自来水加压站PLC控制恒压供水系统

1、.自来水加压站PLC控制恒压供水系统竺时隽杭州通灵自动化系统有限公司 营销二区摘 要 本文介绍了以三菱电机FX2N-128MR PLC和FR-F540变频器为现场终端的无线恒压供水系统的组成、功能。并对PLC与无线Modem接口、变频器驱动电路及PLC软件设计方法进了分析与说明，给出了部分程序流程图及系统应用领域。着重说明了该系统的操作原理和恒压供水的设计方法。 关键词 PLC 变频器具 控制 供水系统一、引言    恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的，例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时缺水时，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备

2、损坏。又如当发生火警时，若供水压力不足或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。所以某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。    在旧加压设备中，恒压供水一般采用起动或停止加压站的水泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用接触器控制线路，这种系统线路复杂，维护困难，操作麻烦，工人要24小时值班看守，劳动强度大。所以有必要对之进行改造，提高自动化水平。    这次对自来水加压站快速起动恒压供水监控系统的改造，采用三菱电机FX2N-128MR 可编程序控制器（PLC）进行控制，并采用变频器控制增压泵，上位机

3、通过无线电台实施了微机远程实时监控，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、流量、水位、电压、电流等），控制增压泵的开停及转速，监视增压泵的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的安全生产、科学调度、节能有着重要的意义。本系统还设有多种保护，如水压超限报警、阀门故障报警、水位超限报警并处理、水泵电机电流过流报警并处理等。二、系统结构及控制要求    恒压供水系统由主供水回路、备用回路、2个清水池及泵房组成，如图1。其中泵房装有1# 6#共6台150kW增压泵。另外还有多个（V1 V23）电动闸阀控制各供水回路和水流量。要

4、求该恒压供水系统具有如下基本操作功能。（1）当市政自来水压力高于设定压力21.56×104Pa时，直接由市自来水供水。（2）当市自来水低于设定压力，但不低于下压力7.84×104Pa时，采用直抽水加压供水方案。即逐步起动2台泵机向管网充压。当检测到市自来水高于设定压力时，再转换成市自来水直接供水。（3）当自来水压力持续低于2.94× 104Pa或出现确切负压信号时，应立即转换成抽池水加压，但此时应保证水池水位高于最低限水位的条件。（4）当采用直抽水或抽池水加压供水时，应能自动调节其总出口水压为给定值，调节误差小于等于± 5%。三、PLC控制系统 

5、;   恒压供水系统的检测点以及控制量较多，是一个规模较大的测控系统。根据其特点，选用了三菱电机FX2N-128MR可编程序控制器作为主机单元。2个FX2N-32ER扩展单元，7个FX2N-4AD模拟量输入单元，1个RS-485-DB通讯板以便远程监控，共用27个模拟输入通道，192个数字量点其中输入输出各96个。该控制器与其它可编程序控制器相比，具有体积小、功能强、速度快、易扩展等特点，非常适合现场监控，可根据实际需要灵活扩展，使用方便；容量大，程序量只受扫描周期限制，而扫描周期可在一定范围内自行更改；具有A/D、D/A、脉冲输出、位置控制等高级单元，另外还有一些特殊的功

6、能。    恒压供水PLC系统的结构如图1虚框内所示。系统包括一个主机单元、一个上位机通讯单元，还有I/O扩展单元和A/D扩展单元。上位机采用研华工控机ABB公司组态软件，上位机通过无线Modem接口通讯。工控机对整个系统进行监控，显示器显示了整个加压系统结构、各个阀门与水泵的实时状态、读出各个水压及流量、阀门的开度、水池水位等参数，并有各种报警实时显示参数打印和故障记录。     图1 恒压供水PLC系统结构图四、无线通信系统监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动子站，该系统采用无线电管理委员

7、会给定的数据频率，以点对点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，子站为定向天线。 FX2N-128MR PLC基本单元安装一个FX2N 485-BD接口，为了与无线信道的数传机（电源、Modem、进口电台三者合一,不用拨号）相连，专门采用了RS-485接口的专用Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上完全独立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两处方法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem必须智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生

8、信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。为提高系统的可靠性，将现场终端、数传机、PLC、直流稳压电源及部分变送器装于一个控制柜内，6个变频器分别装于6个控制柜内，各部分相对独立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间采用光电隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地，并在天线上加装避雷器，以防雷击。 五、变频器驱动系统 该系统由6台三菱

9、电机FR-A540L-160K变频器驱动6台水泵工作，该变频器采用先进的磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达1:120(0.5-60Hz)，精度高、功能强。将变频器自带的RS485接口接到RS485通讯总线上，可以对变频器的工作状态进行监测（电流、电压、频率、转速、压力等）也可以控制变频器的各类参数，且不占用PLC的I/O口。由于采用了变频器该系统中具有以下功能：1、自动切换变频/工频运行功能基本工作方式。变频器始终固定驱动一台泵。当变频器的输出频率达到最大频率时切换为工频运行、由此控制增减工频运行泵的台数。2、PID的调节功能由于要求控制精度较高，故采用压力传感器反馈的水压信号

10、(4-20MA)直接送入PLC的A/D模块(可以通过手持编程器)，设定给定压力值，PID参数值，并通过PLC内置PID指令计算以求得较准确的参数控制变频器对增压泵完成控制，系统参数在实际运行中调整，使系统控制响应趋于完整。3、“休眠”功能系统运行时经常会遇到用户用水量较小或不用水(如夜晚)情况，为了节能，该系统专用设置了可以使水泵暂停工作的“休眠”功能，当变频器频率输出低于其下限时，变频器停止工作，水泵停止(处于休眠状态)。当水压继续升高时将停止1泵，当水压下降到一定值时将顺序启动变频器运转，当频率到达一定值后通过PLC内置PID指令运算后控制变频器频率从而控制水泵的转速。· “休眠

11、值”变频器输出的下限频率PR507设置。 · “休眠确认时间”用参数PR506设置，当变频器的输出频率低于休眠值的时间如小于休眠时间td时，即tdtn时变频器继续工作，当tdtn时变频器将进入休眠状态。 · “唤醒值”由供水压力下限启动，当供水压力低于下限值时由PLC发出指令唤醒变频器工作。 经测试“休眠值”为10HZ；“休眠确认时间”td:20s；“唤醒值”70%此外该系统还具有手动/自动操作，故障报警，运行状态，电流，电压、频率状态显示缺水保护等功能。六、 PLC的软件设计 PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控

12、制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。 1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。 2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。 3、累计运行时间子程序：对水泵等设备的运行时间进行累计。 4、脉冲量累计子程序：对电耗、流量、仪表的输出脉冲进行累计，并进行标度变换。 5、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。 6、置初值子程序：由监控中心对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。 7、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监

13、控中心。 8、控制子程序：根据监控中心的命令，或现场自控条件输出相应的操作。 9、通讯子程序：完成与监控中心、变频器的各种通信功能。 软件流程见图2 ，其中通讯程序中，接收命令采用中断处理，通过指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的超时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由内部定时器确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异步或双重校验措施。七、结论本次对PLC恒压供水监控系统的改造已成功地应用于某厂，运行结果表明，该系统完全满足其设计要求，具有操作方便、可靠性强、数据完整、监控及时、电机起动对电网干扰小、省电等突出优点，并大大地减轻了操作工人的劳动强度、缩短了操作时间，受到了操作人员、维护人员、管理人员的好评。该监控系统的成功改造，也为类似系统的旧设备改造提供了可取的经验。八、参考文献1、 三菱微型可编程控制器 使用手册 Y992D69401A MITSUBISHI ELECTRIC CO