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PLC在無負壓變頻供水控制系統(tǒng)中的應用

1、引言

      無負壓變頻供水是在變頻恒壓供水的基礎上發(fā)展起來的，它的先進之處在于將系統(tǒng)直接與自來水管網(wǎng)串聯(lián)對接，而不用建立水池和設置水箱，供給用戶的水完全在一個密封的環(huán)境中，避免了飲用水在供水過程中的二次污染。這種供水方式實現(xiàn)了無池供水與變頻恒壓供水的結合，能夠達到比其它供水方式更環(huán)保節(jié)能的效果。此外在供水過程中，充分利用自來水原有的壓力，因此可節(jié)電50%以上。不僅如此，無負壓變頻供水系統(tǒng)結合真空抑制、穩(wěn)流補償、預壓平衡補償、能量儲存釋放、變頻調速和智能控制等技術，在供水的同時不，會對市政管網(wǎng)產(chǎn)生壓降，從而保證了市政管網(wǎng)的正常運行。

2、無負壓變頻供水工藝概述

      無負壓變頻供水控制系統(tǒng)的核心概念就是通過變頻器控制水泵的運行頻率，達到節(jié)能供水的效果，同時系統(tǒng)還加入了市政管網(wǎng)保護功能、水泵保護功能以及故障處理等功能。為了節(jié)約成本，目前人們大多采用一個變頻器控制多個水泵的變頻運行方式，也就是我們常說的一拖二、一拖三或一拖四等控制系統(tǒng)。采用這種方式，變頻器輪流控制各個水泵變頻運行。

      水泵的運行方式有兩種，一種是變頻運行，一種是工頻運行。水泵的運行方式由中央控制器根據(jù)用戶用水量的多少自動控制。系統(tǒng)啟動后，水泵首先變頻運行，當用水量增加時，變頻水泵轉換為工頻運行，并啟動下一臺水泵變頻運行。用水量減少后，工頻水泵退出運行，水泵的投切過程如此循環(huán)反復。

在用水量很少，或沒有用水時，為了節(jié)能與延長水泵的使用壽命，水泵還可以進入休眠狀態(tài)。當用水量增加時，水泵會自動從休眠狀態(tài)中被喚醒。當一臺水泵長時間運行時，為了使各個水泵均衡運行，系統(tǒng)會自動選擇運行時間最短的水泵運行。當有水泵出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)會自動跳過該水泵，不會影響其他水泵的投切過程。

3、無負壓變頻供水控制系統(tǒng)結構設計

      在傳統(tǒng)的無負壓變頻供水設備中，控制器大多采用單片機設計，這種控制器一般都不允許用戶對其內(nèi)部的程序進行修改。如果想增加一些功能，則必須找控制器的供應商幫助完成。這就導致了系統(tǒng)的靈活性較差，而且這種控制器一般都沒有經(jīng)過可靠性測試，在可靠性方面可能存在或多或少的問題。

      無負壓變頻供水控制系統(tǒng)采用PLC作為核心控制單元，在可靠性上得到了保證，其開放的編程環(huán)境也使系統(tǒng)開發(fā)和維護更加方便。不僅如此，和利時還為無負壓變頻供水設備提供了標準的例程，用戶可以直接使用這個例程搭建無負壓變頻供水控制系統(tǒng)，或者可以根據(jù)需要對例程進行簡單的修改，這樣大大提高了系統(tǒng)的建立效率以及系統(tǒng)的開放性。

      本次設計針對1拖3無負壓變頻供水控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、離心泵、壓力傳感器、水位傳感器、缺相保護器、故障報警燈等組成。PLC負責三個水泵的投切控制算法，根據(jù)管網(wǎng)出口的設定壓力動態(tài)調節(jié)變頻器的輸出頻率，以及實現(xiàn)倒泵、休眠、故障處理、無負壓補償?shù)裙δ?。本系統(tǒng)采用和利時LM系列PLC作為系統(tǒng)控制器，并且通過LM系列PLC自帶的RS232接口連接現(xiàn)場的觸摸屏HT6720T，觸摸屏程序具有系統(tǒng)參數(shù)設置、顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)、查詢系統(tǒng)報警記錄等功能。為了便于用戶查詢控制系統(tǒng)的運行狀況以及設置出口壓力等參數(shù)，這里還用LM系列PLC自帶的RS485接口連接了一個短信數(shù)傳模塊，用戶可以通過手機隨時查詢水泵的運行狀況以及設定管網(wǎng)的出口壓力。

4、無負壓變頻供水控制系統(tǒng)軟件設計 

根據(jù)工藝要求，無負壓變頻供水控制系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

      無負壓變頻供水控制系統(tǒng)操作界面由觸摸屏HT6720T制作。操作界面主要可以完成無負壓變頻供水控制系統(tǒng)運行工況的監(jiān)視、系統(tǒng)運行參數(shù)設置、實時報警顯示、歷史報警顯示等功能。觸摸屏工況界面如圖3所示，可以查看各個水泵的運行狀態(tài)以及進水壓力、目標壓力和出水壓力等幾個重要的輸出參數(shù)。

參數(shù)設置界面，可以進行系統(tǒng)參數(shù)的設置。所設置的參數(shù)均為掉電保持。LM系列PLC中掉電保持區(qū)的數(shù)據(jù)為永久保持，可以避免因停電導致系統(tǒng)設定參數(shù)丟失的后顧之憂。

5、無負壓變頻供水系統(tǒng)的特點

基于LM系列PLC的無負壓變頻供水系統(tǒng)具有如下特點：

可靠性

      可靠性是無負壓變頻供水系統(tǒng)的關鍵。與傳統(tǒng)的單片機控制器相比，LM系列PLC在穩(wěn)定性、抗干擾性以及惡劣條件下的工作性能都要更勝一籌。LM系列PLC的輸入和輸出點都是與現(xiàn)場隔離的，這為系統(tǒng)的可靠性提供了硬件基礎。系統(tǒng)所提供的增量PID運算功能塊使系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的用水量迅速調節(jié)給水泵的工作頻率，使給水壓力以較快的速度穩(wěn)定在設定值，這也在功能上保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

易用性

      LM系列PLC體積小、集成化程度高、運算速度快、邏輯控制容量大，還可以進行在線調試和離線調試，有強大的視圖功能，可以大大降低編程調試的工作量，縮短調試的周期。靈活的編程功能，可以給未來的系統(tǒng)升級帶來極大方便。系統(tǒng)采用7英寸TFT觸摸屏，整個系統(tǒng)的運行狀況一目了然，各項控制參數(shù)也可以根據(jù)不同工況進行調整，并可以生成實時報警與歷史報警列表。同時，還利用LM系列PLC自帶的RS485接口連接短信數(shù)傳模塊，用戶可以直接通過手機隨時查詢系統(tǒng)的運行工況，并可以進行管網(wǎng)出口壓力等參數(shù)的設置。

功能性

      本系統(tǒng)是在LM系列PLC的無負壓變頻供水標準程序的基礎上建立的，實現(xiàn)的功能包括了水泵的自動投切功能、休眠倒泵功能、水泵優(yōu)先級判斷功能、優(yōu)化的故障處理功能、多時段設定功能、低水位自動保護功能、無負壓功能、短信通訊功能以及PLC鎖定功能等。整個系統(tǒng)的搭建過程幾乎沒有對標準程序進行修改，在實現(xiàn)了強大功能的基礎上，方便快速地完成了控制系統(tǒng)的搭建。