引言

    隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，城市高層建筑供水問題日益突出，一方面要求提高供水質(zhì)量，不能因壓力的波動(dòng)造成供水障礙，另一方面要求保證供水的安全性及可靠性。而傳統(tǒng)的水塔供水方式暴露了很多缺點(diǎn)：用水高低峰的不平衡，管道閥門易損壞，維修保養(yǎng)費(fèi)用過高，水的二次污染等等。為此，筆者結(jié)合某礦務(wù)局商住樓生活供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出基于PLC和HMI的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)該礦務(wù)局商住樓恒壓供水和節(jié)能的環(huán)保要求。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

     該商住樓地上共10層，一層為商鋪，地下l層，給水泵房及機(jī)械停車庫皆位于負(fù)一層，建筑高度35米。地下1層(低區(qū))由市政管網(wǎng)直接供水，3層～10層(中區(qū))由生活泵房的變頻調(diào)速恒壓給水沒備供水。

中區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)由一臺PLC、一臺帶內(nèi)置PID控制器的變頻器、壓力傳感器、水泵機(jī)組、儲水罐、儲能罐等組成。恒壓供水控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水控制系統(tǒng)原理圖

    圖1中水泵機(jī)組采用兩臺水泵運(yùn)行的方式；一臺是主泵，另一臺是備用泵。兩泵用一臺變頻器控制交替工作，蔭臺水泵都能軟啟動(dòng)和軟停止。這樣不僅可以減少水壓對管道的沖擊，還能夠改善水錘效應(yīng)，避免設(shè)備的損壞，同時(shí)加裝儲能罐以消除水錘效應(yīng)。

    工作中由壓力傳感器檢測實(shí)際的出水管壓力，壓力傳感器把檢測到的壓力信號變成模擬信號(電壓或電流信號，本系統(tǒng)采用電壓信號)，并把該信號送給變頻器，由變頻器中的PID運(yùn)算。PLC根據(jù)壓力的情況控制變頻器提速或降速(由變頻器的多段速控制)。當(dāng)用水量小時(shí)，變頻器控制一臺水泵在低速下運(yùn)行；當(dāng)用水量大時(shí)，變頻器控制水泵在高速下運(yùn)行；當(dāng)用水量極大或發(fā)生火災(zāi)及其他需要人量用水時(shí)，由PLC控制兩臺水泵同時(shí)啟動(dòng)，以保證壓力的穩(wěn)定。為了延長水泵的使用壽命，讓兩臺水泵每4小時(shí)循環(huán)工作，以避免水泵長時(shí)間不用而生銹。另外儲水罐的進(jìn)水管和出水管除了有電動(dòng)閥門還有手動(dòng)閥門，防止電動(dòng)閥門出現(xiàn)故障時(shí)影響供水。系統(tǒng)中增加了人機(jī)界面HMI，在人機(jī)界面里能顯示系統(tǒng)的故障、運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的設(shè)置，同時(shí)可以向?qū)降膶ο到y(tǒng)進(jìn)行操作，使得系統(tǒng)控制更加方便明了(恒壓供水系統(tǒng)主電路單元、控制回路單元及人機(jī)界面單元等圖略，若有需求，可向筆者索?。?/span>

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)PLC的選擇與設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)所需的I／O點(diǎn)數(shù)為28點(diǎn)輸入，23點(diǎn)輸出，從控制系統(tǒng)功能和信價(jià)比考慮，選擇PLC為三菱Ⅸ2N一64MR。該型號PLC有32點(diǎn)輸入，32點(diǎn)輸出，滿足本系統(tǒng)的要求，PLC端子接線圖如圖2所示(I／O地址分配表略，若有需求，可向筆者索取)。

圖2 PLC端子接線圖

2.2 變頻器選擇

    經(jīng)計(jì)算，中區(qū)供水設(shè)計(jì)流量50m’／}l，泵揚(yáng)程48米。根據(jù)計(jì)算參數(shù)，選擇離心式水泵ISG 80—50—200(2臺)，配帶電動(dòng)機(jī)的型號為Y160M2—2，功率為15 KW(2臺)；據(jù)此選變頻器為HLP—P風(fēng)機(jī)／水泵專用變頻器，型號為HLP—P18D543B，功率18．5KW。該變頻器具有高輸出轉(zhuǎn)速和強(qiáng)的抗干擾能力，有PID控制與上、下限控制兩種控制方式，具有一拖六功能，可實(shí)現(xiàn)變頻、工頻的自動(dòng)切換，具有自動(dòng)穩(wěn)壓和節(jié)能運(yùn)行等功能，變頻器壓力反饋PID控制方框圖如圖3所示瞄圳(端子接線圖略，若有需求，可向筆者索取)。

    從圖3中可知，通過來自遠(yuǎn)端壓力表的反饋值與設(shè)定值的比較，經(jīng)變頻器PID控制時(shí)的輸出頻率限制設(shè)定的百分比，一次延時(shí)使系統(tǒng)的震蕩減緩，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的控制輸出。

圖3 力反饋PID控制方框圖

2.3 壓力傳感器選擇

    選用的傳感器為：MD—W恒壓供水壓力傳感器，該傳感器是專門為變頻恒壓供水系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的傳感器，采用抗變頻干擾電路，保證輸出信號的穩(wěn)定性。

2.4 人機(jī)界面的選擇

    選用的HMI是Eview公司的MD204L，MD204L是一個(gè)小型的人機(jī)界面，操作人員可通過編程軟件TP200在計(jì)算機(jī)上面制作畫面，自由輸入漢字及PLC地址并使用串行通訊下載畫面，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示、報(bào)警及人機(jī)操作等功能(其他低壓元器件選型及規(guī)格型號略，若有需求，可向筆者索取)。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)(如圖4所示)

圖4 恒壓供水系統(tǒng)流程圖

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

    控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)PLC電氣控制部分設(shè)計(jì)的核心，根據(jù)控制要求，確定控制的操作方式，應(yīng)完成的動(dòng)作，以及必須的保護(hù)和連鎖，還要確定所有的控制參數(shù)本程序分為主程序和子程序兩部分，在主程序中主要完成系統(tǒng)的初始化及模式的選擇。系統(tǒng)的初始化主要包括變頻器、人機(jī)界面、PLC、水位、閥門及多段速的初始速度等的初始化。當(dāng)初始化結(jié)束后進(jìn)入自動(dòng)／手動(dòng)模式的選擇。當(dāng)選擇了自動(dòng)模式，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用自動(dòng)模式的子程序，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕按下時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行模式。在自動(dòng)模式下，A泵先啟動(dòng)運(yùn)行，四個(gè)小時(shí)后自動(dòng)切換到B泵運(yùn)行，B泵運(yùn)行四個(gè)小時(shí)后，再次切換到A泵循環(huán)運(yùn)行。手動(dòng)模式主要用于設(shè)備的調(diào)試，當(dāng)選擇了手動(dòng)模式，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用手動(dòng)模式的子程序。在手動(dòng)模式下，A1閥、A2閥、B1閥、B2，閥、A泵及B泵都能單獨(dú)的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)選擇A(B)閥運(yùn)行，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用A(B)閥子程序，如果在A(B)閥子程序中選擇Al(B1)閥或A2(B2)閥運(yùn)行，程序?qū)⒆詣?dòng)調(diào)用A1(B1)閥或A2(B2)閥的子程序。開始A1(B1)閥或A2(B2)閥的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。在此過程中運(yùn)用了子程序的嵌套使用方法。當(dāng)A(B)闐開啟后，選擇A(B)泵啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用A(B)泵子程序，并點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行(具體程序略，若有需求，可向筆者索取)。

3 3 人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)

人機(jī)界面的編程軟件采用MD204L專用的組態(tài)軟件TP200v4DD，與PLc編程口直接相連實(shí)現(xiàn)通訊。主菜單如圖5所顯(其它菜單略)。

圖5人機(jī)界面主菜單

4 結(jié)束語

     本文介紹了PLc和HMI的恒壓供水控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中PLc控制變頻器進(jìn)行PID運(yùn)算，根據(jù)不同階段的用水情況通過調(diào)節(jié)頻率選擇適當(dāng)?shù)膲毫Ψ秶萌藱C(jī)界面顯示系統(tǒng)的狀態(tài)和對系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。系統(tǒng)中水泵機(jī)組軟啟動(dòng)、交替循環(huán)工作方式使電網(wǎng)和管網(wǎng)免受沖擊，無水錘現(xiàn)象，延長泵和閥等器件的使用壽命。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的壓力范圍可以通過頻率的調(diào)節(jié)而變化，所以，既節(jié)約了水資源，又節(jié)約了電能，同時(shí)避免了水源的二次污染。本文創(chuàng)新點(diǎn)：利用PLc控制變頻器進(jìn)行兀D運(yùn)箅，實(shí)現(xiàn)分級嘲速，結(jié)臺HMl的應(yīng)用，使得系統(tǒng)的狀態(tài)顯示與控制更加靈活方便。該供水系￡工作可靠、效率高，在節(jié)約水資豫和電能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)礦務(wù)局商住樓恒壓供水的目的。