1440-TPS02-01RB

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：祖巧麗

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1. 引言

恒壓供水系統(tǒng)對于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時缺水時，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時使產(chǎn)品報廢和設(shè)備損壞。又如當發(fā)生火警時，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以某些用水區(qū)采用恒壓供水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟和社會意義。

在舊加壓設(shè)備中，恒壓供水一般采用起動或停止加壓站的水泵和調(diào)節(jié)出口閥開度來實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)是采用繼電接觸器控制線路，這種系統(tǒng)線路復(fù)雜，維護困難，操作麻煩，工人要24小時值班看守，勞動強度大。所以有必要對之進行改造，提高自動化水平。

本文介紹的用于某自來水加壓站快速起動恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，采用松下電工生產(chǎn)的FP₃型可編程序控制器（PLC）進行控制，用研華工控機進行監(jiān)控，自動化程度高，整個工作程序自動完成，能清楚地顯示各個設(shè)備的實時狀態(tài)，并自動調(diào)節(jié)水壓。

本系統(tǒng)還設(shè)有多種保護，如水壓超限報警、閥門故障報警、水位超限報警并處理、水泵電機電流過流報警并處理等。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制要求

恒壓供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、2個清水池及泵房組成，如圖1所示。

其中泵房裝有1^# ~ 6^#共6臺150kW泵機。另外還有多個（V₁ ~ V₂₃）電動閘閥控制各供水回路和水流量。

要求該恒壓供水系統(tǒng)具有如下基本操作功能。

（1） 當市政自來水壓力高于設(shè)定壓力21.56×10⁴Pa時，直接由市自來水供水

（2） 當市自來水低于設(shè)定壓力，但不低于下壓力7.84×10⁴Pa時，采用直抽水加壓供水方案。即逐步起動2臺泵機向管網(wǎng)充壓。當檢測到市自來水高于設(shè)定壓力時，再轉(zhuǎn)換成市自來水直接供水。

（3） 當自來水壓力持續(xù)低于2.94× 10⁴Pa或出現(xiàn)確切負壓信號時，應(yīng)立即轉(zhuǎn)換成抽池水加壓，但此時應(yīng)保證水池水位高于zui低限水位的條件。

（4） 當采用直抽水或抽池水加壓供水時，應(yīng)能自動調(diào)節(jié)其總出口水壓為給定值，調(diào)節(jié)誤差小于等于± 10%。

3. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

恒壓供水系統(tǒng)的檢測點以及控制量較多，是一個規(guī)模較大的測控系統(tǒng)。根據(jù)其特點，我們選用了松下電工的FP₃可編程序控制器作為控制裝置。該控制器與其它可編程序控制器相比，具有一些明顯的優(yōu)點，如FP₃采用了模塊化設(shè)計，可根據(jù)實際需要靈活組裝，使用方便，I/O分配采用自由編程方式；容量大，程序量只受掃描周期限制，而掃描周期可在一定范圍內(nèi)自行更改；具有A/D、D/A、脈沖輸出、位置控制等高級單元，可實現(xiàn)“共享存儲器”；另外還有一些特殊的功能。

恒壓供水PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1虛框內(nèi)所示。系統(tǒng)包括一個電源單元、一個CPU單元、一個上位機聯(lián)結(jié)單元，還有I/O 單元和A/D單元。上位機采用研華工控機ABB公司組態(tài)軟件，上位機聯(lián)結(jié)單元通過C?/FONT>NET適配器與之通訊。工控機對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控，顯示器顯示了整個加壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各個閥門與水泵的實時狀態(tài)、讀出各個水壓及流量、閥門的開度、水池水位等參數(shù)，并有各種報警實時顯示和故障記錄。

系統(tǒng)既有模擬量輸入，也有開關(guān)量輸入。模擬量通過A/D模塊輸入，共27個通道。I/O各有96個點。

4. PLC的軟件設(shè)計

根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時監(jiān)控市自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，或是采用直抽水充壓方案還是采用抽水池水充壓的方案?？刂葡到y(tǒng)的程序較復(fù)雜。

在控制過程中，供水口的水壓自動調(diào)節(jié)是一個重要和較有特色的設(shè)計部分之一，在此著重介紹實現(xiàn)自動恒壓功能的軟件設(shè)計。

由于供水系統(tǒng)管道長、管徑大，閥門的開、關(guān)、管網(wǎng)充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個大滯后系統(tǒng)。同時因為是在舊設(shè)備的基礎(chǔ)上進行改造，要利用現(xiàn)有的設(shè)備，故并未采用調(diào)速調(diào)壓，而是采用下述多種方法對水壓進行調(diào)節(jié)。首先采用分段調(diào)節(jié)法，把水壓偏差分為四段，即10%、20%、30%、40%，當檢測到偏差較小時，輸出的控制量（蝶閥的增量）較小，且操作周期亦較大；當偏差較大時，則輸出的控制量較大而操作周期較小，使其快速減小偏差而又避免過大超調(diào)。另外，在偏差小于等于±10%時，再加上模糊控制，根據(jù)D e_k=e_k-e_k-1的值來確定是否調(diào)節(jié)蝶閥開度，使誤差進一步減少，保證其小于等于± 10%的誤差要求。當調(diào)節(jié)閥門開度仍不能使偏差進入允許范圍時，用起動或停止1臺或1臺以上水泵的方法來調(diào)節(jié)水壓。通過這樣多種調(diào)節(jié)水壓方法相結(jié)合，可使出水口水壓得到滿意的調(diào)節(jié)效果。

自動調(diào)壓子程序框圖如圖2所示。

AEG MODICON 115V .3A 50/60Hz POWER SUPPLY 110CPU31101

ACOPIAN REGULATED POWER SUPPLY VA24MT

NUMATICS FILTER F32D-04 W/ R32R-04

LAMBDA JWS50-24/A 100-240 VAC 50/60 HERTZ POWER SUPPLY, NIB

GENERAL ELECTRIC POWER SUPPLY BOARD F31X111PSHAFG1 FR00/0 / 531X111PSHAGG1

HONEYWELL POWER SUPPLY UNIT 46182895-001

MURR ELEKTRONIK 24V 50A DC POWER SUPPLY 85798 MDG 50-208-520/24V DC/50A

EGS SOLO HEVI-DUTY 24 VDC/2.5A POWER SUPPLY SDN 2.5-24-100P

RELIANCE ELECTRIC RECTIFIER POWER CUBE 701819-19AW

NUMATICS 110-120V 50-60HZ .12AMPS 150PSIG-AIR SOLENOID VALVE 153SS415K00003

ACOPIAN 24VDC REGULATED DC POWER SUPPLY VA24MT210

CONDOR D.C POWER SUPPLIES INC. 02-32281-0001 REV F CIRCUIT BOARD

MODICON 115V 60HZ POWER SUPPLY P420

YASKAWA * POWER BOARD REV.D13 * JANCD-MTV01

DEEMS*10/250V POWER SUPPLY UNIT PSU-C/150

IAI 24 VDC POWER SUPPLY PS-241

FANUC ROBOTICS POWER SUPPLY BOARD A16B-1212-0470

USHIO HALOGEN PROJECTOR LAMP BULB JCR 9.5V 55W NIB

GENERAL ELECTRIC MFC/POWER SUPPLY CARD F31X111PSHARG1 / 531X121PSHASG1

FANUC ANALOG INPUT MODULE AD04A A03B-0801-C052 CONTACT SCREW MISSING

TOWER ELECTRONICS 100-240V 0.8A 50/60HZ VIDEOJET DC POWER SUPPLY, 100-0470

ALLEN BRADLEY SLC 500 13 SLOT RACK 1746-A13 SER. B W/ POWER SUPPLY 1746-PS SER 

APPLETON 3/4" UNILET APP FSC-1-75 NIB

SOLA POWER SUPPLY 115/230VAC 50-60HZ SDN 4-24-100

POWER-ONE POWER SUPPLY NIB HB5-3/0VP-A

ADVANCE TRANSFORMER MARK III ENERGY SAVER SLIMLINE BALLAST V-2E75-S-2-TP

APPLETON 3/4" MALL IRON FS-FD CD 2GA CONDUIT FSC-2-75 NIB

EUPEC INFINEON THYRISTOR T548N18 TOF 3M4

FUJI ELECTRIC 4N26 2D1150A-50 POWER MODULE EVM31-050A

EGS HEVI-DUTY 240/480V 60Hz 1PH 3.0kVa TRAMSFORMER HS5F3AS

SIERRACIN 5A12A DC POWER SUPPLY REPAIRED

MATSUSHITA 5VDC 20A POWER SUPPLY ETU-5G200L2 104500

TOGI * TERMINAL BLOCK * PCN-4F40

ALLEN BRADLEY MINI-PLC-2/17 PROCESSOR W/POWER SUPPLY 1772-LWP D

STANDARD POWER SPS 15-5 POWER SUPPLY

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