目前,我國(guó)北方大部分中小型水廠均采用兩級(jí)泵站的管理模式,即:由深井泵組成一級(jí)泵站采取地下水至水廠蓄水池進(jìn)行水處理;而后,由二級(jí)加壓泵站向用戶管網(wǎng)供水??刂品绞揭话銥槿斯た刂频睦^接方式,自動(dòng)化水平低,水、電資源浪費(fèi)嚴(yán)重,設(shè)備事故隱患多、管理困難。我們?yōu)槟晨h自來(lái)水廠開(kāi)發(fā)了一套由上位機(jī)、可編程控制器(PLC)、變頻器、相應(yīng)傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的水廠微機(jī)集散控制系統(tǒng),該系統(tǒng)已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)三年,性能穩(wěn)定可靠,提供了一種針對(duì)中小型水廠的,以節(jié)能降耗、提高自動(dòng)化水平為主要目的的技術(shù)改造方案。
1 系統(tǒng)的主要功能
該水廠的基本情況為:一級(jí)泵站包括5口深井,每口深井配備22kW多級(jí)潛水泵1臺(tái),共同向一蓄水能力為2 000m3的蓄水池蓄水;加壓泵組為5臺(tái)45kW DL型立式泵,向管網(wǎng)加壓供水。對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是:對(duì)水廠的設(shè)備運(yùn)行及生產(chǎn)狀況進(jìn)行自動(dòng)化控制和管理。該控制系統(tǒng)的基本功能如下:
(1)保證用戶管網(wǎng)供水壓力恒定。操作人員設(shè)定管網(wǎng)壓力后,系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值和壓力傳感器采取的管網(wǎng)實(shí)際壓力信號(hào),采用1臺(tái)調(diào)速泵配合1~4臺(tái)恒速泵的運(yùn)行模式,自動(dòng)調(diào)整加壓泵站中恒速泵的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)和調(diào)速泵的轉(zhuǎn)速,在較高的精度范圍內(nèi)保證管網(wǎng)的壓力恒定。無(wú)論用水高、低峰均可在保證供水壓力的前提下最大限度地節(jié)省電能。同時(shí),減少了由于無(wú)謂磨損、頻繁啟停等原因?qū)λ迷斐傻膿p害;以及用水低峰時(shí),由于管網(wǎng)壓力過(guò)高造成跑、冒事故,浪費(fèi)寶貴的水資源。
(2)蓄水池水位自動(dòng)控制。由于用戶用水量的變化較大且具有隨機(jī)性,而水廠對(duì)蓄水池內(nèi)水位控制的精度要求較高。故在水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,采用模糊算法在保證蓄水池水位維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的前提下,合理安排潛水泵的啟動(dòng)臺(tái)數(shù),避免潛水泵的頻繁啟停及無(wú)效運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)自動(dòng)倒泵功能。為防止某臺(tái)水泵長(zhǎng)期不運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生銹蝕,由PLC控制4臺(tái)水泵定期輪換作為變量泵運(yùn)轉(zhuǎn),即自動(dòng)倒泵功能。
(4)防水錘電器互鎖功能。由于管網(wǎng)壓力較高,為防止水錘對(duì)水泵的沖擊,在每臺(tái)加壓泵的出水口處安裝電動(dòng)蝶閥,由PLC按照先開(kāi)泵后開(kāi)閥、先關(guān)閥后關(guān)泵的模式進(jìn)行控制,有效地防止了水錘的危害。
(5)直觀的圖形顯示及尋檢功能。上位機(jī)采用14寸彩顯,以動(dòng)畫圖形及中文方式顯示水池液位、管網(wǎng)壓力、水泵及閥門運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)狀況、耗電量、產(chǎn)水量、設(shè)備狀況等信息。
(6)生產(chǎn)管理功能。上位機(jī)隨時(shí)檢測(cè)并記錄水廠各臺(tái)水泵的出水量及運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),以班次為單位生成生產(chǎn)報(bào)表,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出水量及耗電量,并存入指定單元。
(7)報(bào)警及保護(hù)功能。當(dāng)發(fā)生電氣、液位、機(jī)械等故障時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行聲、光報(bào)警,并采取相應(yīng)措施。上位機(jī)故障時(shí),PLC及變頻器可以組成獨(dú)立控制系統(tǒng)進(jìn)行工作;若整個(gè)上、下位自動(dòng)系統(tǒng)均發(fā)生故障,現(xiàn)場(chǎng)控制柜具有手動(dòng)功能,以保證向用戶供水的不間斷。
2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)
圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) (1)上位機(jī):水廠需24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),現(xiàn)場(chǎng)干擾源多、環(huán)境惡劣。因此,上位機(jī)選用了具有較高可靠性、較強(qiáng)抗干擾能力的研華(ADVANTECH)IPC-610/486型工業(yè)用微機(jī)。上位機(jī)與PLC之間采用RS232標(biāo)準(zhǔn)串行口進(jìn)行通訊,傳輸速率9 600b/s,11位數(shù)據(jù)格式,數(shù)據(jù)長(zhǎng)度7位,1位校驗(yàn)位,啟動(dòng)1位,停止2位。另選研華10位A/D采集卡,采集蓄水池水位信號(hào)和加壓泵組出水流量信號(hào),對(duì)水位信號(hào)運(yùn)用模糊算法進(jìn)行計(jì)算后,給出控制信息由PLC控制潛水泵的啟動(dòng)臺(tái)數(shù)。當(dāng)水位過(guò)低時(shí),認(rèn)為發(fā)生故障,停止一、二次泵組的運(yùn)行并聲光報(bào)警。上位機(jī)為720M硬盤、8M內(nèi)存,可以同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)且歷史記錄較長(zhǎng)。 3 系統(tǒng)的軟件 系統(tǒng)軟件主要包括上位機(jī)管理程序、PLC控制與監(jiān)測(cè)程序以及它們之間的通訊程序。 |
圖2 電路原理圖 (4)上位機(jī)與PLC之間的通訊借助標(biāo)準(zhǔn)RS-232口來(lái)完成??梢杂缮衔粰C(jī)完成給定倒泵的間隔時(shí)間、設(shè)定管網(wǎng)的壓力等工作。同時(shí),下位系統(tǒng)定時(shí)將恒速泵的開(kāi)啟臺(tái)數(shù)、調(diào)速泵的運(yùn)行狀態(tài)(頻率、轉(zhuǎn)速、消耗功率等)、管網(wǎng)壓力等信息報(bào)上位機(jī)進(jìn)行處理和顯示。 4 結(jié)束語(yǔ) 中小型自來(lái)水廠的自動(dòng)化技術(shù)改造有著廣泛的前景。依靠現(xiàn)代化技術(shù)手段對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制和管理,提高設(shè)備運(yùn)行效率和可靠性,節(jié)省寶貴的水、電資源,是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本控制系統(tǒng)將上位機(jī)、PLC、變頻器、相應(yīng)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),軟件設(shè)計(jì)合理,系統(tǒng)調(diào)試較方便;且系統(tǒng)各級(jí)之間可獨(dú)立運(yùn)行,保證了水廠的不間斷生產(chǎn)。實(shí)踐證明,本系統(tǒng)不僅滿足了生產(chǎn)的需要,提高了整個(gè)水廠的整體管理水平,而且僅節(jié)電一項(xiàng)就為水廠創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 |
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