基于ＰＬＣ的自來水遠程監控系統

徐志祥　肖　俊

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320010－01

一、引言

城市建設的迅速發展對供水質量的要求也越來越高。供水系統實現運行、控制和管理綜合自動化已勢在必行。近年來由于我市地表水源日趨緊張，且受到不同程度的污染，嚴重影響城市的經濟發展和市民的生活。于是我設計新建一座利用河水的側滲補給開發地下水源的洗煤廠。

在水源地內，多眼井星羅棋布在水庫上。為了確保供水生產的安全、可靠、連續。針對水廠制水過程的特點和控制系統的功能要求，我們采用基于西門子PLC的恒壓力供水系統。

二、編程控制器的概述

PLC即可編程控制器，是一種以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。國際電工委員會（IEC）對PLC曾作了如下定義：“PLC是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程。PLC及其有關設備，都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”這段話完全道出了PLC的特點和應用領域。其主要有以下特點：

1．可靠性高。為了滿足工業生產對控制設備安全可靠性的要求，PLC采用了微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成。

2．環境適應性強。PLC具有良好的環境適應性，可應用于十分惡劣的工業現場。在電源瞬間斷電的情況下，仍可正常工作，具有很好的抗空間電磁干擾的能力，它一般對環境溫度要求也不高，在環境溫度-20至65度、相對濕度為35%至85%情況下仍可正常工作。

3．靈活通用。在完成一個控制任務時，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產品已經系列化，結構形式多種多樣，在機型上又很大的選擇余地。其次同一機型的PLC其硬件構成具有很大的靈活性，用戶可以根據不同任務的要求，選擇不同類型的輸入輸出模塊或特殊功能模塊組成不同硬件結構的控制裝置。

4．使用方便、維護簡單。PLC控制的輸入輸出模塊。特殊功能模塊都具有即插即卸功能，連接十分容易。對于邏輯信號，輸入輸出均采用開關方式，不需要進行電平轉換和驅動放大；對于模擬信號，輸入輸出均采用傳感器儀表和驅動設備的標準信號。各個輸入和輸出模塊與外部設備的連接十分簡單。整個連接過程僅需要一把螺釘旋具即可完成。

三、變頻恒壓供水系統控制方案的設計與選擇

變頻恒壓供水系統主要有壓力傳感器、壓力變送器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。系統主要的設計任務是利用恒壓控制單元使變頻器控制一臺水泵或循環控制多臺水泵，實現管網水壓的恒定和水泵電機的軟起動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數據進行傳輸。根據系統的設計任務要求，結合系統的使用場所，有以下方案可供選擇：

1．有供水專用的變頻器+水泵機組+壓力傳感器。這種控制系統結構簡單，它將PID調節器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器供水基板上，通過設置指令代碼實現PLC和PID等電控系統的功能。它雖然簡化了電路結構，降低了設備成本，但對壓力設定和壓力反饋值的顯示比較麻煩，無法自動實現不同時段的不同恒壓要求，在調試時，PID調節參數的系統優化比較困難，調節范圍小，系統的穩態、動態性能不易保證。其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，數據通信困難，并且限制了帶負載的容量，因此僅適用于要求不高的小容量場合。

2．通用變頻器+單片機（包括變頻控制、調節器控制）+人機界面+壓力傳感器。這種方式控制精度高、控制算法靈活、參數調整方便，具有較高的性能價格比，但開發周期長，程序一旦固化，修改較為麻煩，因此現場調試的靈活性差，同時變頻器在運行時，將產生干擾，變頻器的功率越大，產生的干擾越大，所以必須采取相應的抗干擾措施來保證系統的可靠性。該系統適用于某一特定領域的小容量的變頻恒壓供水。

3．通用變頻器+PLC（包括變頻控制、調節器控制）+組態軟件十壓力傳感器。這種控制方式靈活方便，具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統進行數據交換；通用性強，由于PLC產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種規模和要求不同的控制系統。在硬件設計上，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，當控制要求發生改變時，可以方便地通過PC機來改變存儲器中的控制程序，所以現場調試方便。通過對以上這幾種方案的比較和分析，可以看出“變頻器主電路++PLC（包括變頻控制、調節器控制）十組態軟件十壓力傳感器”的控制方式更適合于本系統。這種控制方案既有擴展功能靈活方便、便于數據傳輸的優點，又能達到系統穩定性及控制精度的要求。

四、變頻恒壓供水控制器的性能特點

1．高效節能。優化的節能控制軟件，使水泵實現最大限度地節能運行。由電機學公式可知，系統電機功耗與電機轉速成立方關系，在壓力不變時，水泵出水量與電機轉速成正比。本設備采用恒壓量工作方式，當用水量減小時，系統保持管網恒壓，通過降低水泵轉速來減少供水量，耗電量按立方特性降低。根據實際用水情況設定管網壓力，自動控制水泵出水量，減少了水的跑、漏現象。

2．設備投資省、占地面積小。本系統與其它供水方式比較，由于主要設備只是控制柜及水泵，省去了大量的設備占地面積，從而大幅度節省了土建投資，而且就設備本身而言，供水量越大，采用變頻恒壓供水設備的價格優勢就越顯著。

3．設備運行合理、可靠性高、配置靈活。采用閉環調節控制技術，達到了恒壓供水，避免了由于超壓供水造成的電能浪費。變頻器采用軟起動工作方式，消除了直接起動對電網的沖擊和干擾，徹底避免了水泵啟動時大電流和水壓突增的情況，減少對供電電網的沖擊，降低了電機及電氣元件的故障率。

4．聯網功能。采用全中文工控組態軟件一Kingview，實時監控各個站點，如電機的電壓、電流、工作頻率、管網壓力及流量等。并且能夠累積每個站點的用電量，累積每臺泵的出水量，同時提供各種形式的打印報表，以便分析統計。

5．減少污染。由于變頻恒壓調速直接從水源供水，減少了原有供水方式的二次污染，防止了很多傳染疾病的傳染源頭。

五、恒壓供水設備的應用場合

1．居民區、住宅樓、村鎮的集中生活供水系統；

2．高層建筑、賓館、飯店等生活供水系統；

3．綜合市場、寫字樓、商務樓宇的生活供水系統；

4．自來水廠、供水加壓泵站；

5．工礦企業的生產、生活供水、恒壓流量供水工藝流程等。

總之，基于PLC的監控系統具有優越的性能，并且現在技術成熟，其應用前景廣闊。

參考文獻：

[1]殷洪義編著，《可編程序控制器選擇設計與維護》，機械工業出版社.

[2]馬國華編著，《監控組態軟件及其應用》，清華大學出版社，2004年8月.

[3]陳浩編著，《案例解說PLC變頻器及觸摸屏綜合運用》，2007年7月.

[4]李方圓編著，《PLC行業應用實踐》，中國電力出版社，2007年1月.