恒压供水监控系统设计

恒压供水监控系统设计（共12篇）

恒压供水监控系统设计 篇1

1 引述

生产用水量 (空调冷却塔、层压洗板机、真空泵站、纯净水系统等) 是随车间订单情况、季节变化 (温度) 、时间点等因素不同而波动的。用水量的变化直接反映在供水压力上, 即是生产用水量多而供水量少, 管道供水压力就会降低, 生产用水量少而供水量多, 管道供水压力就会升高。水泵原来的控制方式最大的不足就是无法根据用水量的变化而自动调节压力, 所以导致供水的稳定性无法保障。尤其是随着去年松山湖四分厂的投产, 原有的供水方式更是不能满足生产的用水需求。以公司2015 年做出的智能制造战略为切入点, 我们对整套软水系统进行了改造, 变频恒压供水系统是我们改造的其中一个项目。

2 变频恒压供水系统

2.1 系统设计要求

(1) 软水的供给压力设置5Kgf/cm2, 当实际压力低于设定压力时, 变频器就会提高频率, 反之则降低。

(2) 两台水泵一用一备轮流工作, PLC根据切换时间控制继电器组来实现水泵主回路接触器的切换, 水泵的频率调节由变频器自身的PID运算实现。

(3) 水泵的手动与自动除了PLC程序上互锁外, 在电器件继电器方面也互锁, 两台在操作上是互锁的, 即操作上只能选择一台泵运行控制。

2.2 变频恒压供水系统组成

(1) 管路供水部分:1# 水泵与2# 水泵、楼顶储水池、分厂生产车间。

(2) 压力检测部分:压力传感器。

(3) 电气控制部分:PLC、变频器、继电器、接触器。

2.3 主要接线

(1) 水泵主回路接线图如图1 所示:

a.KM1、KM3 分别为1# 水泵及2# 水泵的手动控制接触器, KM2、KM4 分别为1# 水泵及2# 水泵的变频控制接触器, 线圈均为AC380V;

b.通过继电器 (KA3、KA4、KA5、KA6) , 两台水泵在电气控制上进行互锁;

c.通过报警蜂鸣器, 对系统异常进行报警输出监控。

(2) 变频器的接线图如图2所示:

a.变频器在PID控制模式, RT与SD端子需要短接;

b.压力变送器选择两线型, 变频器根据压力变送器检测的压力进行内部的PID调节;

c.设置PID的上限及下限输出, 便于对变频器的工作状态进行一个监控作用。

3 变频器的PID控制

所谓PID控制就是变频器经过PID运算后得到的执行量, 来控制输出频率的变化, 而PID运算又是指P (比例运算) 、I (积分运算) 、D (微分运算) 三个运算的总和。有正负两种类型之分。本例中变频器采取负运算, 由变频器参数Pr.128 设定。变频器主要参数设定如表1:

4 PLC程序设置

4.1 PLC的I/O地址分配如表2 所示

4.2 PLC的外部接线图如图3 所示

4.3 PLC程序编程

5 结束语

软水泵的变频恒压改造在2015 年改造完成。系统改造后, 节能效果明显、供水稳定、设备运行状况良好等特点。变频恒压供水改造项目获得了公司2014-2015 持续改造成果颁奖大会上的一致好评。此项目的的意义不仅是提高了软水的供水稳定性, 更是为后续的设备改造奠定了坚实的技术基础。

参考文献

[1]高安邦, 刘晓燕, 等.三菱PLC工程应用设计[M].机械工业出版社.

[2]龚仲华, 史建成, 孙毅.三菱FX/Q系列PLC应用技术[M].人民邮电出版社, 2006.

[3]王仁祥, 王小曼.通用变频器选型、应用与维护[M].人民邮电出版社.

[4]钟肇新, 范建东, 冯太合.可编程控制器原理及应用[M].华南理工大学出版社.

[5]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].人民邮电出版社, 2004.

[6]阮乃忠.怎样看电气图[M].福建科学计算出版社, 2005.

恒压供水监控系统设计 篇2

—恒压供水系统

班级:0

班 姓名： 学号：

恒压供水系统概述

供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，而且在相当一部分领域有着很好的应用。自来水供水、生活小区及消防供水系统。工业企业生活、生产供水系统及工厂其它需恒压控制领域（如空压机系统的恒压供气、恒压供风）。各种场合的恒压、变压控制，冷却水和循环供水系统。污水泵站、污水处理及污水提升系统。农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统。宾馆、大型公共建筑供水及消防系统等都广泛的应用了恒压供水系统。

课程设计任务和目的

本课程设计要求在修完《监控系统程序设计技术》课程后，运用工业监控系统组态软件（MCGS），结合一个自动控制系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。使学生掌握监控软件的设计和编程方法，得到计算机监控系统程序设计与调试，以及编写设计技术文件的初步训练。为从事计算机控制方面的工作打下一定基础。

一、恒压供水系统原理

用户用水量一般是动态的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。

恒压供水设备中采用多泵供水方案，当供水对用水发生相对变化时，供水系统自动调节供水1阀和供水2阀的开关，以次来保持供水管道中的压力恒定。

恒压供水系统效果图

封面：

二、组态步骤 2.1 工程分析

在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析，以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。

工程框架：

1． 4个用户窗口：水位控制、数据显示、报警窗口、封面

2． 4个主菜单：系统管理、数据显示、历史数据、报警数据

3． 4个子菜单：登录用户、退出登录、用户管理、修改密码

4． 5个策略：启动策略、退出策略、循环策略、报警数据、历史数据

数据对象：出水阀、出水压力、供水1阀、供水2阀、开水 阀、流量

1、流量

2、流量

3、水箱液位、水箱液位上限、水箱液位下限、停止、稳压阀、压力上限、压力下限、组对象

2.2 建立工程

可以按如下步骤建立样例工程：

A.鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，如果MCGS安装在D盘根目录下，则会在D:MCGSWORK下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程X.MCG”(X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等)

B.选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。

C.在文件名一栏内输入“恒压供水系统”系统，点击“保存”按钮，工程创建完毕。

2.3 制作工程画面

2.3.1 建立画面

[1]

在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”。

[2]

选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

[3]

将窗口名称改为：恒压供水系统；窗口标题改为：恒压供水系统；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确 4 认”。

[4]

在“用户窗口”中，选中“水位控制”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口” 选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

2.3.2 编辑画面

选中“恒压供水系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。

生成的画面如下图所示：

2.4 定义数据对象

实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。

1)指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围； 2)确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。

开关量：出水阀、供水1阀、供水2阀、开水阀、停止、稳压阀

模拟量：出水压力、流量

1、流量

2、流量

3、水箱液位、水箱液位上限、水箱液位下限、压力上限、压力下限

2.5 动画连接

由图形对象搭建而成的图形对象画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实的描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的实时数据建立 相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。

2.6 设备连接

MCGS组态软件提供了大量的工控领域常用的设备驱动程序，模拟设备是供用户调试工程的虚拟的设备。该构件可以产生标准的正弦波，方波，三角波，锯齿波信号。其幅值和周期都可以任意设置。

我们通过模拟设备的连接，可以使动画不需要手动操作，自动运行起来。

通常情况下，在启动 MCGS 组态软件时，模拟设备都会自动装载到设备工具箱中。如果未被装载，可按照以下步骤将其选入： 【1】在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。【2】点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。【3】单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出如图所示窗口：

【4】在可选设备列表中，双击“通用设备”。

【5】双击“模拟数据设备”，在下方出现模拟设备图标。【6】双击模拟设备图标，即可将“模拟设备”添加到右测选定设备列表中。

【7】选中选定设备列表中的“模拟设备”，单击“确认”，“模拟设备”即被添加到“设备工具箱”中。

下面详细介绍模拟设备的添加及属性设置：

[1]双击“设备工具箱”中的“模拟设备”，模拟设备被添加到设备组态窗口中。如图：

【2】双击“设备0-[模拟设备]”，进入模拟设备属性设置窗口，如图：

【3】点击基本属性页中的“内部属性”选项，该项右侧会出现图标，单击此按钮进入“内部属性”设置。

2.7 编写控制流程

用户脚本程序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序，脚本程序的编程语法非常类似于普通的Basic 语言，但在概念和使用上更简单直观，力求做到使大多数普通用户都能正确、快速地掌握和使用。

对于大多数简单的应用系统，MCGS 的简单组态就可完成。只有比较复杂的系统，才需要使用脚本程序，但正确地编写脚本程序，可简化组态过程，大大提高工作效率，优化控制过程。具体操作如下：

【1】在“运行策略”中，双击“循环策略”进入策略组态窗口。【2】进入“策略属性设置”，将：循环时间设为：200ms，按“确 认”。

【3】在策略组态窗口中，单击工具条中的“新增策略行”，增加一策略行，如图：

双击进入脚本程序编辑环境，输入下面的程序：

水箱液位控制

当水箱液位低于9时，开水阀就打开向水箱注入水，否则关闭。出水压力控制

当出水压力小于6时，供水1阀和供水2阀都打开，如果出水压力大于6且小于9时，关闭供水1阀，如果出水压力大于9时，将供水2阀也关闭。当停止按钮按下时，出水阀关闭，此时水箱液位维持在8，出水压力维持在7，保持不变。2.8 报警显示

MCGS 把报警处理作为数据对象的属性，封装在数据对象内，由实时数据库来自动处理。当数据对象的值或状态发生改变时，实时数据库判断对应的数据对象是否发生了报警或已产生的报警是否已经结束，并把所产生的报警信息通知给系统的其它部分，同时，实时数据库根据用户的组态设定，把报警信息存入指定的存盘数据库文件中。在对数据对象进行报警定义时，我们已经选择报警产生时，“自动保存产生的报警信息”，我们可以使用“报警信息浏览”构件，浏览数据库中保存下来的报警信息。2.9 报表输出

在工程应用中，大多数监控系统需要对设备采集的数据进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表。所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：实时数据报表、历史数据报表（班报表、日报表、月报表等）。数据报表在工控系统中是必不可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个工控系统的最终结果输出；数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。

实时报表是对瞬时量的反映，通常用于将当前时间的数据变量按一定报告格式（用户组态）显示和打印出来。实时报表可以通过 MCGS 系统的自由表格构件来组态显示实时数据报表。

2.10 曲线显示

在实际生产过程控制中，对实时数据、历史数据的查看、分析是不可缺少的工作。但对大量数据仅做定量的分析还远远不够，必须根据大量的数据信息，画出曲线，分析曲线的变化趋势并从中

发现数据变化规律，曲线处理在工控系统中也是一个非常重要的部分。

实时曲线构件是用曲线显示一个或多个数据对象数值的动画图形，象笔绘记录仪一样实时记录数据对象值的变化情况。历史曲线构件实现了历史数据的曲线浏览功能。运行时，历史曲线构件能够根据需要画出相应历史数据的趋势效果图。历史曲线主要用于事后查看数据和状态变化趋势和总结规律。2.11 安全机制

工业过程控制中，应该尽量避免由于现场人为的误操作所引发的故障或事故，而某些误操作所带来的后果有可能是致命性的。为了防止这类事故的发生，MCGS 组态软件提供了一套完善的安全机制，严格限制各类操作的权限，使不具备操作资格的人员无法进行操作，从而避免了现场操作的任意性和无序状态，防止因误操作干扰系统的正常运行，甚至导致系统瘫痪，造成不必要的损失。

MCGS 组态软件的安全管理机制和 Windows NT 类似，引入用户组和用户的概念来进行权限的控制。在 MCGS 中可以：定义无限多个用户组、每个用户组中可以包含无限多个用户同一个用户可以隶属于多个用户组。设计总结

通过本次对恒压供水系统的组态设计，加深了我们对组态监控课程设计的认识，从中了解到设计过程中的基本方法和步骤，一天天的设计过程，让我们更真切地感受到理论与实践之间确实还存在很大的距离，觉得这门课的关键在于与实践的联系。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想还有待我们进一步的深入学习。

另外，通过这次课程设计使我们更加懂得了各学科之间的联系，就比如过程控制与组态之间的联系运用，我们从中初步掌握了组态监控系统的设计方法，深入地理解了组态控制的意义，对我们今后的学习和实践有很大的帮助。

通过此次课程设计，也让我们发现了我们现在的不足，通过查阅资料我们对自己的专业知识也做到查漏补缺，及时补充改正。在今后的学习过程中我会更加努力。但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

主要参考资料

恒压供水监控系统设计 篇3

关键词:PLC 变频调速 恒压供水系统 PID

中图分类号:TV1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2010)03(c)-0106-01

1 变频调速恒压供水系统的设计原理

此恒压供水系统采用了三台水泵并联运行的方式,利用压力传感器将主水管网水压变换为电信号,经模拟量输入模块,输入可编程控制器(PLC),PLC根据给定的压力设定值与实际检测值进行PID运算,输出控制信号,经模拟量输出模块至变频器,调节水泵电机的供电电压和频率。当用水量较小时,一台泵在变频器的控制下稳定运行,当用水量大到水泵全速运行也不能保证管网的压力稳定时,PLC给定的压力下限信号与变频器的高速信号同时被PLC检测到,PLC自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行,以保持压力的连续性,同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行,以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍不能满足压力的要求,则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行,再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时,首先表现为变频器已工作在最低速信号有效,這时压力上限信号如仍出现,PLC首先将最先工频运行的泵停掉,以减少供水量。当上述两个信号仍存在时,PLC再停掉第二台工频运行的电机,直到最后一台泵用变频器恒压供水。

2 变频调速恒压供水系统硬件设计

本系统选用了西门子公司的S7-214PLC,辅以输入/输出扩展模块组成,主要检测元件有光电开关、压力检测开关,共计12个输入信号。执行部件有电机、变频调速器、声光报警器等,共3个输出点。PLC主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制变频器完成压力调节等功能。三台水泵由变频器直接驱动,进行恒压控制,变频器的起动、停止分为手动和PLC自动控制。控制面板上设有一个手动/自动转换开关,PLC对该开关的状态实时检测,当选择手动功能时,PLC只进行检测报警,由人工通过面板上的按钮和开关进行水泵的起、停和切换。当选择自动功能时,所有控制、报警均由PLC完成。控制系统原理图如图1所示。

3 变频调速恒压供水系统软件设计

为方便编程和调试,系统控制器采用模块化编程,主要由手动运行模块、自动运行模块和故障诊断与报警模块三个部分构成。

(1)手动运行模块。

当系统处于手动运行时,PLC只接收各电路保护信号和各传感器信号,并由此判断各工作水泵的运行状态,在出现故障的情况下,输出报警信号。水泵的起、停和切换由人工通过面板上的按钮和开关来实现。

(2)自动运行模块。

自动运行模块包括系统的初始化、开机命令的检测、数据采集子程序、控制量运算子程序、置初值子程序、电机控制子程序等。

电机控制子程序完成对三台水泵的运行和停止控制。由于变频器的输出频率与水泵的运转速度直接相关,用水量大时,变频器输出频率升高,水泵的运转速度大；用水量小时,频率降低,水泵的运转速度小。因此程序根据变频器的输出频率的大小就可以判断和控制水泵的工作状态。

(3)故障诊断和报警输出模块。

变频器具有短路、过载等保护功能,当变频器所驱动的水泵电机发生短路、过载等故障时,变频器将自动切断一次供电回路,进入保护状态并输出报警信号。系统把各故障点相应的接触器、断路器等元件的辅助触点接到PLC,PLC扫描输入这些触点的状态,并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区,再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析,判断设备或元件是否出了故障,如果发生故障,则切断该泵的接触器,然后对变频器复位,再将备用水泵的接触器接通,启动变频器运行备用泵,同时输出该泵故障报警信号。如电机故障指示灯亮等。各I/O点对应的故障信息如表1所示。

4 结束语

采用PLC作为控制器,硬件结构简单,成本低,系统实现水泵电机无级调速,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求。另外,S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口,可以与楼宇监控中心进行通讯,实现无人远程控制。

参考文献

[1]钟肇新,范建东,等.可编程控制器原理及应用,2003.2

[2]宋伯生.PLC系统配置及软件编程［M］.中国电力出版社,2008.1.

变频恒压供水系统设计 篇4

系统起动之后, 检测是自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作, 人们根据自己的需要操作相应的按钮, 系统根据按钮执行相应操作。如果是自动运行模式, 则系统根据程序及相关的输入信号执行相应的操作。手动模式主要是解决系统出错或器件出问题在自动运行模式中, 如果PLC接到频率上限信号, 则执行增泵程序, 增加水泵的工作数量。如果PLC接到频率下限信号, 则执行减泵程序, 减少水泵的工作数量。没接到信号就保持现有的运行状态[1]。

2系统设计

2.1系统硬件设计

PLC选型这是PLC应用设计中很重要的一步, 目前, 国内外生产的PLC种类很多, 在选用PLC时应考虑以下几个方面。

1.规模要适当;

2.功能要相当, 结构要合理;

3.输入, 输出功能及负载能力的选择要正确;

4.要考虑环境条件。

根据以上原则, 这次设计选择西门子S7-300系列的详细模块。

PS:PS 307 5A 6ES7 307-1EA00-0AA0数量1个。

功能:给整个机架供电。

电源模块为S7-300 PLC和需要DC 24V的传感器/执行器供电。有直流供电电源和交流供电电流。额定输出电流有2A、5A或10A。电源模块除了给CPU模块提供电源外, 还可以给输入/输出模块提供DC 24V电源。本系统选用的是PS 307 5A的电源。

CPU314 (1) :6ES7-1AF11-0AB0数量1个。

功能:对每条二进制指令的处理时间大约为60ns, 每个浮点预算的时间为0.59μs。

S7-300模块有不同型号的CPU, 以适应不同等级的控制系统。有的CPU上集成有I/O点, 有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口, 有的CPU上集成有PTP接口等。本系统选用的是CPU314。

SM331:6ES7-1KF01-0AB0数量1个。

功能:模拟量输入模块AI 8x13位。

SM332:6ES7-5HD01-0AB0数量1个。

功能:模拟量输出模块AO8/12位。

SM321:6ES7-1FF01-0AA0数量1个。

功能:数字量输入模块DI1624 V, 分成16组。

SM322:6ES7-1FF01-0AA0数量1个。

功能:数字量输出模块DO 24V/0.5A, 分成8组。

本系统中, 采用Mcior Master430系列变频器, 型号为HVAC (风机和水泵节能型) EC01—4500/3, 额定电压为380V—500V, 额定功率35k W。Micro Master430系列变频器是全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专家, 功率范围7.5k W至250Kw。它按照专用要求设计, 并使用内部功能互联 (Bi Co) 技术, 具有高度可靠性和灵活性, 牢固的EMC (电磁兼容性) 设计;控制软件可以实现专用功能:多泵切换、手动/自动切换、旁路功能、断带及缺水检测、节能运行方式等[2]。

2.2下位机S7-300程序设计

1.打开桌面上的SIMATIC Manager快捷图标, 按照“新建项目向导”添加一个新的项目。

2.鼠标左键单击“SIMATIC 300站点”, 双击右边的“硬件”对SIMATIC300的站点进行组态, 在SIMATIC 300站点界面中的左上部分添加“机架”, 然后在右边选择我们已经选型好的硬件, 选择“SIMATIC 300”, 在PS-300中选择电源模块, CPU-300中选择CPU模块, 在CP中找到CP341及SM-300添加模拟量输入。S7-300的硬件配置完成之后, 可以进行下一步程序的编写了, 下面介绍本系统中的主要程序的设计依据。

根据系统用水量的变化, 控制系统控制2台水泵按1-2-3-4-1的顺序运行, 以保证正常供水。开始工作时, 系统用水量不多, 只有1号泵在变频器控制下运行, 2号泵处于停止状态, 控制系统处于状态1。当用水量增加, 变频器输出频率增加, 则1号泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作己不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统, 1号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动2号泵电机, 控制系统处于状态2。

当系统用水高峰过后, 用水量减少时, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统, 可将1号泵电机停运, 2号泵电机仍由变频器电源供电, 这时控制系统处于状态3。

当用水量再次增加, 变频器输出频率增加, 则2号泵电机的转速也增加, 当变频器增加到最高输出频率时, 表示只有1台水泵工作已不能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器电源启动1号泵电机, 控制系统处于状态4。

当控制系统处于状态4时, 用水量减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统供水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 2号泵从变频器电源转换到普通的交流电源, 而变频器启动1号泵电机, 控制系统处于状态4。

当控制系统处于状态4时, 用水量又减少, 变频器输出频率减少, 若减至设定频率时, 表示只有1台水泵工作已能满足系统用水的要求, 此时, 通过控制系统的控制, 可将2号泵电机停运, 1号泵电机仍由变频器供电, 这时控制系统又回到了状态1。如此循环往复的工作, 以满足系统用水的需要[3]。

2.3 Win CC监控界面的设计

Win CC运行于个人计算机环境, 可以与多种自动化设备及控制软件集成, 具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项, 使用方式灵活, 功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理, 可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境, 不仅缩短了软件设计周期, 而且提高了工作效率。

Win CC为了与外部设备 (如PLC) 进行通讯, 必须组台用于该设备的通道。此通讯驱动程序支持多种网络协议和类型, 具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统, 还是冗余多服务器/多用户系统, Win CC均是较好的选择。通过Active X、OPC、SQL等标准接口, Win CC可以方便地与其他软件进行通信。通道就是在设备和Win CC之间生成的逻辑借口的驱动器, 具有三个功能:

1.为使用人员提高组态物理和逻辑连接参数的方法;

2.通过数据管理器在外部设备和Win CC变量之间建立一个在线运行接口;

3.为用户提高一个简便接口用于外部设备或应用的存储器结构加入变量标签并设置地址。

3建立变量连接

变量系统是组态软件的重要组成部分, Win CC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的, 即In表示Win CC从S7-300系列PLC入读数据, Out表示Win CC向S7-300系列PLC写出数据。按照功能又可以分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量这四种。

由外部过程为其提供变量值的变量, 称为外部变量, 也称为过程变量;过程没有为其提供变量值的变量, 称为内部变量。

Win CC还提供了一些预定义的中间变量, 称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义, 可以提供事项的功能, 一般用以表示运行系统的状态。

4结论

本次设计的控制系统充分利用了西门子PLC S7-300的特点, 对驱动电动机、行程开关、电磁阀及其他一些输入输出进行精确的控制, 实现了更高的精度和参数指标, 节省了原材料的浪费, 提高了产品的合格率, 实现了更高的经济效益。

本文介绍了变频恒压系统的发展趋势, 课题的研究目的及意义。分析了供水流量的工艺流程, 监控内容等。根据工艺要求进行设计监控系统总体方案。对系统组成实现和硬件配置进行了论述, 并详细的进行了监控系统的软件设计。最后本文述说了外输计量系统的硬件和软件的调试。本文设计系统是采用单片机数据采系统和西门子S7-300和Win CC监控软件, 实现了人机监控界面和在线数据采集、分析、参数和事件报警、趋势曲线显示等功能, 对监控参数进行了在线动态管理。

摘要：小区供水是变频恒压供水系统经常应用的例子。随着人民的生活条件越来越好, 所以供水方式要越来越高效节能。小区供水系统是用PLC和变频器制作的供水控制系统。

关键词：PLC,控制系统,变频器

参考文献

[1]殷华文, 刘黎明, 刘万里.工业控制网络设计技术[J].上海:自动化仪表, 2002, 23 (11) :24-27.

[2]杨长能.变频器基础及应用[M].重庆:重庆大学出版社, 1993:55-57.

恒压供水监控系统设计 篇5

实用型的变频恒压供水系统是经得起考验的供水系统，湖南智康科技为此付出了很多，也得到了用户的认可，特此来分享下：

一、引言 在水源地内，多眼井星罗棋布在水库上。为了确保供水生产的安全、可靠、连续。针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，我们采用基于西门子PLC的恒压力供水系统。

二、编程控制器概述

例如湖南供水设备厂家智康科技使用的PLC即可编程控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。国际电工委员会(IEC)对PLC曾作了如下定义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体。易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出TPLC的特点和应用领域。其主要有以下特点：

1.可靠性高。为了满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。

2.环境适应性强。PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很好的抗宅间电磁干扰的能力，它一般对环境温度要求也不高。在环境温度-20至65度、相对湿度为35%至85%情况下仍可正常工作。

3.灵活通用。在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品L三经系列化，结构形式多种多样，在机型上又很大的选择余地。其次同一机型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置。

4.使用方便、维护简单。PLC控制的输入输出模块。特殊功能模块都具有即插即卸功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大;对于模拟信号，输入输出均采用传感器仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。整个连接过程仅需要一把螺钉旋具即可完成。

三、变频恒压供水系统控翻方案的设计与选择

变频恒压供水系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元馒变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与J：频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，有以下方案可供选择：

1.有供水专用的变频器+水泵机组+压力传感器。这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构.降低了设备成本，但对压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数的系统优化比较困难。调节范围小，系统的稳态，动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。

2.通用变频器+单片机(包括变频控制、调节器控制)+人机界面+压力传感器。这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰。变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用F某一特定领域的小容量的变频恒压供水。

3.通用变频器+PLC(包括变频控制、调节器控制)+组态软件十压力传感器。这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，町以方便地与其他的系统进行数据交换：通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和UO的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过Pc机来改变存储器中的控制程序，所以现场调试方便。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出“变频器主电路++PLC(包括变频控制、调节器控制)十组态软件十压力传感器”的控制方式更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。

四、变颏恒压供水控制器性能特点

1.高效节能。优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行。由电机学公式可知。系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时。水泵出水量与电机转速成上E比。本设备采用恒压量：r作方式。当用水量减小时，系统保持管嗍恒压，通过降低水泵转

速来减少供水量，耗电量按立方特性降低。根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。

2.设备投资省、占地面积小。本系统与其它供水方式比较，由于主要设备只是控制柜及水泵，省去了大量的设备占地面积，从而大幅度节省了上建投资，而且就设备本身而言，供水量越大，采用变频恒压供水设备的价格优势就越显著。

3.设备运行合理、可靠性高、配置灵活。采用闭环调节控制技术，达到了恒压供水，避免了由于超压供水造成的电能浪费。变频器采用软起动工作方式，消除了直接起动对电网的冲击和干扰，彻底避免了水泵启动时大电流和水压突增的情况，减少对供电电网的冲击，降低了电机及电气元件的故障率。

4.联网功能。采用全中文工控组态软件一Kingview，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

5.减少污染。由于变频恒压调速宜接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。

五、恒压供水设备的应用场合1.居民区、住宅楼、村镇的集中生活供水系统;

2.高层建筑、宾馆、饭店等生活供水系统;

3.综合市场、写字楼、商务楼宇的生活供水系统：

4.自来水厂、供水加压泵站;

5.工矿企业的生产、生活供水、恒压流量供水工艺流程等。

恒压供水监控系统设计 篇6

关键词：PLC；变频技术；恒压供水；特征；应用；优点

中图分类号：TU991.3 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

一、目前供水系统的特征

传统的小区供水方式有：恒速泵加压供水、气压罐供水、水塔高位水箱供水、液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式、单片机变频调速供水系统等方式，其优、缺点如下：

（1）恒速泵加压供水方式无法对供水管网的压力做出及时的反应，水泵的增减都依赖人工进行手工操作，自动化程度低，而且为保证供水，机组常处于满负荷运行，不但效率低、耗电量大，而且在用水量较少时，管网长期处于超压运行状态，爆裂现象严重，电机硬起动易产生水锤效应，破坏性大，目前较少采用。

（2）气压罐供水具有体积小、技术简单、不受高度限制等特点，但此方式调节量小、水泵电机为硬起动且起动频繁，对电器设备要求较高、系统维护工作量大，而且为减少水泵起动次数，停泵时压力往往比较高，致使水泵在低效段工作，而出水压力无谓的增高，也使浪费加大，从而限制了其发展。

（3）水塔高位水箱供水具有控制方式简单、运行经济合理、短时间维修或停电可不停水等优点，但存在基建投资大，占地面积大，维护不方便，水泵电机为硬起动，启动电流大等缺点，频繁起动易损坏联轴器，目前主要应用于高层建筑。

（4）液力耦合器和电池滑差离合器调速的供水方式易漏油，发热需冷却，效率低，改造麻烦，只能是一对一驱动，需经常检修；优点是价格低廉，结构简单明了，维修方便。

（5）单片机变频调速供水系统也能做到变频调速，自动化程度要优于上面4种供水方式，但是系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。

基于PLC和变频技术的恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。

二、PLC概述

（一）可编程控制器的定义

可编程控制器，简称PLC，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

（二）PLC的发展和应用

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储组件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加適应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

三、变频恒压供水系统的特征及优点

本文是以小区供水系统为控制对象，采用PLC和变频技术相结合技术，设计一套城市小区恒压供水系统，并引用计算机对供水系统进行远程监控和管理保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的运行工况。

PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，本设计中有3个贮水池，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。

根据以上控制要求，进行系统总体控制方案设计。硬件设备选型、PLC选型，估算所需I/O点数，进行I/O模块选型，绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图、I/O连接图，分配I/O点数，列出I/O分配表，熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序，对程序进行调试和修改并设计监控系统。

总之，变频技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，供水设备以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。

参考文献：

[1]马桂梅，谭光仪.陈次昌.泵变频调速时的节能方案讨论[J].四川工业学院学报，2003.

[2]崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨[J].兰州铁道学院学报，2000.

恒压供水变频调速控制系统设计 篇7

1 方案设计

供水系统的控制方案主要有3种,即恒速泵供水、高位储水供水和气压罐供水[4,5,6],其中,恒速泵供水是利用速度不变的水泵实时提供输水动力,当达到用水需求时,需要关闭水泵,当再次用水时,需要再次开启水泵,频繁开启、关闭水泵,耗电量较大,影响局部电压稳定,故此种供水系统应用较少。高位储水则是扩大或延长水泵的工作时间,利用恒速水泵不断向储水池供水,利用储水池实现用水备存,同时,减小水泵的开启、关闭频率,然而,高位储水泵需要建设较大的高位储水装置,占用空间大,造价成本高,在实际工程中应用较少。气压罐供水与高位储水供水的控制原理相同,区别在于,水泵的动力通过气压泵储存在气罐中。

本文设计的供水系统拟采用变频控制原理,同时利用水压传感器测试供水管路的压力信号,利用PID进行水压与电动机频率之间的信号变化,利用可编程控制器实时调整电动机的作业频率。通过改变电动机作业频率,实现水泵转速随水压变化而调节,达到节约电能、电动机连续作业、动力与供水动态调整的目的。

2 恒压供水变频调速控制系统的构成

2.1 系统构成

基于变频器进行恒压供水的控制系统构成如图1所示,供水的动力元件主要包括水泵1、水泵2和水泵3,其中,水泵3起到辅助供水作用;水泵的作业调节元件为变频器,供水系统的信号采集及调控元件为PID控制器,供水系统的逻辑换算元件为可编程控制器,此外,在本系统设计中,用上位机作为监控器,用远传压力表作为供水系统末端的压力采集元件。

2.2 系统工作原理

压力传感器分布在供水系统末端的管网中,当供水系统水源不足时,管网中的压力随之减小,压力传感器检测到的电压信号减弱,并将电压信号传递到PID控制中,控制器将接收到的电信号传递到可编程控制器,经过逻辑运算后得到反馈信号,将反馈的电信号传递给水泵的变频器,通过变频器调节水泵的转速,改善供水系统的动力状态,使供水系统处于供水工况,随着供水启动,供水系统压力逐渐升高,升高的压力信号实时被压力传感器采集,整套供水系统处于动态平衡调节中。

3 恒压供水变频调速控制系统的设计

3.1 变频调速选型

变频器是一种电压频率变换器,即将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电,以供给电动机运转的电源装置。它在变频调速恒压供水系统中起着非常重要作用,是水泵电机调速的执行者。

变频调速原理如公式1所示,当电机的转差率和磁极对数固定时,通过改变电源频率,实现电机转速的调整。

其中,n表示电机转速;f表示电源频率;s表示电机转差率;p表示电机磁极对数。

变频器的选用,需要综合考虑输入侧额定值、输出侧额定值、额定输出容量等。变频器容量的选择,一般根据负载性质及大小。变频器的控制方式主要有恒转矩负载、恒功率负载、二次方律负载3种。本系统设计中,综合考虑异步电动机的额定电流及变频器容量,选择西门子Micro Master430型变频器,co-trust S7-200系列中的CPU224,其输入频率为47Hz~63Hz,输出频率未0Hz~650Hz,功率因数为0.98,变频器效率为96%~98%,防护等级为IP20。

3.2 可编程控制器选型

可编程控制器(PLC)是恒压供水变频调速控制系统的核心部件,PLC容量是指I/O点数的数量,点数太多容易提高部件成本,点数太少导致余量不足,通常综合考虑被控对象的输入信号和输出信号的总点数,余量按照10%~15%的空间预留。本系统设计中,1路压力模拟量输入,1路电压模拟量输出,故选用TD200系列西门子变频器。

3.3 压力传感器

本系统设计中,供水系统的压力信号采集需通过压力传感器,故选择了YTZ-150型电位器式远传压力表,该电阻远传压力表适用于测量对铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。电阻远传压力表,可把被测值以电量值传至远离测量点的二次仪表上,以实现集中检测和远距离控制。此外,本仪表能就地指示压力,以便于现场工艺检查。起止电阻值为3Ω~20Ω,满度电阻值为340Ω~400Ω,工作电压≤6V。

3.4 电路图设计

根据恒压供水的使用要求和变频器、可编程控制器的工作原理,设计本系统的电路图,如图2所示。图中,M1,M2,M3为3台水泵电机,KM为相应电机的接触器,FR为相应电机的热继电保护器,QF为空气开关。从图2中可以清晰看到,3台电机的控制原理相同,均由接触器和热继电保护器控制,实现小电流控制大电流,提高电机的使用安全性。变频器改变三台电机的供电频率,实现电机转速的自动调节,通过电动机转速的无极调节,实现供水系统水压的动态稳定,达到恒压供水目的。在此电路图中,当供电系统无需调速控制时,可直接对3台电机进行调节。

4 结论

本文对恒压供水系统进行了关键部件选型和控制系统电路原理图设计,恒压供水变频调速系统的核心部件是变频器和远传压力表,恒压供水系统中变频器选用西门子Micro Master430型,远传压力表为YTZ-150型,电路原理图设计实现了1个变频器控制3台水泵,通过远传压力表和变频器实现了恒压供水。该控制系统结构简单,成本较低,安全性能较好,比较适应当前供水系统的电气化改造现状。

参考文献

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[2]姜宏.浅谈恒压供水系统[J].科技创新与应用,2016(22).

[3]金昊.无级变频调速在恒压供水系统中的应用[J].电脑知识与技术,2016(15).

[4]梁庆燊.试论水厂PLC变频恒压供水技术的应用[J].中国高新技术企业,2016(5).

[5]杨扬.PLC变频调速恒压供水在供水系统中的实践[J].科技与创新,2016(3):104-105.

恒压供水监控系统设计 篇8

长期以来,我国的水资源比较匮乏,城市供水、工业供水等存在很大的缺陷,由变频调速技术和可编程控制技术参与控制的恒压供水系统被广泛地应用于工业、农业、科研及民用等领域[1]。该系统以蓄水池水位和供水管网压力作为控制对象,通过调节供水压力来调节供水量,提高了供水的稳定性,改善了生产效率和人们的生活水平,同时,具备高效节能等优点。

1 系统的方案设计

图1 控制系统原理图

本系统主要由PLC、变频器、压力变送器、流量传感器、控制线路及水泵等组成。系统采用三台水泵,两用一备的设计,用一台变频器控制三台水泵运行,主要包括控制中心、监控中心、水源区现场终端和通讯环节。如图1所示为控制系统的原理图。

1.1 控制中心

控制中心设在主站,由西门子S7-300系列的PLC来控制[2]。控制中心的功能是向水源现场监测站发送读/写命令,并接收现场监测站反馈回来的数据信息,完成对数据信息存储、分析和处理等任务。

加压站将水源区的水蓄积在一个水池内,在蓄水池中用液位监测器对水位进行监测。水源区各水泵的启/停以加压站蓄水池的液位状态为运行目标,通过从站的三台水泵为用户供水。同时,PLC控制中心根据流量传感器和压力变送器的变化可以看出用水情况。为达到高效供水和节约用水的目的,主站PLC通过变频器来调节电机的转速,从而控制从站水泵的启动运行。

1.2 水源现场

水源区控制终端主要完成现场的数据采集与转换、信息存储与控制、故障报警等功能。水源现场终端通过GPRS模块与监控中心和主站进行数据通信,以便工作人员及时观察现场设备的运行状况,快速、准确地对水源区现场所反馈的数据信息作出相应处理。

1.3 系统流程分析

系统启动后,根据出水管网上的压力变送器,将出水口的压力信号变成标准电压信号送至控制中心PLC的模拟量输入模块SM331,经过PLC的程序运算与给定的压力参数进行比较,再经过程序运算得到控制变频器的具体参数,通过模拟量输出模块SM332将最终信号送给变频器,由变频器控制水泵的转速以调节加压站的供水量[3,4]。

在变频器中设定上限频率和下限频率,为满足用户用水的需求,系统利用变频器来调节水泵电机的转速[5]。当用水量变大时,变频器的频率迅速上升到上限频率,这时PLC输出到变频器的模拟量也是最大值,当超过设定时间时,PLC就作加泵处理;反之,亦然。因此,系统通过调节水泵电机投入工作的台数和控制一台电机的转速,可以保持供水管网的工作压力恒值不变,从而达到变频恒压供水的目的。

2 系统的硬件设计

2.1 MM430供水型变频器

西门子MM430供水型变频器是当代新颖的变转矩负载专家(如风机和水泵),功率范围为7.5 kW~250 kW,具有传动平稳、低速轻载的优点。

图2 变频器控制电路图

如图2所示为变频器控制电路。分析可知,AOUT1、AOUT2端口接CPU224 PLC的EM231模块B+、B-端口,作用是传输变频器实际运行的模拟信号;AINI1+、AINI1-端口接EM231模块的A+、A-端口,目的是接收水源区远程压力信号;DINI、OV端口接EM222模块的SA0、1L,用于接收变频器启/停信号;变频器的其余几个端口与CPU 224 PLC的KA1~KA3继电器相连,用来与变频器进行故障信号通信。

2.2 PLC控制回路

在设计PLC控制回路时,弱电与强电之间的隔离是首要考虑的问题。为维护PLC装置,其输出端口须经过中间继电器控制电机的运行,其端口不可以直接连接交流接触器。设计在两者之间引入中间继电器,其目的是为了解决强电与弱电之间隔离的问题,起到保护系统、增强系统运行可靠性和延长系统使用寿命的目的。综上所述,PLC接线如图3所示。

2.3 控制系统信号间的传递

控制系统各信号间的传递关系如图4所示。

从图4中可以看出,首先PLC的开关量Q0.0启动系统,将水池管网压力Uf送到变频器,通过PLC与变频器的相互作用依次启动水源区三台水泵,接着根据用水量和管网压力来调节变频器的工作频率,选择水泵的启/停。当系统运行出错时,故障报警灯闪烁,提示系统出错。通过信号间的传递完成整个系统的运行与监控过程。其中,(KA1,I0.0)为变频器故障信号,(KA2,I0.1)为变频器频率降低信号,(KA2,I0.2)为变频器频率=50 Hz信号。

图3 PLC控制接线图

图4 控制系统各信号间的传递关系图

3 系统的软件设计

3.1 恒压控制系统

系统的程序设计是采用模块化的编程方法,根据现场设备及系统要求,设计了各种子程序功能模块,通过模块间的互相调用实现控制要求。恒压控制的流程如图5所示。

图5 恒压控制的流程图

系统对水源区的三台水泵进行控制,通过调节压力变送器与变频器,最终实现了加压站的恒压供水。针对现场调节阀及变频器等的应用,子程序模块可直接调用系统功能模块。

3.2 水泵切换与报警

控制系统在设计过程中主要考虑PLC程序运行的合理性、可行性等问题。图6为控制系统的水泵切换与报警流程图。

从流程图中可以看出,控制系统的报警与水泵切换程序主要包括检测报警程序和水泵电机切换程序两部分。报警程序分为变频器故障报警、蓄水池液位报警;水泵电机切换程序分为加泵程序和减泵程序。

图6 系统水泵切换与报警流程图

3.3从站PLC与主站PLC的通讯

主站PLC与从站PLC之间的通讯程序主要包括接收数据指令和发送数据指令两部分,各从站PLC与控制中心PLC通过GPRS无线网络进行数据通讯[6]。整个通讯回路中,各从站PLC都有其相对独立的通讯地址,主站通过不同的地址来区分不同的从站PLC,各从站PLC接收主站PLC发送过来的数据指令。从站PLC首先接收由主站PLC发送过来的数据指令,并加以执行,再将正确的数据指令反送出去;而主站则通过检索并判断接收到的地址信息,对相应从站PLC的数据进行整理,修改,调试并储存,最后主站PLC再将修改后的正确数据发送给从站PLC,流程如图7所示。

图7 从站PLC接收主站PLC状态数据的流程图

4结束语

本文以变频器和PLC作为控制设备,实现了水源区各水泵电机的切换控制与报警处理。该系统根据流量传感器和压力变送器的变化,调节变频器的运行频率来满足用水需求,保证了供水的稳定性与可靠性,使系统更加灵活、智能,维护更加便利。

参考文献

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[5]金传伟,毛宗源.变频调速技术在水泵控制系统中的应用[J].电子技术应用,2000,26(9):38-39.

恒压供水单片机控制系统的设计 篇9

随着经济社会的不断发展, 水与工业生产的的关系日渐紧密, 生产对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。融合最新的自动化控制技术、通讯及网络技术的恒压自动供水方案, 成为人们关注的热点。

变频恒压供水系统集变频技术、电气技术、现代控制技术于一体, 用户在单片机端用键盘设置PID参数和目标压力, 通过485总线传送至变频器, 变频器接收指令后使用自身PID功能通过调节水泵工作频率稳定水泵的出口压力。采用该系统进行供水可以提高供水系统的可靠性和稳定性, 方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时该系统还具有良好的节能性, 这在电能日益紧缺的今天显的更具有现实意义。

2 变频恒压供水的近似数学模型

由于变频调速恒压供水系统的控制对象是一个时变的、非线性的、滞后的、模型不稳定的对象, 我们难以得出它的精确数学模型, 只能进行近似等效。

系统中其他控制和检测环节的时间常数和滞后时间与供水系统的时间常数和滞后时间相比, 可忽略不计, 均可等效为比例环节。因此, 恒压供水系统的数学模型可以近似成一个带纯滞后的一阶惯性环节, 即可以写成:

式中:K为系统的总增益, T为系统的惯性环节时间常数, s为系统纯滞后时间。

3 变频恒压供水系统的构成

本文介绍的供水系统适用于工业用水以及消防等多种场合。三台水泵组成的供水系统的结构如图3.1所示。它主要是由单片机 (At89C51) 、变频器、压力变送器、配电装置以及水泵等组成。用户通过控制面板上的键盘和显示屏了解和控制系统的运行状态。

3.1 系统的硬件组成及其功能

根据前面章节介绍, 系统硬件主要由以下几部分组成:①单片机 (At89C51) 及外围器件;②电机控制主电路与控制电路;③变频器、水泵机组的选择;④压力反馈的实现。

3.1.1 单片机及外围器件的分析选择

单片机作为整个恒压供水系统的远程控制端, 要完成键盘信号的扫描, LED数码管的显示, 开关量的扫描输入和控制输出, 通信报文的发送接收。鉴于实际应用, 单片机选用A T M E L公司的AT89C51, 该单片机内部有4K字节的Flash程序存储器, 地址为0000H-0FFFH, 可以满足需要而不用外扩程序存储器, 键盘上设5个按钮, 分别是:启动/停止键, 设定键, 确定键, 增加键, 减小键, 分别连至P2.0, P2.1, P2.2, P2.3, P2.4, 当按键按下时相应的单片机引脚为低电平, 松开后恢复为高电平。

显示部分采用4个LED共阴极8段数码管, 显示接口采用动态扫描驱动方式;如图3.2所示。

为了提高单片机系统的抗干扰性和可靠性, 加入了硬件看门狗MAX1232, 它可以实现电源监控、按钮复位输入、监控定时器等主要功能。线路上使用双绞线传输信号, 增强了485线路的抗电磁干扰能力, 另外增加光电耦合器TLP521隔离。

3.1.2 变频器和水泵机组

变频器和水泵机组作为系统的执行机构, 完成系统对外的供水量输送。变频器选用西门子公司的MM420变频器, 本设计中使用变频器内部集成PI控制功能来实现闭环控制;变频器具有丰富的通信模块, 性能稳定可靠, 本系统使用其RS485通讯功能, 单片机通过485通讯将压力设定值和PI参数传送给变频器;变频器兼具故障报警和完善的保护措施。在选泵时, 应注意泵的扬程宜大些, 因为变频调速最大压力受水泵的限制。

3.1.3 压力反馈的实现

压力变送器选用SP-1M1F智能型, 二线制24VDC供电, 可以将工况压力线性转换成4-20m A的电流。变频器MM420的8、9端子提供24V输出, 将8端子接变送器的1+, 9端子接变送器的3-, 在回路中图3.2 LED连线图串入250欧姆的电阻, 将4-20m A电流转换成1-5V直流电压, 以反馈的形式输入到MM420 (3、4端子) , 将4端子与9端子连接。

3.2 系统的软件设计

程序采用结构化设计方法, 分为与变频器间的实时通信, 变频器运行状态显示, 检测键盘命令, 水泵切换控制等控制模块。

3.2.1 通信程序设计

(1) MM420通信协议。通用的串行接口协议 (USS) 按照串行总线的主-从通讯原理来确定访问的方法。总线上可以连接一个主站和最多31个从站。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时, 从站本身不能首先发送数据, 各个从站之间也不能直接进行信息的传输。

每条报文都是以字符STX (=02hex) 开始, 接着是长度的说明 (LGE) 和地址字节 (ADR) 。然后是采用的数据字符。报文以数据块的检验符 (BCC) 结束;如图3.3所示。

(2) 通信协议的C51实现。在程序中定义了两个数组uchar data Tdata[16], uchar data Rdata[16]分别作为发送缓冲区和接收缓冲区, 实现发送报文的组装和接收报文的拆分, 是单片机实现远程控制的基础。

调用bcc_th () 子程序计算出BCC校验码, 附加在报文的末尾, 然后调用发送子程序void Thdata () 将报文发送出去。

报文发送出去后变频器端校验正确会立即返回应答报文。所以单片机发送完后, 短暂延时, 将485芯片置于接收状态, 等待应答数据的到来。

接收完16个字节长的报文后, 调用bcc_rec () 计算出BCC校验码与Rdata[15]作比较, 如果相同就说明接收到的数据正确。

变频器返回报文的PZD区包含运行状态信息, 在程序中通过读取PZD, 就可以获得当前变频器的实时运行状态。

第2个PZD字则显示当前变频器的运行频率, 例如变频器运行频率是50HZ是返回的PZD第二个字为4000, 40HZ时返回3333, 两者存在线性关系。

3.2.2 检测键盘命令

由于键盘直接连接至单片机的P2口, 故不断读取P2口的信号状态就可以检测到有无按键按下。代码为ACC=P2&0x03;/*读P2口到ACC屏蔽高6位, 检测有没有启停、设置键按下。

3.2.3 水泵切换控制

水泵的切换主要是由继电器和接触器实现的, 单片机首先输出位信号, 控制继电器线圈的通断电, 而继电器触点的开合又可以控制接触器线圈的通断电, 进而可以控制水泵电机的工频、变频电源的接入和断开。

单台泵连续运行三小时, 启动另一台泵替换, 可以避免单台泵长时间工作提高了系统的稳定性和可靠性, 此项功能是通过日历芯片来实现。

4 电磁兼容性分析

由于系统由变频器、压力变送器、单片机等多种电气设备组成, 所以在现场的运行过程中, 我们还需要考虑系统的电磁兼容性。

4.1 变频器的干扰分析

目前通用电压源型变频器的输出电压波形为矩形波, 而不是正弦波, 因此它的输出电压、电流中含有丰富的高次谐波。高次谐波电流对负载产生直接干扰;此外高次谐波电流还通过电缆向空间辐射, 干扰邻近电气设备。

4.2 将系统的EMC降到最小的措施

①电气控制柜内的所有设备都良好接地, 在接地时要使用短和粗的接地线, 并且连接到公共接地点或接地母排上。

②为有效的抑制电磁波的辐射和传导, 电动机与变频器的连接电缆须采用变频专用屏蔽电缆。

③485通讯线缆使用屏蔽性双绞线, 屏幕层在控制柜侧接地。

④由于压力反馈信号中存在较强的杂波干扰和尖峰脉冲干扰, 为此启用变频器内部的PID反馈滤波功能。

⑤单片机系统合理布线, 外加MAX1232看门狗, 监控程序的执行, 在485端口跨接120欧姆的反射电阻, 抑制信号的反射。

5 结语

该系统可根据实际设定水压自动调节水泵电机的转速和加减泵, 使供水系统管网中的压力保持在给定值, 以求最大限度的节能、节水、节地、节资, 并使系统处于可靠运行的状态, 实现恒压供水;减泵时采用“先启先停”的切换方式, 相对于“先启后停”方式, 更能确保各泵使用平均以延长设备的使用寿命;压力闭环控制, 系统用水量任何变化均能使供水管网的服务压力保持给定, 大大提高了供水品质, 在实际应用中取得了较好的效果。

摘要：随着经济社会的不断发展, 水与工业生产的的关系日渐紧密, 生产对供水的质量和供水系统可靠性的要求不断提高。介绍了单片机恒压供水系统的工作原理和特点, 在此基础上给出了一种用单片机和变频器组成的恒压供水系统的设计方案, 使用变频器内部PID功能, 单片机通过RS485总线对变频器状态进行监控, 整个供水控制系统对管网水压进行自动控制。在工厂实际生产中系统取得了较好的效果。

关键词：供水系统,单片机,通信,变频器

参考文献

[1]马忠梅, 等编著.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社.2003.

[2]周航慈著.单片机应用程序设计技术.北京航空航天大学出版社.2003.

[3]张燕宾主编.变频调速应用实践.机械工业出版社.2000.

[4]清源计算机工作室编著.Protel 99 SE原理图与PCB及仿真.机械工业出版社, 2004.

恒压供水监控系统设计 篇10

1 恒压供水系统概述

恒压供水系统实现了PLC与变频技术的组合, 通过变频器来对水泵的运行进行控制, 达到将市政管网水源以及地下水源经蓄水池直接加压进入到供水管网中, 满足生产生活需求。在系统运行时, 可以通过对供水管网流量以及压力变化, 利用PLC自动控制变频器输出频率, 对水泵电机的运转速度进行调控, 将系统运行压力维持在稳定状态, 达到恒压供水的目的。恒压供水系统具有经济效益高、运行稳定、操作简单以及自动化程度高等优点, 在运行过程中管理十分方便。

2 PLC控制恒压供水系统设计分析

2.1 硬件系统设计

2.1.1 水泵机组

水泵机组为供水系统的基础设备, 在选择时需要结合系统运行实际需求, 对当地供水需求进行分析, 同时参考供水流量、供水类型以及供水压力等参数, 确定水泵机组、电机等构件。如可以选择用3台DFW系列离心泵为二级加压泵房机组, 此种水泵电机与泵直接相联, 中间传动结构更为简单, 运行时稳定性更高[1]。电机为三相异步电动机, 转速为1480r/min, 功率160KW, 额定电流288A。另外, 可以选择用硬质合金机械来进行轴封处理, 不但可以延长设备服务年限, 同时在后期运行维护过程中也更为方便。

2.1.2 仪表

(1) 电磁流量计。

需要以管径与流量等依据作为选择依据, 常用有LDTH管道式电磁流量计, 供电电压220v, 输出4-20m A, 量程0~5m/s可调。将其应用于系统中, 测量管内无阻流部件, 对直管段要求比较低, 并且在测量时不会受到液体密度、温度、压力以及粘度等因素影响吗, 计量结果更准确。

(2) 压力变送器。

主要作用是检测供水管网压力变送为4~20m A电流信号输入到PLC中, 对比压力设定值后由PID进行调节, 最后将运算后频率输出到变频器, 来对水泵电机运行频率、供水量等进行调节, 实现恒压供水。在选择时应以水泵机组供水量、扬程以及供水压力等参数作为依据, 以提高PLC数据传输可靠性为目的来确定, 如KT-3351系列智能压力变送器, 量程0-1MPa, 输出4-20m A, 具有精确的自诊断能力, 数据传输精度高, 并且零点与量程调整影响小。

1.1.3变频器

以电动机额定电流与功率来确定所选变频器容量, 确保其运行时能够满足几个条件, 即:

其中, PM表示负载要求电机输出功率;η表示电动机效率;cosφ表示电动机功率因数;UM表示电动机电压, 单位V;IM表示电动机工频电源时电流, 单位A;k表示电流波形修正系数, PWM方式取值1.0~1.05;ICN表示变频器额定电流, 单位A;PCN表示变频器额定容量, 单位KVA[2]。

1.1.4PLC

PLC为系统设计的核心, 在确定设计方案后, 需要基于系统运行特点、控制要求等, 来确定控制动作, 并以输出点数、外部设备特性等为依据, 确定PLC储存器功能与容量, 选择性价比最高的应用于系统设计。

2.2 系统电路设计

系统电路的设计需要做好几个因素的分析, 即输入电源电压在一定允许范围内变化, 在输入交流电断电时, 不会对控制器程序以及数据造成损坏, 并且电路运行具有较高的稳定性与安全性。尤其是对于不允许断电的场合, 需要做好电源冗余管理, 并对其进行完善的抗干扰处理。变频器输入信号分为控制信号与输入电源信号2种, 设计时应选择用控制电路端子FWD、REV等方式来代替主电路电源ON/OFF方式来对变频器运行进行控制。输出信号分为输出控制信号与送水泵变频器输出电源信号两种, 其中控制信号包括送PLC超压信号、欠压信号、变频器故障信号。

系统主水泵设计时以供水状态为依据, 选择变频与工频两种方式, 电路设计时就需要对每台主水泵设置两个接触器, 分别与工频和变频电源输出相联, 同时辅助泵只选择工频状态, 只需要设置一个接触器接入工频即可。其中在连接线路时, 需要确保水泵旋向的正确性。变频器主电路输出端子通过基础接触器与三相电动机相联, 在旋转方向与工频电机转向不同时, 应对输出端子相序进行调换, 确保系统能够正常运行。另外, 为对变频器运行功率进行优化, 还可以就变频器端子间接入相应的DC电抗器。对变频器接地端进行可靠接地处理, 确保整个系统运行的可靠性, 同时还可以降低设备运行噪音。

2.3 监测软件系统设计

2.3.1 软件架构

为保证监测软件设计效果满足系统恒压供水需求, 必须要在根本上掌握好总体功能设计, 做好软件架构分析, 在实现系统监测基础功能的同时, 降低系统设计与运行所需成本。从系统监测功能来看, 软件架构模块主要包括信息监控与管理程序两大部分, 如数据管理模块、数据采集与通信模块以及设备状态控制模块等。恒压供水系统运行状态控制模块, 主要是以各项数据对系统状态影响为基础, 通过各项收集到的信息数据进行分析, 来对各运行参数进行调整, 保证设备维持在一个良好的运行状态。而数据管理模块则主要对各项数据进行统计、查询以及分析, 同时为向系统管理提供依据还需要对数据库进行维护。

2.3.2 状态控制模块

设备状态控制模块主要包括报警、参数设定、状态显示以及调整等作用, 以对数据的分析结果为依据, 来对各项运行参数进行适当的调整, 确保系统维持在良好的运行状态。第一, 报警。当系统运行过程中出现故障会及时通过声音或者灯光闪烁等方式向工作人员发出警报, 进而可以及时采取措施处理故障。其中, 要详细如实记录故障资料数据, 便于系统运行状态的分析。第二, 状态调整。即以设备运行状态参数、数据为依据, 通过详细分析在电脑上对各参数做进一步的调整。一般可以利用PLC反馈的水位与压力数据, 对PID参数进行调整, 然后将其传输到PLC中, 利用调节功能完成系统的控制, 提高系统供水效果。第三, 状态显示。主要利用趋势图方式来将各项运行参数以动态的方式呈现出来, 操作人员通过对趋势图的分析, 既可以弄清并掌握设备运行的详细状态。

2.3.3 数据采集与通信

即对系统运行参数与数据进行采集与处理, 同时包括通信参数设定、数据存储与通信等功能, 其中参数设定即以系统管网供水压力、用户用水时间、用水量等为依据, 完成对压力传感器参数的设定, 并利用PLC与上位机PC机相互通信协议来实现通信参数的设定。恒压供水系统运行会产生大量数据, 通过对其的综合分析与调整, 对提高系统运行效果具有重要意义。数据处理模块的设计, 主要是满足其利用相应格式分解自PLC读取数据的功能, 利用滤波对其进行相应处理后存于数组中。而数据通信模块的设计则应满足对PLC不同共状态的控制, 由上位机下达控制命令并完成对控制参数的修改。

2.4 PLC程序设计

PLC程序设计内容主要包括系统初始化程序、水泵电机启动程序、小功率水泵电机变频/工频切换程序、水泵电机换机程序、阀门开启关闭程序、停机程序以及报警程序等, 所有程序相互配合来实现恒压供水系统的正常运行。第一, 初始化程序。即在系统正式运行前, 对整个系统的不同部分实际工作状态进行检测, 一旦发现错误内容则发出警报, 初始化模拟量数据处理数据表同时赋予其初值, 整个环节需要在主程序里面对子程序进行调用方式来完成。第二, 水泵电机启动程序。PLC程序来完成电机的启动, 并且启动前需要使变频器三相电源输入端得到电, 由PLC发出指令, 将变频器三相电源输出端与电机接触器闭合, 将变频器外控端子FMD-CM常开触点相连, 将BX-CM间处于断开状态。第三, 阀门启闭程序。重点设计水泵机组启停阀门启闭研究, 以及自动切换时阀门启闭研究, 一般情况下水泵机组启动时, 要先开机然后开阀, 停机时则先关阀在停机。

3 结语

PLC控制恒压供水系统是现在常用的一种方式, 为提高其运行效果, 在对系统进行时, 需要做好对各项硬件设备的选择, 以各项参数为依据, 来确保各构件可以完全满足系统运行需求。同时, 还应就电路设计方法进行分析, 做好合理性设计, 提高系统运行安全性与稳定性。

参考文献

[1]许德浩.基于PLC控制的恒压供水系统设计[D].天津:天津大学, 2012.

[2]方桂笋.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[D].兰州:兰州理工大学, 2008.

[3]吴学娟.基于FPC的变频调速恒压供水系统的研究[D].合肥:安徽工程大学, 2012.

[4]姜素霞, 闫艳霞, 杨小亮.基于PLC控制的恒压变频调速供水系统设计与仿真[J].郑州轻工业学院学报:自然科学版, 2011 (1) :62-65.

恒压供水监控系统设计 篇11

【关键词】变频恒压供水；煤矿防尘；实践与应用

1原防尘供水系统概述

寿阳县友众煤业公司煤层埋藏较浅，距离地表垂直高度只有138米，原防尘供水系统采用静压供水方式和水泵供水方式相结合，井下水通过矿井排水系统排至地面沉淀水池，沉淀后利用4KW潜水泵排至另一沉淀水池蓄水，通过4寸管路利用静压引至6#石门防尘水池，从6#石门防尘水池分两路供水，一路通过防尘管路利用静压排至井下各防尘地点，另一路利用4KW潜水泵排至6#石门掘进工作面。由于防尘水压力不足影响掘进工作面和综采工作面的正常生产，在副井水仓安装一台DA型水泵（电机功率37　KW）供回采泵站水箱，在回采泵站水箱处安装一台DA型水泵（电机功率18.5KW）供综采工作面机组，防尘水压力仅能达到1.1　MPa，在回风上山安装一台DA型水泵（电机功率18.5KW）供掘进迎头防尘，防尘水压力仅能达到0.6　MPa。

存在的问题：1、系统防尘水压力仍然不足，综采工作面机组防尘水压力仅能达到1.1　MPa，掘进迎头防尘水压力仅能达到0.6　MPa，而且防尘水流量不稳定，水质差，不能满足正常生产的需要。2、该系统管路复杂，需用闸阀多，还需要频繁倒换操作各个闸阀，占用设备多（三台潜水泵，三台DA型水泵，五台开关），所有设备均需要人工操作而且安装在不同地点，使用人员多，可靠性差，不便于维护。

2变频恒压防尘供水系统概述

为了解决原静压防尘供水系统存在的问题，友众煤业在副井口新建沉淀池和蓄水池各一个，井下水通过矿井排水系统排至地面新建沉淀水池，经过滤、净化水处理后排至新建蓄水池，在新建蓄水池上面安装PCS型微机控制全自动变频恒压供水设备一套。该套设备将防尘水通过防尘管路输送到井下各防尘工作地点。

该系统优点：1、系统防尘水压力充足，当供水设备出水压力调整至0.Pa时，综采工作面机组防尘水压力达到2.8MPa，掘进迎头防尘水压力达到2MPa，而且防尘水流量稳定，水质好，完全能够满足正常生产的需要。2、系统管路简单，不需要频繁操作闸阀，将原系统中配备的三台潜水泵、三台DA型水泵、五台开关全部撤除，仅在地面安装供水设备一套，占用设备少，而且该套设备为全自动调节控制，可以定时自动换泵，不需要设专人值班，可靠性高。3、PCS型微机控制全自动变频恒压供水设备，由泵组、负压罐，控制柜、管件阀门等组成，选用两台水泵，一用一备。具有结构简单，设计合理，占地面积小，便于安装和运输等优点。4、微机变频恒压供水控制系统保护功能完善，水泵电机采用变频器软启动方式，无电流冲击。由于该系统采用了闭环自动控制，可随时根据用水情况自动调节水泵转速，从而改变供水量。由于水泵耗电功率与水泵电机转速成三次方正比关系，所以水泵调速运行节电效果非常显著，平均耗电量较通常的供水方式可节电30%-50%。

3微机变频恒压供水控制系统技术特点

微机控制变频调速恒压供水控制系统采用国际先进的交流电机变频调速技术，对水泵进行调速以达到恒压目的。该系统由以下几部分组成：（1）压力传感器将管网上压力信号变化量转化为电信号变化量。（2）供水控制柜将电信号经分析运算后，输出給变频调速器。（3）变频器控制水泵转速以调节水压。可以根据井下实际情况设定输出压力值，该系统根据井下用水量的变化，随时自动调节水泵转速，以维持恒压力变流量供水，从而大幅度地节约电能，提高供水质量。

4供水控制器介绍

ZYG恒压供水控制器是微机控制变频调速恒压供水控制系统的核心部件，该控制器为单片机智能数字控制，四位数码管显示，采用模糊控制技术，国际标准仪表结构。并提供水位信号接口，双恒压控制，小流量停机，睡眠和睡眠唤醒，定时换泵，变频故障保护，水泵无水监测，远传压力表断线保护等功能。ZYG控制器的压力控制精度高，抗干扰性能好，在变频环境下运行稳定，操作使用简明直观，比PLC成本低，调试更方便，各参数键盘数码设定可断电存储100年，具有硬件看门狗功能，可直接接电阻式远传压力表，具有睡眠和睡眠唤醒功能，在最低赫兹时输出可为零，避免了频繁切换泵和电机长时间在低频运行发热的情况，两台泵互为备用，定时循环开机，现场调试比一般的控制器更方便。

5效益分析

改造后比改造前设备费用多投入为：

11万元-6.96万元=4.04万元

改造后比改造前设备耗电量费用少投入为：

31万元-6.3万元=24.7万元

改造后比改造前人员少投入工资为：18万元

综上分析，改造后比改造前年可节约费用为

24.7万元+18万元-4.04万元=38.66万元

恒压供水监控系统设计 篇12

关键词：模糊PID,恒压供水控制系统设计

0 引言

城市相关的供水设备就属于城市基础建设的元素之一,供水装置和系统的有效直接反映在城市居民的生产生活状态中。由于城市的供水状况会受到很多的限制因素,使得这些因素的出现都会影响到它的正常使用。供水系统的完善,应该是一种综合性能提升的完善状态。在城市的更新和建造中,供水系统的完善就是现在城市创新的重中之重的问题。只有将供水系统进行管网压力平衡状态的解决,并在有效控制管网压力的作用下,使用模糊PID控制理论对供水管网进行恒压供水的控制。

1 城市供水控制系统的发展状态

在现有的城市恒压供水装置中,多数采取的是相关交流方式的供水系统配置。这种系统装置的配置一般采用相关单片网进行供水的输送。针对于城市水管管网建设的调节程度以及相关多台水泵状态的使用联合程度进行详尽的规划,可以采用编程控制器PLC,有的采用单片机。这两种方式的实用和建设,从使用性和经济性的双重角度来分析,它们都存在着相互的利弊点,但是以上两种方式的使用都可以完善水泵相关的技术性要求,还可以完善相关系统的模糊逻辑PID控制,并且有效的针对系统中各种运行的参数、控制点进行实时的监控和汇总,完成相关的系统运行不稳定状态的参数报告工作以及错误信息的上传。相关自动恒压供水系统具有相关的标准通信接口装置,这样的设备可以有效的与城市供水的总系统进行联网操作,这样的联网操作可以有效的实现相关城区供水系统的优化提升,为城市中的供水系统提供现代化的调度过程、管理理念以及监控的设备。

2 相关控制技术在城市供水系统的使用状况

以相关模糊PID的控制理念进行城市供水系统的创建与调节,方便相关参数的控制,保证该系统的使用可以适应外界环境的变化,降低系统自身对外界干扰状况的排斥性,保证系统在控制相关性能中,可以有比较完善的数量显示,从而有效的保证相关系统的使用状况优点。

在相关系统模型的建造之中,应该采用相对比较完善的模糊PID技术进行完善和建设,并且,这种系统的设置理念还可以针对未知的事物和部分已知的状态进行配置,这种特点是模糊控制方法最显著的优势之一。

针对城市供水这样的复杂控制系统,其相关的参数具有自身的可变性,这样问题的出现导致在理论要求的状态下难以进行精准数学模型的建立。采用常规的PID控制器,难以保证在任何条件状况下,相关数学模型的建立上有最佳控制性的保证。这样的实施状态可以不需要知道相关控制对象的数学模型状态,这种方式采用语言变量进行描述,并有效的根据相关的关系进行动态信息和模糊控制的相关规则进行合理有效的推理,最终保证合适的控制量,并在控制量的展现中,具有参数变化不敏感型以及鲁棒性的特征,但它的缺点就是控制数额的精度准确性不高。从以上两种控制模型进行分析和研究发现,将模糊控制和PID控制进行高效的结合就是提升系统性能的最可行的计划,这种计划的实施可以实现供水管道的压力恒定目标。

3 恒压供水控制系统模糊PID控制器的设计

通过模糊控制的规律进行数据的建立,下图为相关数据的示意图:

PID参数的模糊整定就是找出相关的比例要求、积分状况、微分状况这三个系数与偏差值和偏差变化率进行模糊关系的界定。在系统的运行过程中,应该不断的检测相关的偏差值与偏差变化率,并按照相关数据的推理进行这三种参数的审核和修改,在满足相关不同的偏差值和偏差变化率对控制参数的不同需求,进行被控对象具有良好的动态性能和静态性能。

一般的状况下就是在不同的偏差值和偏差变化率之间进行被控对象的Kp,Ki,Kd相关自定义系数的归结:

(1)当偏差值的绝对值比较大的状况下,为了保证相关系统具有比较良好的快速追踪性能,就应该进行比较大的Kp与比较小的Kd数值的选择,同时为了有效地避免相关系统中因为在开始阶段出现的比较大的超调,这样的状态下,通常Ki=0。

(2)当偏差值的绝对值和相关的偏差变化率处于比较中间的数值位置时,为了使相关的系统具有比较小的超调,Kp应该取比较小的数值,在这种状况下,Kd的取值范围对整个系统的影响都是比较大的,所以在取值过程中也应该尽可能的进行小数值的选取,Ki的取值范围也应该结合现实的状况进行合理的取值。

(3)当偏差值的绝对值比较小的状态下,为保证系统自身具有比较好的稳定性能,Kp和Ki的数值不应该取大的数值,为了避免出现系统在设定值范围内振荡的状况,应该针对Kd的取值范围是十分的关键的。在这种状态下的取值,通常为当偏差的变化程度比较小的时候,Kd的取值比较大,当偏差的变化程度比较大的状况下时,Kd的取值比较小,通常Kd的取值为中等大小的取值。

由PID参数可以得出以下的公式:

Kp=Kp0+Kp变化量

Ki=Ki0+Ki变化量

Kd=Kd0+Kd变化量

在这三种公式中,可以发现,Kp0、Ki0、Kd0表示初始状态的PID参数,其中三个公式中的三种变化量就可以按照相关的模糊控制指数进行有效的调整和建设,前面的Kp、Ki、Kd为调整后的PID参数。

模糊PID控制的关键就是找出相关调节器中的参数以及它们相关的偏差值和偏差变化率之间的模糊关系状况,并在相关的系统状态中展现有关的数量值的误差,将它们的数量值变成控制器的输出值,根据模糊控制规则对PID三个参数进行不断的完善和调整,将最后的调整量进行模拟控制器的输出,并将最后的结果代入PID公式中进行进一步的计算,相关的数量结果就是控制器的输出结果。

下图为系统控制器的工作流程示意图:

4 结语

随着城市进程的不断提升,相关科学技术的不断完善,针对基于模糊PID的恒压供水控制系统设计问题也会逐渐的趋于规范化的状态,由于在该系统的设计过程中,还有很多不足出现,应该针对这些不足的状况进行细致的分析和研究,专业的技术操作人员在实践的操作过程中,也应该不断的总结操作中出现的问题和相应的解决方式,只有这样细致周密的方针策略才能进一步对该系统的使用状况进行完善。在全面的关注和使用中,今后的发展状态下,这类技术的操作将会走向一个新的发展平台。

参考文献

[1]李广军,崔继仁,党建亮等.基于模糊免疫PID控制的恒压供水系统研究[J].煤炭技术,2011,30(7):33-35.

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[3]门顺治,郑欣,徐保国等.基于S7-300 PLC的Fuzzy-PID控制恒压供水系统设计[J].自动化与仪表,2014,29(5):26-30.