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  变频恒压供水 > 基于plc和触摸屏控制的变频恒压供水系统    

基于plc和触摸屏控制的变频恒压供水系统

1 引言

  随着3c技术(计算机、通信、控制)和变频技术的不断发展,在居民小区生活用水、工业用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中,原来均是采用水塔、高位水箱等设备,这些设备不但占地广、投资大,而且越来越不能满足现代化的供水要求。另一方面,采用传统的方法很难保证供水的实时性,并且由于水泵是采用最大供水量设计的,由于用水高峰时间短,很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。本文以永城煤电集团水厂的控制系统为例,介绍一种基于plc和触摸屏控制的恒压供水系统。

2 系统简介

  永城煤电集团水厂变频恒压供水系统由plc控制器、两台变频调速器、软启动器、触摸屏显示器、交流接触器、热继电器、压力变送器、水位变送器、流量变送器等其他电控设备以及4台75kw水泵和一台45kw的小水泵组成,如图1所示。

 恒压供水系统图

  图 1 恒压供水系统图

  在供水系统的蓄水池中安装水位变送器,在总出水管安装压力变送器和流量变送器,检测出水位、压力和流量,转换成4~20ma的信号,输入到plc的模拟量输入模块,将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过pid运算,通过控
制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速,以达到保持水压的恒定;同时通过水位检测,根据水位的高低来开启水源井的多少和调节反渗透系统的产水能力。同时,在触摸屏显示器上可以显示各个电机的电流、频率、水位、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。系统信息还可以通过企业的intranet网发布到网络上,通过网络进行系统的远程诊断和控制。

3 控制对象

  根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况,控制水厂现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止,以实现水厂恒压供水的自动控制。

4 系统工作原理

  该系统具有手动和自动两种运行方式:

4.1 手动运行方式

  选择手动运行方式时,根据需要,通过按启动和停止按钮,来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。

4.2自动运行方式

(1) 启动程序

  在自动运行时,首先检测5台泵是否有泵出现故障,如果1#泵出现故障,则通过触摸屏在线修改该水泵的状态,把1#泵设为故障状态,则系统启动时,自动不启动1#泵。其次检测蓄水池水位,如果符合要求,

  1#泵也无故障,开始启动真空泵抽真空,如果满足要求,则1#泵变频交流接触器吸合,电机和变频器连通,同时打开1#泵的电磁阀,通过检测压力的大小,plc经过pid运算,此时变频器的输出频率从0hz开始上升,如果压力不够,则上升到50hz,延时后,通过软启动器,将1#泵切换到工频,再启动2#泵,依次类推,直到出水压力达到设定压力。

(2) 水泵切换程序

  根据流量传感器检测到的流量的大小,如果出水量减少,出水压力过大,则plc控制变频器的输出频率,减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20hz,此时plc开始计时,如果出水压力降低,则放弃计时;如果出水压力一直高于设定压力,到一定时间后,则根据先投先停的原则,plc将先关闭正在运行的投入时间最长的泵的电磁阀,再关闭该泵,直到出水压力达到设定值。

(3) 启动小功率泵

  对于永城煤电公司居民生活用水来说,其属于用水时段性很强的系统,因此在5台水泵中,1#-4#泵为75kw,5#泵为45kw。因此,当在用水低谷时,一台45kw的小功率泵就足可以保持供水压力,此时,就可以通过变频运行5#小功率泵,使其工作在低频状态,就可以维持供水系统的水压稳定。

(4) 远程控制和故障诊断

  该控制系统通过plc的通讯模块cp340向设在局后勤处的上位机发送信息,两者之间通讯采用rs-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时,可以通知多开启水源井和反渗透装置,以提高蓄水池水位,防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布,当出现故障,而现场人员无法解决时,通过远程诊断功能,由厂家帮助处理。

5 控制系统硬件配置及软件编程

5.1 硬件配置

(1) plc的配置

  可编程控制器采用siemens的s7-300系列cpu-314主机,1个电源模块,2个32位i/o模块,2个16位输出模块,2个12位ad模块,1个12位da模块和一个cp340模块。cp340和上位机之间通过rs-485进行通信。

(2) 触摸屏

  触摸屏选用siemens生产的tp270系列,它自身具有丰富的操作系统,可以方面的通过串行通讯与编程器通信,也可以和plc通过mpi网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还可以通过触摸屏对plc进行在线控制。

(3) 变频器及控制方式选择

  在本系统中,根据冗余设计原则,采用2个三菱专用供水变频器,以在发生故障时相互备用。由plc开关量输出控制变频器的启动/停止。

5.2 软件编程

(1) plc编程

  plc从软件配置上有系统程序和用户程序。系统程序装配在cpu模块上随硬件的产品而来。用户程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块,程序是采用块式结构形式,共有5种形式:组织块(0b)、程序块(pb)、功能块(fb)、数据块(db)、顺序块(sb)(本系统未用)。因此,在plc软件中使各种功能的程序模块通过主程序有机的结合起来。故plc程序主要解决现场各泵的启动程序、切换程序、启动小功率泵;模拟量的处理;与上位机和触摸屏通信数据的处理功能等。

(2) 上位机程序

  上位机使用vb编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要完全符合siemens公司plc的rs-485通信协议;对plc发回的响应帧,上位机必须进行拆装、识别,才能正确的分离出交换数据和有用的状态信息。

(3) 触摸屏程序

  
触摸屏程序主要有主画面、参数设置、供电回路、反渗透、实时曲线、报表统计、故障维护等画面组成,其结构如图2所示。

 触摸屏程序结构图

  图2 触摸屏程序结构

5 结束语

  在供水系统中采用基于plc与触摸屏控制的变频恒压供水系统,可以根据实际需要水压的变化自动调节水泵的转速或加减速,实现恒压供水,降低能耗;还可以延长主泵电机的使用寿命。由于采用了双变频器,在一台变频器出现故障时,系统可以自动的切换到另一台变频器,基本可以保持不间断的恒压供水,具有一定的先进性。

  目前,该系统在永城煤电集团水厂经过一年多的运行后,运行状况良好,达到了预期的设计要求,节能效果显著,受到了用户的好评,具有很好的应用前景。


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