基于PLC的双恒压供水控制系统设计

I基于PLC的双恒压供水控制系统设计摘要近些年来随着可编程控制器快速发展，可编程控制器已广泛应用于各个领域。本论文设计了一种基于PLC的双恒压供水系统，该系统由一台PLC、一台水泵、一个水塔、六个液位传感器等构成。双恒压供水控制系统的基本控制策略是：采用可编程控制器(PLC)构成控制系统，进行优化控制水泵，并自动调整水泵运行的台数，完成水塔水位的控制。当水塔中的液位发生变化时,根据液位传感器的信号，PLC自动控制水泵的运行台数，系统的控制目标是水塔的水位。手动控制，值班人员通过按钮手动控制水泵，使液位控制在一定的范围之内，实现手动恒压供水。根据恒压供水系统设计的需求，力求做到使系统运行稳定，操作简便，解决水塔的双恒压供水的问题，保证供水安全、快捷、可靠。恒压供水保证了供水质量，PLC控制系统丰富了供水系统的控制功能，提高了系统的可靠性。关键词：PLC，恒压供水系统，液位传感器，水塔IIDESIGNOFDOUBLECONSTANT-PRESSURESUPPLYINGWATERCONTROLSYSTEMBASEDONPLCABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofProgrammableLogicController,ithasbeenwidelyusedinvariousfields.AkindofDoubleConstant-pressureSupplyingWaterControlSystemisdesignedinthispaper.ThesystemisconstitutedofaPLC,threepumps,aWaterTower,sixLiquidLevelSensorsandsoon.ArelaycontrolsystemisconstitutedoftheuseofProgrammableLogicController(PLC),itisoptimizingthecontrolofpumps.ThisisthebasiccontrolstrategyofConstantPressureWaterSupplyControlSystem,thepumpshasbeencontrolled.Whenthelevelischangedofthetowers,thepumpsarecontrolledbyPLCautomaticcontrolsignalsinaccordancewithliquidlevelsensor.Thewaterlevelinthetowersiscontrollingobjectives.Controllingbythehands,theOnDutycontrolsthepumpsthroughthemanualcontrolbutton,sothatacertainlevelcouldbecontrolledwithinthescopeof.AccordingtotherequirementoftheConstantPressureWaterSupplySystem,wecouldachieveastablesystemoperationandoperateeasily.TheproblemofConstantPressureWaterSupplydualtowersissolved.Thequalityofthewateristheprotection.PLCControlSystemenrichesthecontrolfunctionsoftheWaterSupplySystem,andimprovesthereliabilityofthesystem.Keywords:PLC，constantpressurewatersupplysystem，liquidlevelsensor，watertower-1-1.绪论自动化技术是当今几大高新技术之一，从某种意义来说，自动化技术已成为现代化的代名词。随着我国产业结构的调整，现代化进程的加快，自动化技术对现代工业生产的推动作用将越来越重要。随着各类工业企业的技术进步，工业自动化生产必将得到广泛的普及，电气控制设备、自动化生产线的安装、调试、维修；自动控制系统的技术改造、开发应用；设备运行管理等方面工作量是非常巨大，需要大量的懂原理、能动手的专业技术人才，而能从事一线现代化生产的技术人员需求量更大。要提高我们自己动手能力，把理论知识和实际应用相结合，从而提高我们的综合能力。当前住宅建筑的小区规划趋向于更具人性化的多层次住宅组合，不再仅仅追求立面和平面的美观与合理，而是追求空间上布局的流畅和设计中贯彻以人为本的理念，特别是在市场经济的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是选择一种符合各方面规范、卫生安全而又经济合理的供水方式，对我们给供水设计带来了新的挑战。本设计的双恒压供水分为生活供水和消防供水，通过在建筑物高处建造水塔使实现双恒压供水即生活恒压供水和消防恒压供水，维持水压的方法是在高处建造水塔，打开水泵将水泵到水塔中，借助水塔的水位实现居民的双恒压供水，水塔中的水位变化相对水塔的高度来说很小，也就是说水塔能维持供水管路中的水压的基本恒定。以往水塔供水常采用传统的继电器接触控制水泵，使用硬件连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。目前，已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了双恒压供水控制系统的可靠性和自控程度，为居民提供了更可靠的生活保障。在双恒压供水系统的控制设备中我选用PLC作为控制装备的原因，PLC有它独有的特点：(1)可靠性高，抗干扰能力强；(2)配套齐全，功能完善，实用性强；(3)易学易用，深受工程技术人员欢迎；(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；(5)体积小，重量轻，耗能低；-2-可以实现全自动，无人操作，恒压供水系统会自动根据用户用水量的大小，自动调整水泵台数、自行决定加减泵的时间台数程序等，都无需人工干预、人工操作自动完成。节水节电效果明显：当用水量大时可自动调节泵的台数，使泵的台数增加，水塔水位很快上升，当满足供水量时，按照“先开先停”的原则停掉先开的泵，这样可以避免造成了很大的能源浪费，从而达到节能的目的。设置灵活、功能齐全，通过PLC编程设计灵活配置系统功能，更可靠的为居民提供生活保障。1.1设计的意义及应用背景在我国，节电节水的潜力非常大，据有关国际组织发布的资料显示：中国的单位国民经济总产值所消耗的电是美国、德国等的4倍左右，消耗的水使他们的2倍左右。我国的大量用电设备中，风机和泵类的耗电量占全国发电量的50%左右，若推广新型电机技术可节电40%左右，既可以节约全国发电量的1/5，由于我国人均占有水、电资源相对于别国又少很多，因此，在我国一方面水电供给紧张，而另一方面，水电的浪费又十分惊人，不仅潜力巨大，而且意义深远[1]。随着社会经济的飞速发展，城市建设规模的不断扩大，人口的增多以及人们生活水平的不断提高，对城市供水的数量、质量、稳定性提出了越来越高的要求。我国中小城市水厂尤其是老水厂自动化控制系统配置相对落后，机组的控制主要依赖值班人员的手工操作。控制过程繁琐，而且手动控制无法对液位变化及时做出恰当的反应。为了保证供水，机组通常处于超压工作状态运行，不但效率低，耗电量大，而且城市网管长期处于超压运行状态，爆损也十分严重。本论文为结合我国中小城市供水厂的现状，设计了一套基于PLC的双恒压供水系统。1.2任务随着城市高层建筑供水问题日益突出，保持供水压力的恒定，提高供水质量是相当重要的；同时要求保证供水的可靠性和安全性。本供水系统是针对上述问题设计的供水方式和控制系统，由供水回路、一部PLC、一个供水池、一个水塔及泵房组成。其中泵房有1#～3#三台水泵，控制系统采用了已具有丰富功能的PLC为核心的多功能高可靠性控制系统，PLC在恒压供水泵站中的主要任务：(1)根据液位传感器的信号，经过处理控制继电器从而实现对水泵台数的调节，来控制水位的高低，使液位达到一定的范围之内，实现稳定供水。-3-(2)控制水泵的运行与切换，在多泵组恒压供水泵站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电机是轮换工作的。(3)根据液位信号，PLC可控制水泵按“先开先停”轮换工作，能够有效的降低能耗，保证供水系统维持在最佳运行状况。1.3工艺要求对三台水泵生活/消防双恒压供水系统的基本要求是：(1)供水压力恒定，即在相应的供水条件下，维持液位在相应的范围之内，波动要求一定小。(2)生活供水时，要求三台水泵根据水位的设定，采用“先开先停”的原则。(3)设有手动和自动两种选择，手动功能为了检修和应急。(4)有液位传感器检测装置，并且有报警功能。1.4系统的组成和基本工作原理基于PLC的双恒压供水系统由可编程控制器、水泵机组、压力传感器、等构成。其系统结构图如图1-1所示。图1-1系统结构图-4-系统核心部分采用PLC控制，输出信号通过继电器和接触器来控制3台水泵的启动，运行与停止，采用循环使用的方式运行。该系统能够对供水过程进行自动控制，能够有效的降低能耗，保证供水系统维持在最佳运行状况，提高管理水平，监控系统安装维护方便，运行稳定、可靠，监控软件功能齐全。PLC根据液位传感器SL0、SL1、SL2、SL3、SL4、SL5的信号控制水泵M1、M2、M3工作与停止以及切换，从而使液位达到一定范围，实现双恒压供水。SL0、SL1、SL2是生活供水范围的液位传感器，液位在SL0时启动M1、M2,达到一定时间即2h时，M2和M3之间进行切换，当液位到SL1时停止M1，M2和M3之间转换工作，当液位到达SL2时M1、M2、M3停止工作。SL3、SL4、SL5是消防供水范围的液位传感器，当到液位到达SL3时M1、M2、M3同时工作，当到达SL4时M1停止工作，到达SL5时M2、M3停止工作。-5-2.PLC的概述2.1PLC的产生、定义和发展2.1.1PLC的产生在可编程控制器问世以前，工业控制领域中是以继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统存在明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差。如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并且要改变硬件结构，这不仅影响了产品更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且可靠性不高，查找和排除故障也往往是费时和困难。1968年，美国通用汽车公司(GM,GeneralMotors)根据市场形势与生产发展的需要，提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。为了尽可能的减少重新设计和重新安装接线的工作，从而降低成本、缩短周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置来取代继电器控制装置。第二年，美国数字设备公司(DEC,DigitalEquipmentCorporation)就研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，并将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，这是首次用程序化的手段应用于电器控制，这台控制装置就是第一台PLC[1]。PLC的定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计[1]。2.1.2PLC的发展历程虽然PLC问世时间不长，但随着计算机技术、半导体集成技术、控制技术和通信网络技术等高新技术的迅速发转，PLC也迅速发展。PLC的发展过程大致经历一下四-6-个阶段：第一阶段，从第一台PLC问世到20世纪70年代中期，是PLC的初创阶段。该时期PLC产品的主要功能只是执行原先有继电器完成的顺序控制、逻辑运算、定时和计数等。该阶段的代表产品有MODICON公司的084、AB公司的PDQII、DCE的PDP-14和日立公司的SCY-022等。第二阶段，从20世纪70