基于PLC的雙水源自動(dòng)切換供水系統(tǒng)

羅來義

摘 要：某企業(yè)雖然有自來水和蓄水池雙水源供水，但由于依靠人工操作，以致供水狀況不理想。通過加裝壓力繼電器、電動(dòng)閥、水位開關(guān)等自動(dòng)化器件，并設(shè)計(jì)了基于PLC的控制系統(tǒng)，解決了企業(yè)提出的所有問題，還指出了在此基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)提高的方向。

關(guān)鍵詞：雙水源；PLC；自動(dòng)切換；供水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.215

1 引言

某企業(yè)的生產(chǎn)工藝要求不能停止供水，供水的水源為自來水。由于種種原因，自來水經(jīng)常無規(guī)律停水，給企業(yè)生產(chǎn)和員工生活帶來了很大的困擾，于是企業(yè)自建了一個(gè)容量為60噸的蓄水池。當(dāng)自來水停水時(shí)，人為啟動(dòng)抽水泵從蓄水池抽水，并操作相關(guān)閥門進(jìn)行切換；當(dāng)自來水恢復(fù)供水時(shí)，人為停止抽水泵，并操作相關(guān)閥門切換成由自來水供水。

2 問題及解決對(duì)策

上述方案雖然使企業(yè)不再受自來水供水不可靠的影響，但也存在明顯的不足：

（1）當(dāng)自來水停水時(shí)，如果操作人員因故未及時(shí)操作，全廠照樣停水；當(dāng)自來水恢復(fù)供水時(shí)，如果操作人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則繼續(xù)從蓄水池抽水，浪費(fèi)了電能。

（2）為防止蓄水池內(nèi)的水長(zhǎng)時(shí)間沒有使用而水質(zhì)變壞，必須定期抽上來使用，但操作人員經(jīng)常會(huì)忘記，以致水質(zhì)變壞，再抽上來使用時(shí)，影響員工的健康。

（3）抽水過程中，蓄水池的水位下降到抽水泵底閥露出水面時(shí)，空氣會(huì)進(jìn)入水泵及其吸水管。下次用水泵抽水之前，必須進(jìn)行排空氣處理，否則水泵抽不上水。

（4）蓄水池的進(jìn)水端是用機(jī)械式浮球閥控制的，在自來水沒有停水的情況下，為防止蓄水池內(nèi)的水質(zhì)變壞而抽用蓄水池的水時(shí)，浮球閥必須人為關(guān)閉，否則一邊抽水，一邊進(jìn)水，水體輪換不徹底。

在筆者的指導(dǎo)下，加裝壓力繼電器、電動(dòng)閥、水位開關(guān)等器件后，供水系統(tǒng)如圖1所示，還設(shè)計(jì)、安裝了一套基于PLC的控制系統(tǒng)，一攬子解決了上述問題，可實(shí)現(xiàn)下列功能：

（1）只要自來水壓力下降到設(shè)定值（可調(diào)），就自動(dòng)啟動(dòng)抽水泵從蓄水池抽水，并自動(dòng)進(jìn)行切換。抽水期間，只要自來水壓力上升到另一設(shè)定值（可調(diào)），就自動(dòng)停止抽水泵從蓄水池抽水，并自動(dòng)切換成自來水供水。

（2）為防止蓄水池內(nèi)的水較長(zhǎng)時(shí)間沒有使用而水質(zhì)變壞，定期

（可調(diào)）自動(dòng)啟動(dòng)抽水泵從蓄水池抽水，并自動(dòng)進(jìn)行切換。

（3）抽水過程中，當(dāng)蓄水池的水位下降到抽水水位開關(guān)所設(shè)定的水位（可調(diào)，高于抽水泵底閥閥瓣所處的水位）時(shí)，抽水泵自動(dòng)停止，防止空氣進(jìn)入抽水泵及其吸水管。

（4）蓄水池的進(jìn)水通過進(jìn)水電動(dòng)閥自動(dòng)控制：1）定期從蓄水池抽水期間，進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，保證水體徹底輪換。2）其余情況下，根據(jù)進(jìn)水水位開關(guān)的信號(hào)變化情形而控制進(jìn)水電動(dòng)閥開或關(guān)。

（5）蓄水池出現(xiàn)滲漏水的情況時(shí)，蜂鳴器響起、指示燈閃爍，提醒工作人員前往處理。

（6）設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)選擇開關(guān)：一般情況下，打在“自動(dòng)”位置；打在“手動(dòng)”位置時(shí)，水泵和三個(gè)電動(dòng)閥有手動(dòng)控制的功能，便于調(diào)試及特殊情況下的靈活運(yùn)用。

3 器件選型

（1）為了保證控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行及將來繼續(xù)完善預(yù)留適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)數(shù)，選用了三菱公司的FX3U-64MR型PLC。

（2）電動(dòng)閥選用關(guān)斷型即可。

（3）壓力繼電器選用DPDT（雙刀雙擲）型，其內(nèi)有兩組開關(guān)，動(dòng)作壓力可以分別調(diào)整，能防止控制系統(tǒng)振蕩工作。

（4）水位開關(guān)選用電纜浮球液位開關(guān)比較可靠。我們?cè)囉眠^帶探棒的液位控制器，但工作不可靠，用一段時(shí)間就會(huì)失靈，原因是水中雜質(zhì)導(dǎo)致探棒表面形成“保護(hù)層”而失效，需拆下來保養(yǎng)后才能繼續(xù)使用。后來改用電纜浮球液位開關(guān)，工作很可靠。

4 PLC的輸入/輸出地址分配

（1）輸入部分，共28個(gè)點(diǎn)。

1）旋鈕（4個(gè)點(diǎn)）：自動(dòng)/手動(dòng)選擇、自來水電動(dòng)閥開/關(guān)、抽水電動(dòng)閥開/關(guān)和水池進(jìn)水電動(dòng)閥開/關(guān)。

2）按鈕（4個(gè)點(diǎn)）：水泵啟動(dòng)、水泵停止、蓄水池滲漏水蜂鳴器（及指示燈）復(fù)位和試燈（按下后，所有指示燈全亮）。

3）壓力繼電器（2個(gè)點(diǎn)）：低壓側(cè)和高壓側(cè)。

4）水位開關(guān)（2個(gè)點(diǎn)）：進(jìn)水和抽水。

5）電動(dòng)閥限位開關(guān)和轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)（各6個(gè)點(diǎn)，共12個(gè)點(diǎn)）：自來水電動(dòng)閥開向、自來水電動(dòng)閥關(guān)向、抽水電動(dòng)閥開向、抽水電動(dòng)閥關(guān)向、水池進(jìn)水電動(dòng)閥開向和水池進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)向。

6）熱繼電器（4個(gè)點(diǎn)）：水泵電機(jī)、自來水電動(dòng)閥電機(jī)、抽水電動(dòng)閥電機(jī)、水池進(jìn)水電動(dòng)閥電機(jī)。

（2）輸出部分，共20個(gè)點(diǎn)。

1）接觸器（9個(gè)點(diǎn)）：水泵電機(jī)（3個(gè)接觸器，Y-△降壓?jiǎn)?dòng)）、自來水電動(dòng)閥開向、自來水電動(dòng)閥關(guān)向、抽水電動(dòng)閥開向、抽水電動(dòng)閥關(guān)向、水池進(jìn)水電動(dòng)閥開向和水池進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)向。

2）指示燈（10個(gè)點(diǎn)）：手動(dòng)、自動(dòng)、水泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、自來水電動(dòng)閥開向到位、自來水電動(dòng)閥關(guān)向到位、抽水電動(dòng)閥開向到位、抽水電動(dòng)閥關(guān)向到位、水池進(jìn)水電動(dòng)閥開向到位、水池進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)向到位和蓄水池滲漏水指示。

3）蜂鳴器（1個(gè)點(diǎn)）：當(dāng)出現(xiàn)蓄水池滲漏的情況，蜂鳴器響起。

5 編寫PLC程序

電氣控制系統(tǒng)處理的信號(hào)都是開關(guān)量，編寫PLC程序的難度不大，在此不再贅述，只強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：

（1）電動(dòng)閥沒有斷電復(fù)位的功能，開和關(guān)要通過電機(jī)正反轉(zhuǎn)來完成，這一點(diǎn)與電磁閥是不同的。

（2）為了避免因自來水水壓短時(shí)急劇變化而導(dǎo)致控制系統(tǒng)振蕩工作，當(dāng)采集到壓力繼電器的信號(hào)發(fā)生變化后，要經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r(shí)才予以采信。

（3）如果在自來水電動(dòng)閥因故不能關(guān)到位的情況下就開始抽水，勢(shì)必造成從蓄水池抽上來的水“倒流”向外部供水網(wǎng)的后果（止回閥有時(shí)并不能徹底防止），采取的措施是順序控制：自來水電動(dòng)閥關(guān)到位→抽水電動(dòng)閥開到位→水泵電機(jī)啟動(dòng)。其它情形類推。

（4）為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)閥開/關(guān)不到位的情況，以相應(yīng)的指示燈不同的點(diǎn)亮方式予以區(qū)分：電動(dòng)閥開/關(guān)過程中，指示燈閃爍；電動(dòng)閥開/關(guān)到位后，指示燈變?yōu)殚L(zhǎng)亮。

（5）為了防止短路現(xiàn)象，需要聯(lián)鎖的接觸器之間，必須有軟件和硬件接線雙重聯(lián)鎖。

（6）抽水泵停止、蓄水池進(jìn)水到位后，如果再次出現(xiàn)進(jìn)水（進(jìn)水水位開關(guān)從斷開變?yōu)殚]合，編程時(shí)要經(jīng)過適當(dāng)?shù)难訒r(shí)才予以采信，避免短時(shí)擾動(dòng)造成誤判）的情況，則蓄水池可能有滲漏，蜂鳴器響起、指示燈閃爍，提醒工作人員前往處理。按下蜂鳴器（及指示燈）復(fù)位按鈕，蜂鳴器不再響、指示燈不再閃爍。

6 結(jié)束語

實(shí)踐證明，上述供水系統(tǒng)能可靠運(yùn)行。雖然如此，但還有改進(jìn)的余地：一是采用變頻器控制水泵電動(dòng)機(jī)，可以節(jié)約電能并使供水壓力更加穩(wěn)定；二是為了防止在自來水壓力偏低甚至停水的同時(shí)又出現(xiàn)抽水泵故障的情況，可以再增加一臺(tái)抽水泵，兩臺(tái)輪換使用，互為備用。關(guān)于這兩點(diǎn)，筆者曾經(jīng)向企業(yè)提出過可行性建議，但對(duì)方因故未予采納。

另外，將壓力繼電器改為壓力變送器，將水位開關(guān)改為水位變送器，并加裝觸摸屏，即可數(shù)字化或動(dòng)畫顯示水壓、水池水位等參數(shù)，按（旋）鈕、指示燈、壓力表等硬件也可省去，使整個(gè)供水系統(tǒng)的功能更加完善。

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