全自動PLC在雙恒壓無塔供水系統中的應用
全自動PLC在雙恒壓無塔供水系統中的應用
根據小區用水時間集中，用水量變化較大的特點，分析了小區原供水系統存在成本高，可靠性低，水資源浪費，管網系統待完善的問題。提出以利用自來水水壓供水與水泵提水相結合的方式，并配以變頻器、PLC、壓力傳感器、液位傳感器等不同功能等傳感器，根據管網的壓力，通過變頻器控制水泵的轉速，使水管中的壓力始終保持在合適的范圍。從而可以解決因樓層太高導致壓力不足及小流量時能耗大的問題。
雙恒壓供水控制系統是以PLC控制為核心， 變頻調速技術為基礎， 并結合壓力傳感器、變頻器、水泵、繼電器、接觸器等成。在此系統中，PLC將壓力設定值與測量值的偏差經PID運算后得到的控制量作用到變頻器，從而通過變頻器控制水泵的轉速調節管網的力， 實現恒壓供水的目的。
變頻調速恒壓供水技術其節能、安全、供水高品質等優點，在供水行業得到了廣泛應用。恒壓供水調速系統實現水泵電動機無級調速，依據用水量的變化（實際上為供水管網的壓力變化）自動調節系統的運行參數，在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水要求是當今先進、合理的節能型供水系統。在實際應用中如何充分利用變頻器內置的各種功能，對合理設計變頻器調速恒壓供水設備，降低成本、保證產品質量等有著重要意義。
隨著社會的發展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質量，不要因為壓力的波動造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性，在發生火災時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統應運而生，這就是PLC 控制的恒壓無塔供水系統。恒壓供水包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制—既雙恒壓系統。恒壓供水保證了供水的質量，以PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。
PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。
雙恒壓無塔供水系統PLC的構成
從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置.
雙恒壓無塔供水系統PLC的應用領域
目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況主要分為如下幾類：
(1) 開關量邏輯控制
取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。
(2) 工業過程控制
在工業生產過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續變化的量（即模擬量），PLC采用相應的A/D和D/A轉換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的一種調節方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。
雙恒壓無塔供水系統PLC的應用特點
(1) 可靠性高，抗干擾能力強
高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統將極高的可靠性。
(2) 配套齊全，功能完善，適用性強
發展到今天，已經形成了各種規模的系列化產品，可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。
(3) 易學易用，深受工程技術人員歡迎
PLC是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業控制打開了方便之門。
(4) 系統的設計，工作量小，維護方便，容易改造
PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設備經過改變程序而改變生產過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產場合。
5． PLC應用中需要注意的問題
PLC是一種用于工業生產自動化控制的設備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業環境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強，但當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行，要提高PLC控制系統可靠性，一方面要求PLC生產廠家提高設備的抗干擾能力；另一方面，要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統的抗干擾性能。
雙恒壓無塔供水系統工藝過程及控制要求
(一)系統工藝流程
隨著社會的發展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質量，不要因為壓力的波動造成供水障礙；另一方面要求保證供水的可靠性和安全性，在發生火災時能夠可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統應運而生，這就是PLC 控制的恒壓無塔供水系統。恒壓供水包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制—既雙恒壓系統。恒壓供水保證了供水的質量，以PLC 為主機的控制系統豐富了系統的控制功能，提高了系統的可靠性。
下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統為例來說明其工藝過程。如圖2-1所示，市網來水用高低水位控制器EQ 來控制注水閥YV1，它們自動把水注滿儲水水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低位信號也直接送給PLC，作為低水位報警用。為了保證水的連續性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥YV2 處于失電狀態，關閉消防管網，三臺泵根據生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行，使生活供水在恒壓狀態（生活用水低恒壓值）下進行；當有水災發生時，電磁閥YV2 得電，關閉生活用水管網，三臺泵供消防用水使用，并根據用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態（消防用水高壓恒壓值）下進行。火災結束后，三臺再改為生活供水使用。
(二)系統控制要求
對三泵生活/消防雙供水系統的基本要求是：
1)生活供水時，系統應低恒壓值運行，消防供水時系統應高恒壓值運行。
2)三臺泵根據恒壓的需要，采用“先開先停”的原則接入和退出在用水量小的情況下，如果一臺泵連續運行時間超過3h，則要切換到下一臺泵，即系統具有“倒泵功能”，避免一臺泵工作時間過長。
3)三臺泵在啟動時要有軟啟動功能。
4)要有完善的報警功能。
5)對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。
(二)PLC的選型
從上面分析可以知道，系統共有開關量輸入點6 個、開關量輸出點12 個；模擬量輸入點一個、模擬量輸出點1 個。如果選用CPU224PLC，也需要擴展單元；如果選用CPU226PLC，則價格較高，浪費較大。參考西門子S7—200 產品目錄及市場實際價格，選用主機為CPU222一臺，加上一臺擴展模塊EM222，再擴展一個模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經濟的。整個PLC 系統的配置如圖3-1所示:
雙恒壓無塔供水系統軟件設計
本程序分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。邏輯運算及報警處理等放在主程序。系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可節省掃描時間。利用定時器中斷功能實現PID 控制的定時采樣及輸出控制。生活供水時系統設定值為滿量程的70%，消防供水時系統設定值為滿量程的90%。在本系統中，只是用比例（P）和積分（I）控制，其回路增益和時間常數可通過工程計算初步確定但還需要進一步調整以達到最優控制效果。
本文由恒壓供水系統原理、恒壓供水系統的電氣實現、系統的硬件選型、系統的硬件電路設計和軟件電路設計等，本設計一共包含四大章設計內容，其主體是由變頻技術、壓差—恒壓自動轉換技術，是現階段水處理行業較為先進的供水方法。本系統與現在普通供水系統相比，具有簡單經濟、控制方便、節能降耗的優點。
首先，普通供水系統只能單純手動控制電機的啟動和切換，這樣在電機啟動時會產生很大的啟動電流，長此以往對電機壽命有很大損害，而且在供水時一直按工頻全速運轉效率低、能耗大。而本系統可根據實際壓力變化自動調整變頻器頻率，從而改變電機轉速，減少了能量的消耗。
其次，普通恒壓供水在用水量變化較大時有高效、節能的優點，但在用水量很小的情況下，如晚上，變頻器工作在出水頻率附近時耗電量增大。而本系統通過壓差—恒壓自動轉換技術和微泄露補償技術解決了這個難題。
再次，本設計運行維護簡單方便，對于操作人員不要求具備專業的水處理知識，只根據操作說明書和操作規程就可以對整個水廠進行操作管理，因此，采用此設計建設的水廠適應性強，在現階段很受客戶的歡迎。這種水處理技術未來發展前景很大，它的供水方式和控制方式都符合供水發展方向，是現代人們生活所要求的并且前景光明。
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