基于ＰＬＣ的自来水远程监控系统

徐志祥　肖　俊

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0320010－01

一、引言

城市建设的迅速发展对供水质量的要求也越来越高。供水系统实现运行、控制和管理综合自动化已势在必行。近年来由于我市地表水源日趋紧张，且受到不同程度的污染，严重影响城市的经济发展和市民的生活。于是我设计新建一座利用河水的侧渗补给开发地下水源的洗煤厂。

在水源地内，多眼井星罗棋布在水库上。为了确保供水生产的安全、可靠、连续。针对水厂制水过程的特点和控制系统的功能要求，我们采用基于西门子PLC的恒压力供水系统。

二、编程控制器的概述

PLC即可编程控制器，是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。国际电工委员会（IEC）对PLC曾作了如下定义：“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”这段话完全道出了PLC的特点和应用领域。其主要有以下特点：

1．可靠性高。为了满足工业生产对控制设备安全可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。

2．环境适应性强。PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作，具有很好的抗空间电磁干扰的能力，它一般对环境温度要求也不高，在环境温度-20至65度、相对湿度为35%至85%情况下仍可正常工作。

3．灵活通用。在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品已经系列化，结构形式多种多样，在机型上又很大的选择余地。其次同一机型的PLC其硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置。

4．使用方便、维护简单。PLC控制的输入输出模块。特殊功能模块都具有即插即卸功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入输出均采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入输出均采用传感器仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。整个连接过程仅需要一把螺钉旋具即可完成。

三、变频恒压供水系统控制方案的设计与选择

变频恒压供水系统主要有压力传感器、压力变送器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。系统主要的设计任务是利用恒压控制单元使变频器控制一台水泵或循环控制多台水泵，实现管网水压的恒定和水泵电机的软起动以及变频水泵与工频水泵的切换，同时还要能对运行数据进行传输。根据系统的设计任务要求，结合系统的使用场所，有以下方案可供选择：

1．有供水专用的变频器+水泵机组+压力传感器。这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器供水基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。它虽然简化了电路结构，降低了设备成本，但对压力设定和压力反馈值的显示比较麻烦，无法自动实现不同时段的不同恒压要求，在调试时，PID调节参数的系统优化比较困难，调节范围小，系统的稳态、动态性能不易保证。其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，数据通信困难，并且限制了带负载的容量，因此仅适用于要求不高的小容量场合。

2．通用变频器+单片机（包括变频控制、调节器控制）+人机界面+压力传感器。这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性能价格比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差，同时变频器在运行时，将产生干扰，变频器的功率越大，产生的干扰越大，所以必须采取相应的抗干扰措施来保证系统的可靠性。该系统适用于某一特定领域的小容量的变频恒压供水。

3．通用变频器+PLC（包括变频控制、调节器控制）+组态软件十压力传感器。这种控制方式灵活方便，具有良好的通信接口，可以方便地与其他的系统进行数据交换；通用性强，由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。在硬件设计上，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，当控制要求发生改变时，可以方便地通过PC机来改变存储器中的控制程序，所以现场调试方便。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出“变频器主电路++PLC（包括变频控制、调节器控制）十组态软件十压力传感器”的控制方式更适合于本系统。这种控制方案既有扩展功能灵活方便、便于数据传输的优点，又能达到系统稳定性及控制精度的要求。

四、变频恒压供水控制器的性能特点

1．高效节能。优化的节能控制软件，使水泵实现最大限度地节能运行。由电机学公式可知，系统电机功耗与电机转速成立方关系，在压力不变时，水泵出水量与电机转速成正比。本设备采用恒压量工作方式，当用水量减小时，系统保持管网恒压，通过降低水泵转速来减少供水量，耗电量按立方特性降低。根据实际用水情况设定管网压力，自动控制水泵出水量，减少了水的跑、漏现象。

2．设备投资省、占地面积小。本系统与其它供水方式比较，由于主要设备只是控制柜及水泵，省去了大量的设备占地面积，从而大幅度节省了土建投资，而且就设备本身而言，供水量越大，采用变频恒压供水设备的价格优势就越显著。

3．设备运行合理、可靠性高、配置灵活。采用闭环调节控制技术，达到了恒压供水，避免了由于超压供水造成的电能浪费。变频器采用软起动工作方式，消除了直接起动对电网的冲击和干扰，彻底避免了水泵启动时大电流和水压突增的情况，减少对供电电网的冲击，降低了电机及电气元件的故障率。

4．联网功能。采用全中文工控组态软件一Kingview，实时监控各个站点，如电机的电压、电流、工作频率、管网压力及流量等。并且能够累积每个站点的用电量，累积每台泵的出水量，同时提供各种形式的打印报表，以便分析统计。

5．减少污染。由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。

五、恒压供水设备的应用场合

1．居民区、住宅楼、村镇的集中生活供水系统；

2．高层建筑、宾馆、饭店等生活供水系统；

3．综合市场、写字楼、商务楼宇的生活供水系统；

4．自来水厂、供水加压泵站；

5．工矿企业的生产、生活供水、恒压流量供水工艺流程等。

总之，基于PLC的监控系统具有优越的性能，并且现在技术成熟，其应用前景广阔。

参考文献：

[1]殷洪义编著，《可编程序控制器选择设计与维护》，机械工业出版社.

[2]马国华编著，《监控组态软件及其应用》，清华大学出版社，2004年8月.

[3]陈浩编著，《案例解说PLC变频器及触摸屏综合运用》，2007年7月.

[4]李方圆编著，《PLC行业应用实践》，中国电力出版社，2007年1月.