(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制方式，另一種是管網(wǎng)壓力下降時(shí)供水系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制方式。

1.1.1 管網(wǎng)壓力上升時(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制方式

供水系統(tǒng)的控制系統(tǒng)開始工作時(shí)，供水管網(wǎng)內(nèi)幾乎沒有水壓，這時(shí)1#水泵電機(jī)在變頻恒壓系統(tǒng)的控制下，進(jìn)入變頻運(yùn)行模式，當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，供水壓力才能滿足用戶的需求，這時(shí)，1#水泵電機(jī)開始平穩(wěn)運(yùn)行。隨著用戶用水量的升高，管道內(nèi)的水壓逐漸減小，壓力傳感器會(huì)將接收到的信息傳遞到控制系統(tǒng)中，閉環(huán)系統(tǒng)在進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)的過程中，會(huì)加快1#水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。在用戶的用水量減小時(shí)，管道內(nèi)的水壓會(huì)逐漸升高，壓力傳感器在將接收到的信息傳遞到控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)在進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)，降低1#水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。當(dāng)用戶的用水量不斷上升時(shí)，系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制方式會(huì)將輸出功率提升到變頻器的最高輸出功率，即工頻頻率，由于這時(shí)供水管網(wǎng)的壓力小于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，因此控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制1#水泵電機(jī)為工頻運(yùn)行狀態(tài)，變頻啟動(dòng)2#水泵電機(jī)，這個(gè)過程會(huì)一直持續(xù)到供水管網(wǎng)壓力與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值相同的時(shí)候。

1.1.2 管網(wǎng)壓力下降時(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行控制方式

用戶的用水量減小，會(huì)導(dǎo)致供水管網(wǎng)的壓力升高，變頻器的輸出功率將降低到供水系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的功率，如果這時(shí)供水壓力大于設(shè)定值，供水系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉工作時(shí)間最長(zhǎng)的水泵電機(jī)，直到供水壓力與預(yù)設(shè)值相同。所以，變頻器控制水泵電機(jī)的工作，每臺(tái)水泵在工作時(shí)，都按照“先開后啟，后啟先開”工作原則，在居民用水量持續(xù)下降，變頻器的輸出功率與啟動(dòng)功率相同時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換過程，一直持續(xù)到最后一個(gè)變頻水泵開始工作為止。

1.2 手動(dòng)運(yùn)行控制分析

手動(dòng)運(yùn)行控制方式通常在供水系統(tǒng)自動(dòng)控制方式出現(xiàn)異常狀況時(shí)使用，它屬于一種供水控制系統(tǒng)的備用工作方式。供水控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關(guān)常常放置在手動(dòng)擋上，當(dāng)啟動(dòng)1#水泵電機(jī)工作時(shí)，需要按下控制系統(tǒng)的啟動(dòng)按鈕，在這個(gè)過程中，工作人員需要時(shí)刻關(guān)注供水管網(wǎng)的壓力變化，決定水泵電機(jī)的工作臺(tái)數(shù)和運(yùn)行速度。當(dāng)供水壓力達(dá)不到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，工作人員需要變頻啟動(dòng)2#水泵，以此類推，直到第4臺(tái)水泵電機(jī)開始工作[1]。

1.3 變頻恒壓供水系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)

組織塊OB1是PLC程序的主程序，在PLC程序中，OB1始終會(huì)調(diào)用功能塊與系統(tǒng)功能塊的功能。在OB1循環(huán)完成后，操作系統(tǒng)會(huì)將接收到的映像輸出表傳遞到輸出模板，在重新啟動(dòng)OB1之前，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前的信號(hào)狀態(tài)，更新映像輸入表，且該過程會(huì)在系統(tǒng)的控制下循環(huán)執(zhí)行。OB1是所有被監(jiān)視的OB中，優(yōu)先權(quán)最低的項(xiàng)目塊，所以優(yōu)先級(jí)較高的OB會(huì)中斷OB1的運(yùn)行。S7-300CPU能夠最大限度的減小OB1的研究處理時(shí)間，該控制系統(tǒng)可以完成故障信號(hào)的輸入、開關(guān)量報(bào)警以及故障、報(bào)警子程序的處理等工作。

1.4 變頻恒壓供水系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集與通信模塊

該模塊主要包含三方面的主要內(nèi)容，分別為：數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、設(shè)定通信參數(shù)。設(shè)定通信參數(shù)的方式主要有兩種，一種是根據(jù)供水壓力大小、用戶的用水量設(shè)定壓力傳感器的參數(shù)，另一種是根據(jù)PLC與PC機(jī)間的通信協(xié)議設(shè)定通信參數(shù)。數(shù)據(jù)處理模塊主要負(fù)責(zé)分解PLC讀取到的數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過濾波等操作方式，將采集到的信息存儲(chǔ)到數(shù)組之中。通信模塊由通信測(cè)試與數(shù)據(jù)通信兩方面組合而成，主要負(fù)責(zé)PLC驅(qū)動(dòng)不同工作狀態(tài)下的控制系統(tǒng)時(shí)，修改由上機(jī)位下達(dá)的控制參數(shù)與控制命令，維持系統(tǒng)的通信狀態(tài)。

1.5 變頻恒壓供水系統(tǒng)中設(shè)備的狀態(tài)控制模塊

該模塊主要包括三方面主要內(nèi)容，分別為報(bào)警處理、設(shè)定設(shè)備參數(shù)、顯示與調(diào)整設(shè)備狀態(tài)。其中報(bào)警處理負(fù)責(zé)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，以聲音或者換面閃爍的方式使工作人員注意到系統(tǒng)運(yùn)行的異常情況，記錄報(bào)警時(shí)的數(shù)據(jù)有利于對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行處理。設(shè)定設(shè)備的參數(shù)可以利用PLC的水位以及壓力調(diào)整PID參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳送到PLC中，通過其調(diào)節(jié)功能有效控制系統(tǒng)，同時(shí)也可以調(diào)整設(shè)備運(yùn)行過程中的重要參數(shù)[2]。

2 基于PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 供水系統(tǒng)初始化控制程序

在啟動(dòng)系統(tǒng)之前，需要對(duì)系統(tǒng)各組成部分的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如果在檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)問題，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)對(duì)模擬量數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，并賦予數(shù)據(jù)一個(gè)初始值，可利用主程序?qū)ψ映绦蛘{(diào)用的方式完成上述環(huán)節(jié)。

2.2 水泵電機(jī)的啟動(dòng)程序

控制系統(tǒng)開展工作時(shí)，通常采用分組方式控制各機(jī)組的運(yùn)行，PLC程序在這時(shí)才可以啟動(dòng)電機(jī)。在使水泵電機(jī)開始工作之前，需要為變頻器三相電源輸入端供電，在PLC發(fā)布完指令后，閉合電機(jī)與變頻器三相電源輸出端的接觸器，然后將變頻器外控端子間的常開觸點(diǎn)連接在一起，同時(shí)令BX-CM斷開。

2.3 水泵電機(jī)變頻與工頻切換程序

水泵機(jī)在變頻運(yùn)行之后，在變頻器輸出頻率為50Hz的情況下，可以檢測(cè)變頻輸出電源和工頻電源的相位是否一致，如果相位相同，PLC的擴(kuò)展模塊將接受控制器端子的OV信號(hào)，然后對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并開展相應(yīng)操作，切斷變頻器的輸出，在這個(gè)過程中，可以確保變頻電源與工頻電源的相位保持一致，同時(shí)還可以徹底消除接觸器觸頭間的電弧。然后PLC指令發(fā)出，使工頻接觸器吸合，可以順利完成水泵電機(jī)變頻與工頻的切換。endprint

2.4 PLC通信連接設(shè)置

PLC在進(jìn)行專用協(xié)議與RS指令連接時(shí)，需要設(shè)定通訊格式（D8120），D8120包括波特率、奇偶校驗(yàn)以及停止位等格式，在修改完D8120的設(shè)置后，需要將PLC電源關(guān)閉之后再打開，才能使系統(tǒng)按照修改后的參數(shù)運(yùn)行。除此之外還要對(duì)D8121進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定時(shí)可以采用RS485形式，將設(shè)定的范圍控制在OOH到OFH之間，數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度設(shè)為7位，波特率的值為9600bps，無標(biāo)題符與終結(jié)符，利用RS-232C，自動(dòng)添加校驗(yàn)碼，采用專用的協(xié)議格式1，同時(shí)將站號(hào)設(shè)置為0。

2.5 PLC數(shù)據(jù)輸出

供水監(jiān)測(cè)軟件能夠?qū)⒉杉降男盘?hào)與設(shè)定的型號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)輸出數(shù)據(jù)能夠控制供水系統(tǒng)的運(yùn)行，所以應(yīng)在監(jiān)測(cè)軟件中設(shè)置數(shù)據(jù)輸出。數(shù)據(jù)步開始后，遇到input、set、merge、update語句時(shí)，會(huì)讀入一個(gè)觀測(cè)，當(dāng)讀取非空環(huán)節(jié)中沒有讀入觀測(cè)時(shí)，PLC生成一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)數(shù)據(jù)輸出環(huán)節(jié)結(jié)束；當(dāng)讀取非空環(huán)節(jié)讀取到觀測(cè)時(shí)，PLC會(huì)用程序語句對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)使用output語句和數(shù)據(jù)步結(jié)束隱含的輸出將觀測(cè)輸出到數(shù)據(jù)集，通過上述過程的不斷循環(huán)，直至PLC輸出數(shù)據(jù)。

2.6 PLC設(shè)計(jì)方法

通常情況下，PLC的輸入點(diǎn)數(shù)及輸出點(diǎn)數(shù)受控制系統(tǒng)的要求影響，控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量決定著PLC的輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)。PLC輸入端口主要包括五大控制按鈕，分別為：工頻轉(zhuǎn)換器按鈕、工頻啟動(dòng)按鈕、工頻停止按鈕、故障復(fù)位按鈕及熱機(jī)保護(hù)按鈕。PLC的輸出端口包含工/變頻器轉(zhuǎn)換、運(yùn)行指示及變頻器啟動(dòng)控制等方面的控制內(nèi)容。PLC通過繼電器的作用實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)內(nèi)所有交流接觸器的連接，同時(shí)有效隔離控制系統(tǒng)中的強(qiáng)電流與弱電流，起到保護(hù)PLC設(shè)備的作用，增強(qiáng)供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在確定PLC的端子數(shù)時(shí)，除了要按照控制系統(tǒng)的需求選擇端子數(shù)量外，還應(yīng)為設(shè)備調(diào)整過程留有一定的余量。選用的PLC模塊為EC20型，它的DQ為16點(diǎn)，SC220V繼電器輸出是該模塊的輸出形式，此時(shí)，該模塊的輸入形式是+24V直流輸入。

3 結(jié)束語

綜上所述，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)可以解決城市供水壓力不足與壓力不穩(wěn)定的問題。通過上述對(duì)PLC下變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，可以使供水系統(tǒng)在PLC的運(yùn)算后，控制變頻器，調(diào)試水泵的運(yùn)行狀態(tài)，保護(hù)水泵的發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定、波動(dòng)小和無極調(diào)速運(yùn)行的要求。因此，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮上述對(duì)變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，達(dá)到恒壓供水的目的。

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