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PLC控制技術在水塔水箱自動供水系統(tǒng)中的應用

1 引言

      水塔水箱自動供水系統(tǒng)在各行各業(yè)的生產(chǎn)和生活中都起著至關重要的作用。如何保證供水系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運行是很多行業(yè)都很關注的問題。把先進的plc控制技術和變頻技術等自動化控制技術應用到供水領域，成為對供水系統(tǒng)的要求。

      在水塔水箱自動供水系統(tǒng)中，如果用戶用水量需要變化時，利用改變閥門開度變化傳統(tǒng)的調(diào)整方法，會造成供水壓力不足或過大情況，容易造成資源浪費和產(chǎn)生安全隱患。因此，在一些用水量變化大、水壓控制高且流量完全由用戶確定的供水系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術則顯得尤為重要。

2 水塔水箱自動供水系統(tǒng)工作原理

      水塔水箱自動供水系統(tǒng)就是變頻調(diào)速技術在供水中的應用，其采用pid調(diào)節(jié)技術，使供水壓力恒定在一個設定范圍，其具有恒水壓力波動小，節(jié)能效果明顯。實驗中采用循環(huán)軟啟方式。

      它的工作原理是：當變頻泵運行到工頻50hz時，此時的實際供水壓力若還沒有達到設定的供水壓力，不是直接啟動另外一臺水泵，而是將當前以變頻運行的水泵直接切換到工頻方式運行，而以變頻方式啟動另外一臺水泵，以達到維持系統(tǒng)壓力的目的。在切換水泵時，按照先啟先停的方式進行。這樣的好處是機組中的每一臺水泵在工作中都可以被使用到。

      在水塔水箱自動供水系統(tǒng)運行過程中，將供水管網(wǎng)實際壓力與設定壓力比較，將得到的壓力差經(jīng)過pid控制器計算與轉(zhuǎn)換，得到變頻器輸出頻率的變化值后，調(diào)節(jié)水泵機組的運行方式和運行速度，最終使實際供水壓力與設定壓力值相等。

3 水塔水箱自動供水系統(tǒng)硬件設計

      水塔水箱自動供水系統(tǒng)由水箱、管路、閥門和水泵機組、電氣操作系統(tǒng)和各種傳感器、儀表等組成。電氣操作系統(tǒng)由plc、變頻器(mm440)、小型斷路器、交流接觸器、熱繼電器、直流電源、小型電磁繼電器以及各種指示燈和主令器件組成；傳感器和儀表包括溫度傳感器、壓力傳感器、電壓變送器、電流變送器、功率變送器等。

      在此水塔水箱自動供水系統(tǒng)中，傳感器將供水管中的壓力轉(zhuǎn)換成電量信號后，傳送到plc的特殊功能模塊，進行數(shù)據(jù)處理后傳給變頻器控制電動機。變頻器是這個系統(tǒng)中的核心器件，通過plc對變頻器的控制，就可以改變供水管中的壓力，實現(xiàn)恒壓供水的要求。plc將模擬量輸入、輸出模塊經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行pid運算，然后將計算值輸出變頻器，變頻器根據(jù)輸入的模擬量，改變輸出的電壓及頻率，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變管內(nèi)壓力值。 

根據(jù)控制要求，水泵機組由四臺水泵組成。第一臺水泵變壓不足時，將第一臺水泵切入工頻運行，再投入第二臺變頻泵第四臺水泵啟動。停泵時先停第一臺工頻泵，再停第二臺工頻先開先停。

4 水塔水箱自動供水系統(tǒng)軟件設計

4.1程序模塊設計

      軟件系統(tǒng)設計基于windows平臺的32位編程軟件包step-7 micro win，采用模塊化設計方法，主程序的流程圖如圖3所示。

      除主程序的流程以外，程序模塊設計還涉及到定時器t0初始化程序、中斷服務程序、故障報警子程序等相應的模塊。

4.2組態(tài)軟件

      本系統(tǒng)我們采用wincc組態(tài)軟件[6]。wincc是一個工控系統(tǒng)中的一個電腦控制組態(tài)軟件，它他可以和plc通訊，可以點擊組態(tài)中的按鈕來操作一些設備的運行或停止；plc是可編程控制器[7]，可以利用自己的程序來控制一些設備的運行順序和狀態(tài)，是工業(yè)中必不可少的一種控制方式。

因組態(tài)軟件不能直接讀取aiw通道中的數(shù)據(jù)，所以運用step7中的傳送指令，將aiw通道中的數(shù)據(jù)傳送到變量存儲區(qū)中，以便組態(tài)軟件從中讀取數(shù)據(jù)。

4.3wincc與s7-200plc的通信

      wincc與s7-200系列plc的通信，可以采用ppi和profibus兩種協(xié)議之一進行。通過profibus協(xié)議進行wincc與s7-200系列plc通信的實現(xiàn),需要以下幾點：

(1)軟硬件要求

      pc機，windows98操作系統(tǒng)；s7-200系列plc；cp5412板卡或者其他同類板卡，如：cp5613，cp5611；em277 profibus dp模塊；profibus電纜及接頭；安裝cp5412板卡的驅(qū)動；安裝wincc 4.0或以上版本；安裝com profibus軟件。

(2)組態(tài)

      首先，打開simatic net\com profibus，重新建立一個組態(tài)，主站為softnet-dp，從站是em277 profibus-dp。

(3)設置pg/pc interface

      在設置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。

(4)wincc的設置

      在wincc變量管理器中添加一個新的驅(qū)動程序，新的驅(qū)動程序選擇profibus dp.chn，設定參數(shù)。

(5)建立變量

      wincc中的變量類型有in和out。in和out是相對于主站來說的，即in表示wincc從s7-200系列plc讀入數(shù)據(jù)，out表示wincc向s7-200系列plc寫出數(shù)據(jù)。in和out與數(shù)據(jù)存儲區(qū)v區(qū)對應。

(6)優(yōu)缺點

      優(yōu)點：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴展，實時性好；

      缺點：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限(最大64字節(jié))，在plc中也必須進行相應的處理，且硬件成本高，需要profibus總線等硬件，還需要com profibus軟件。

      應用場合：適用于要求高速數(shù)據(jù)通信和實時性要求高的系統(tǒng)。 

5 結(jié)束語

      文中介紹的新型供水方式不論在設備的投資運行的經(jīng)濟性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，自動化程序等方面，都是具有無法替代的優(yōu)勢，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前，該水塔水箱自動供水系統(tǒng)正向著高可靠性、全數(shù)字化微機控制、多品種的方向發(fā)展，而追求高度智能化、系列化、標準化將成為必然趨勢。