引言

    隨著社會的發(fā)展與進步，城市高層建筑供水問題日益突出，一方面要求提高供水質量，不能因壓力的波動造成供水障礙，另一方面要求保證供水的安全性及可靠性。而傳統(tǒng)的水塔供水方式暴露了很多缺點：用水高低峰的不平衡，管道閥門易損壞，維修保養(yǎng)費用過高，水的二次污染等等。為此，筆者結合某礦務局商住樓生活供水系統(tǒng)設計，提出基于PLC和HMI的變頻恒壓供水系統(tǒng)，實現(xiàn)該礦務局商住樓恒壓供水和節(jié)能的環(huán)保要求。

1 系統(tǒng)總體方案設計

     該商住樓地上共10層，一層為商鋪，地下l層，給水泵房及機械停車庫皆位于負一層，建筑高度35米。地下1層(低區(qū))由市政管網直接供水，3層～10層(中區(qū))由生活泵房的變頻調速恒壓給水沒備供水。

中區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)由一臺PLC、一臺帶內置PID控制器的變頻器、壓力傳感器、水泵機組、儲水罐、儲能罐等組成。恒壓供水控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 恒壓供水控制系統(tǒng)原理圖

    圖1中水泵機組采用兩臺水泵運行的方式；一臺是主泵，另一臺是備用泵。兩泵用一臺變頻器控制交替工作，蔭臺水泵都能軟啟動和軟停止。這樣不僅可以減少水壓對管道的沖擊，還能夠改善水錘效應，避免設備的損壞，同時加裝儲能罐以消除水錘效應。

    工作中由壓力傳感器檢測實際的出水管壓力，壓力傳感器把檢測到的壓力信號變成模擬信號(電壓或電流信號，本系統(tǒng)采用電壓信號)，并把該信號送給變頻器，由變頻器中的PID運算。PLC根據壓力的情況控制變頻器提速或降速(由變頻器的多段速控制)。當用水量小時，變頻器控制一臺水泵在低速下運行；當用水量大時，變頻器控制水泵在高速下運行；當用水量極大或發(fā)生火災及其他需要人量用水時，由PLC控制兩臺水泵同時啟動，以保證壓力的穩(wěn)定。為了延長水泵的使用壽命，讓兩臺水泵每4小時循環(huán)工作，以避免水泵長時間不用而生銹。另外儲水罐的進水管和出水管除了有電動閥門還有手動閥門，防止電動閥門出現(xiàn)故障時影響供水。系統(tǒng)中增加了人機界面HMI，在人機界面里能顯示系統(tǒng)的故障、運行狀態(tài)及參數(shù)的設置，同時可以向導式的對系統(tǒng)進行操作，使得系統(tǒng)控制更加方便明了(恒壓供水系統(tǒng)主電路單元、控制回路單元及人機界面單元等圖略，若有需求，可向筆者索?。?。

2 硬件系統(tǒng)設計

2.1 主機PLC的選擇與設計

    本系統(tǒng)所需的I／O點數(shù)為28點輸入，23點輸出，從控制系統(tǒng)功能和信價比考慮，選擇PLC為三菱Ⅸ2N一64MR。該型號PLC有32點輸入，32點輸出，滿足本系統(tǒng)的要求，PLC端子接線圖如圖2所示(I／O地址分配表略，若有需求，可向筆者索取)。

圖2 PLC端子接線圖

2.2 變頻器選擇

    經計算，中區(qū)供水設計流量50m’／}l，泵揚程48米。根據計算參數(shù)，選擇離心式水泵ISG 80—50—200(2臺)，配帶電動機的型號為Y160M2—2，功率為15 KW(2臺)；據此選變頻器為HLP—P風機／水泵專用變頻器，型號為HLP—P18D543B，功率18．5KW。該變頻器具有高輸出轉速和強的抗干擾能力，有PID控制與上、下限控制兩種控制方式，具有一拖六功能，可實現(xiàn)變頻、工頻的自動切換，具有自動穩(wěn)壓和節(jié)能運行等功能，變頻器壓力反饋PID控制方框圖如圖3所示瞄圳(端子接線圖略，若有需求，可向筆者索取)。

    從圖3中可知，通過來自遠端壓力表的反饋值與設定值的比較，經變頻器PID控制時的輸出頻率限制設定的百分比，一次延時使系統(tǒng)的震蕩減緩，實現(xiàn)平穩(wěn)的控制輸出。

圖3 力反饋PID控制方框圖

2.3 壓力傳感器選擇

    選用的傳感器為：MD—W恒壓供水壓力傳感器，該傳感器是專門為變頻恒壓供水系統(tǒng)而設計的傳感器，采用抗變頻干擾電路，保證輸出信號的穩(wěn)定性。

2.4 人機界面的選擇

    選用的HMI是Eview公司的MD204L，MD204L是一個小型的人機界面，操作人員可通過編程軟件TP200在計算機上面制作畫面，自由輸入漢字及PLC地址并使用串行通訊下載畫面，實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示、報警及人機操作等功能(其他低壓元器件選型及規(guī)格型號略，若有需求，可向筆者索取)。

3 軟件系統(tǒng)設計

3.1 控制系統(tǒng)流程圖設計(如圖4所示)

圖4 恒壓供水系統(tǒng)流程圖

3.2 PLC程序設計

    控制系統(tǒng)的軟件設計是整個PLC電氣控制部分設計的核心，根據控制要求，確定控制的操作方式，應完成的動作，以及必須的保護和連鎖，還要確定所有的控制參數(shù)本程序分為主程序和子程序兩部分，在主程序中主要完成系統(tǒng)的初始化及模式的選擇。系統(tǒng)的初始化主要包括變頻器、人機界面、PLC、水位、閥門及多段速的初始速度等的初始化。當初始化結束后進入自動／手動模式的選擇。當選擇了自動模式，程序將自動調用自動模式的子程序，當系統(tǒng)啟動按鈕按下時，系統(tǒng)進入自動運行模式。在自動模式下，A泵先啟動運行，四個小時后自動切換到B泵運行，B泵運行四個小時后，再次切換到A泵循環(huán)運行。手動模式主要用于設備的調試，當選擇了手動模式，程序將自動調用手動模式的子程序。在手動模式下，A1閥、A2閥、B1閥、B2，閥、A泵及B泵都能單獨的點動運行。當選擇A(B)閥運行，程序將自動調用A(B)閥子程序，如果在A(B)閥子程序中選擇Al(B1)閥或A2(B2)閥運行，程序將自動調用A1(B1)閥或A2(B2)閥的子程序。開始A1(B1)閥或A2(B2)閥的點動運行。在此過程中運用了子程序的嵌套使用方法。當A(B)闐開啟后，選擇A(B)泵啟動時，系統(tǒng)自動調用A(B)泵子程序，并點動運行(具體程序略，若有需求，可向筆者索取)。

3 3 人機界面程序設計

人機界面的編程軟件采用MD204L專用的組態(tài)軟件TP200v4DD，與PLc編程口直接相連實現(xiàn)通訊。主菜單如圖5所顯(其它菜單略)。

圖5人機界面主菜單

4 結束語

     本文介紹了PLc和HMI的恒壓供水控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中PLc控制變頻器進行PID運算，根據不同階段的用水情況通過調節(jié)頻率選擇適當?shù)膲毫Ψ秶萌藱C界面顯示系統(tǒng)的狀態(tài)和對系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)恒壓供水。系統(tǒng)中水泵機組軟啟動、交替循環(huán)工作方式使電網和管網免受沖擊，無水錘現(xiàn)象，延長泵和閥等器件的使用壽命。由于變頻恒壓供水系統(tǒng)的壓力范圍可以通過頻率的調節(jié)而變化，所以，既節(jié)約了水資源，又節(jié)約了電能，同時避免了水源的二次污染。本文創(chuàng)新點：利用PLc控制變頻器進行兀D運箅，實現(xiàn)分級嘲速，結臺HMl的應用，使得系統(tǒng)的狀態(tài)顯示與控制更加靈活方便。該供水系￡工作可靠、效率高，在節(jié)約水資豫和電能的基礎上實現(xiàn)礦務局商住樓恒壓供水的目的。