工業(yè)生產(chǎn)用流量調(diào)節(jié)DCS控制系統(tǒng)初探

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720011

摘要：本文介紹了一種工業(yè)生產(chǎn)用流量調(diào)節(jié)DCS控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對于水管故障的實(shí)時監(jiān)控，并可通過報警模塊將檢測到的異常情況通報給工作人員，從而提醒工作人員對異常情況進(jìn)行即時維修，保證系統(tǒng)工作的可靠性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn)；流量調(diào)節(jié)；DCS控制系統(tǒng)；恒壓控制

隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動化的不斷興起和過程控制要求的日益復(fù)雜，應(yīng)運(yùn)而生一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的對生產(chǎn)管理、過程控制等進(jìn)行綜合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動化管理的目的。

變頻恒壓供水采用一種低成本一拖多控制方式，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)節(jié)控制恒壓供水，變頻恒壓供水可廣泛應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)用水恒壓控制。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)中給水泵在工頻電源的驅(qū)動下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)出口閥開度來調(diào)節(jié)給水壓力，大量能量消耗在出口閥而浪費(fèi)。通過采用變頻調(diào)速恒壓控制，可在設(shè)定壓力內(nèi)跟隨用水量供水，避免了傳統(tǒng)供水方式的損耗，降低噸水消耗，變頻恒壓供水技術(shù)比傳統(tǒng)的加壓供水系統(tǒng)還要穩(wěn)定、維護(hù)運(yùn)行成本低等明顯優(yōu)勢。可見，變頻恒壓供水技術(shù)在變量供水上發(fā)展空間廣闊。

1 系統(tǒng)介紹

工業(yè)生產(chǎn)用現(xiàn)場流量調(diào)節(jié)DCS控制系統(tǒng)框圖

如圖所示，該流量調(diào)節(jié)DCS控制系統(tǒng)，包括流量傳感器、模擬量輸入輸出模塊、控制器、數(shù)字量輸入輸出模塊、工頻電機(jī)、變頻電機(jī)、報警模塊、顯示模塊和輸入模塊。

（1）流量傳感器用于檢測水管內(nèi)流量，并通過模擬量輸入輸出模塊與控制器連接。

（2）工頻電機(jī)用于控制連接的水泵定頻工作，變頻電機(jī)用于控制連接的水泵變頻工作。本實(shí)施方式中，工頻電機(jī)連接有多個水泵，變頻電機(jī)連接有一個水泵。工頻電機(jī)連接的水泵為工頻泵，變頻電機(jī)連接的水泵為變頻泵。工頻泵具有空閑狀態(tài)和工作狀態(tài)，空閑狀態(tài)下，工頻泵不工作。工作狀態(tài)下，工頻電機(jī)控制工頻泵定頻工作。本實(shí)施方式中，工頻電機(jī)為多個并與工頻泵一一對應(yīng)，工頻泵連接的工頻電機(jī)工作，則工頻泵進(jìn)入工作狀態(tài)；工頻泵連接的工頻電機(jī)不工作，則工頻泵進(jìn)入空閑狀態(tài)。

（3）工頻電機(jī)和變頻電機(jī)均通過模擬量輸入輸出模塊與控制器交互連接，控制器通過模擬量輸入輸出模塊獲取工頻電機(jī)和變頻電機(jī)工作狀態(tài)。工頻電機(jī)和變頻電機(jī)還通過數(shù)字量輸入輸出模塊與控制器交互連接，控制器通過數(shù)字量輸入輸出模塊輸出指令控制工頻電機(jī)和變頻電機(jī)工作。

（4）控制器還通過數(shù)字量輸入輸出模塊連接報警模塊、顯示模塊和輸入模塊。控制器通過數(shù)字量輸入輸出模塊輸出指令控制報警模塊和顯示模塊工作，并通過數(shù)字量輸入輸出模塊獲取用戶通過輸入模塊輸入的數(shù)據(jù)信息。

2 系統(tǒng)應(yīng)用

（1）報警模塊采用聲顯元件如蜂鳴器，顯示模塊采用LED顯示屏，輸入模塊采用觸摸屏或者PC機(jī)。控制器內(nèi)設(shè)有浮差值和流量閾值。控制器根據(jù)工頻電機(jī)和變頻電機(jī)工作狀態(tài)計(jì)算水管內(nèi)的理論流量，然后計(jì)算流量傳感器檢測到的實(shí)際流量與理論流量的差值，并將差值與浮差值比較，根據(jù)比較結(jié)果通過數(shù)字量輸入輸出模塊控制報警模塊工作。具體地，當(dāng)差值大于或等于浮差值，則說明水管內(nèi)部出現(xiàn)堵塞或者泄露，此時，控制模塊控制報警模塊報警，并通過數(shù)字量輸入輸出模塊輸出實(shí)際流量、理論流量、差值和浮差值，以便工作人員針對性進(jìn)行排查。其中，差值為絕對值。

（2）控制器中預(yù)設(shè)有變頻上限值和變頻下限值，變頻上限值大于變頻下限值。且，變頻上限值大于工頻電機(jī)定頻輸出功率并小于工頻電機(jī)定頻輸出功率的倍數(shù)，具體地，變頻上限值可取工頻電機(jī)定頻輸出功率的1.5倍；變頻下限值小于或等于工頻電機(jī)定頻輸出功率的半值。當(dāng)差值小于浮差值，控制器根據(jù)實(shí)際流量與流量閾值的比較結(jié)果通過數(shù)字量輸入輸出模塊控制變頻電機(jī)工作。具體地，當(dāng)實(shí)際流量大于流量閾值，控制變頻電機(jī)減少輸出功率；當(dāng)實(shí)際流量小于流量閾值，控制變頻電機(jī)增加輸出功率。

（3）控制器還根據(jù)變頻電機(jī)輸出功率對工頻電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)變頻電機(jī)輸出功率達(dá)到變頻上限值，控制器控制一臺空閑狀態(tài)的工頻泵切換到工作狀態(tài)，并對變頻電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)變頻電機(jī)輸出功率達(dá)到變頻下限值，控制器控制一臺工作狀態(tài)的工頻泵切換到空閑狀態(tài)，并對變頻電機(jī)的輸出功率進(jìn)行調(diào)整。通過對工作狀態(tài)的工頻泵的增加減少，使得變頻電機(jī)的輸出功率始終維持在一個可調(diào)節(jié)額度較大的區(qū)段，從而，有利于保證流量調(diào)節(jié)的靈活性。

3 小結(jié)

（1）該系統(tǒng)中控制器根據(jù)工頻電機(jī)和變頻電機(jī)工作狀態(tài)計(jì)算水管內(nèi)的理論流量，然后計(jì)算流量傳感器檢測到的實(shí)際流量與理論流量的差值，并將差值與浮差值比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷水管是否發(fā)生堵塞或者漏水。如此，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對于水管故障的實(shí)時監(jiān)控，并可通過報警模塊將檢測到的異常情況通報給工作人員，從而提醒工作人員對異常情況進(jìn)行即時維修，保證系統(tǒng)工作的可靠性。

（2）控制器根據(jù)實(shí)際流量與流量閾值的比較結(jié)果通過數(shù)字量輸入輸出模塊控制變頻電機(jī)工作，對實(shí)際流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得實(shí)際流量向流量閾值靠近。控制器還根據(jù)變頻電機(jī)輸出功率對工頻電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，通過對工作狀態(tài)的工頻泵的增加減少，使得變頻電機(jī)的輸出功率始終維持在一個可調(diào)節(jié)額度較大的區(qū)段，從而，有利于保證流量調(diào)節(jié)的靈活性。

作者簡介：胡小兵（1987），男，江蘇揚(yáng)州人，本科，助理工程師，從事化工現(xiàn)場儀表自動化技術(shù)管理工作。