PLC监控系统在自来水厂的应用

【摘要】随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善,在自来水厂中应用越来越广泛。本文介绍了PLC系统在泵房的应用,探讨了变频技术和PLC的结合应用，分析了自来水厂的节能降耗技术。

【关键词】PLC 监控 水厂

中图分类号： X924.3 文献标识码： A 文章编号：

前言

PLC(可编程控制器)是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类机械和生产过程。可编程控制器及其有关设备，都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

一、PLC系统在泵房的应用

针对供水管网的工艺要求和水泵启停的控制要求，为送水泵房的PLC编制了采样、报警、PID控制、电机和出水阀门的联动控制、增压水泵控制、轴流风机控制等子程序。由于结构化编程的方法，具有程序结构层次清晰、部分程序通用化和标准化、简化程序调试的优点，所以这里采用该方法编制控制程序。在各子程序的编制中，采用顺序功能图语言S7 Graph，以功能块(FB)的形式被主程序OB1调用，这样软件执行流程符合控制流程描述，软件上简单清晰，不易出错。各子程序简要介绍如下：

1、采样子程序

由于余氯仪没有提供数据通信，只提供模拟量输出，以及温度传感器都采用PT100铂电阻，因此要将模拟量输人存储到数据块，可以简化读取模拟量输入过程。

2、报警子程序

当测量值大于上限值或小于下限值时，分别置位上限或下限报警标志。

3、开泵和出水阀门联动程序

为满足管网运行的要求和开泵操作规程，要对电机和阀门电动装置进行联动控制。

4、停泵和出水阀门联动程序

为满足管网运行的要求和停泵操作规程，要对电机和阀门电动装置进行联动控制。

5、PID控制子程序

对于恒压供水，采用通用PID控制功能块FB41，其由比例运算、积分运算和微分运算3部分并联，可以单独激活或取消，具有积分初始化、手自动无扰切换等一系列功能。根据系统响应情况，现场调试先将P参数由大向小调，以能达到最快响应又无超调(或无大的超调)为最佳参数，最后尸值取20％ ；再将I参数也是由大往小调观察系统响应以能达到快速消除误差，达到给定值，又不引起振荡为准，最后积分值I取300 s。管网供水压力的动态指标要求不是很高，且为保证压力的稳定性，取消微分环节。

6、轴流通风机的自动控制

根据泵房的温度自动开启对应机泵位的轴流通风机。

7、排污泵和自动引水装置的监控报警

根据排污泵和引水装置上传的故障信号来报警，提醒操作人员。

二、变频技术在供水系统中的应用

变频调速技术是根据电机转速和工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美。因此，变频调速是交流异步电机一种比较合理和理想的调速方法。在水处理行业中，随着季节、时段的不同，用户用水的需求量也有很大的不同，晚上和夏天一般用水量较大，为用水高峰期，所以一般都有用水量变化较大的问题。因此供水系统的供水压力需根据用户用水需求量来变化。在调节过程中，就需采用自动控制水泵机组的运行来节省供水能力损耗，从而达到节能的效果。变频调速技术在水处理行业中有着广泛的应用，它具有很高的节电效率，能节省冗余设计而浪费的电能，是一种有效地节省能量和降低能耗的技术。变频调速的功率因素和调速精度都很高，它在应用中能改善生产条件且能满足生产的要求，这样就降低了设备的损耗，也能使机械磨损和噪音减少，从而是产品质量和产量提高。变频器就是实现变频调速的重要设备，它主要是通过改变频率来调整电机的转速。变频器是一种可靠性很高且具有很广的调速范围的设备，它的操作和维护都比较方便，有很明显的节电效果，现在广泛应用于水处理行业中。

三、恒压变量供水系统

1、恒压变量供水系统的工作原理

恒压变量供水系统是一个闭环控制系统，它主要由控制器(如PLC)、变频器、水泵和压力变送器组成，根据出厂水压力的变化，通过控制器(如PLC)来控制变频器调整转速(即供水流量)来保证供水压力不变。恒压变量供水方式首先根据水厂供水的实际情况预先设置一个恒定的供水管网出水口初始压力值，在供水管网的出水口安装一个压力变送器，将压力变送器采集过来的实时压力数据与设置的初始值相比较，由PLC等控制器来控制变频器调节水泵的频率和运行台数，最终达到节能的目的。此过程保证在满足用户用水压力的同时又可避免设置的压力过高影响供水的经济性，即达到了供水要求又可节省电耗。这个过程中，供水管网的初始压力值始终恒定保持不变。

2、恒压变量供水系统的工作过程

假设供水系统采用PLC作为控制器，且有3台水泵可以控制使用。当用户用水量处于很大的状态时，此时供水管网的实际压力与设定压力相比较小，PLC将控制变频器来调节1号泵的转速来提高管网压力；如果此时压力还不能满足要求，则使1号泵在工频下开始工作，PLC调节变频器开始使2号泵变频运行；若此时两台泵运行仍然不能使压力满足要求，就让1号和2号泵同时在工频下运行，此时PLC调节变频器使3号泵变频运行。依照这个方法，使用PLC来合理调节水泵的运行情况来使水泵提供的压力值和供水管网的设定值一致。然而当用户用水量很小时，则供水管网的实际压力比设定压力大，此时按照上述方法相反的过程来控制调节。

四、节能降耗方面的探讨

采用变频调速进行节能的主要节能方式有：变频节能、功率因素补偿节能、软启动节能等。

1、变频节能

由流体力学可知，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，而P(功率)=Q(流量)×H(压力)，则功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P则以立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。

2、功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低，导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSΦ，Q=S×SINΦ，其中S一视在功率，P一有功功率，Q一无功功率，COSΦ—功率因数，可知COSΦ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0．6—0．7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSΦ-1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

3、软启动节能

由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于4—7倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

结论

事实证明，PLC的功能很好地满足了近90％的工业控制需要。PLC硬件和软件的形态，随着微电子技术和IT的发展而不断改进．利用PLC来实现保护和故障诊断系统，可减少故障率，提高可靠性。在应用上方便灵活,价格便宜，运行可靠，有利于保护和故障诊断、实施及维护。

【参考文献】

[1] 潘彬. PLC控制在自来水生产中的应用[J]. 城镇供水. 2012 (06)

[2] 郭玮,刘鵾,康伟. 关于对PLC控制系统的理解和防干扰问题的探究[J]. 信息系统工程. 2012 (09)