基于西门子S7-200型PLC的智能供水控制设计分析

宁雪伟

摘要：随着经济不断的发展，智能供水控制系统发展越来越广泛，因此基于笔者多年的经验，本文介绍了基于西门子S7-200型PLC的控制系统，然后介绍了系统的相应模块，仅供参考。

关键词：西门子S7-200 ;PLC;智能供水控制

一.引言

在中国西部，水资源稀缺，尤其是在广大的农村地区。农场灌溉和日常饮用水控制设备简单原始，大多数抽水站都采用抽水供水方式。饮用水供应不稳定，质量低和安全隐患。为了提高泵的供水稳定性和质量，我们设计了两个自动控制系统，用于自动供水和两个泵的相互备用切换，并使用西门子S7-200 PLC作为自动控制的关键控制元素。该控制和无人值守的供水系统解决了水泵在启动和运行过程中突然停止，导致管道松动或折断、损坏电机并停止大量供水的问题。提高供水稳定性和设备寿命。

二.硬件设计

该控制设计通过自动控制两个工程泵电机的水泵来完成工作。如果在供水项目中使用两个水泵，则两个水泵之间应该存在分工问题。就供水能力而言，单个泵必须能够承受用户的设计水流量要求，并且两个泵的合力必须能够承受用户的最大需水量。就工作模式而言，工作的一般区别是一组正在工作而另一组正在等待。当然，也可以同时工作或同时工作。详细的设计方法如下：

（1）每个泵都有四个工作状态：“手动”、“自动工作”、“自动待机”和“停止”。状态切换到4位通用开关。

（2）当“手动”操作状态应用于供水系统的安装，维护完成或PLC电路故障（包括输入信号电路，输出电路和PLC设备故障）时，操作管理人员现场手动操作启动，带停机按钮的泵操作手动控制。

（3）为了收集自动控制信号，水塔设置有四个水位电极：“公共”，“高水位”，“低水位”和“过低水位”。

（4）低压断路器（自动空气开关）安装在主电路中，对泵电机的主电路提供短路保护，在紧急情况下还可以用作紧急停止开关。

（5）热继电器与主回路中交流接触器后面的泵电机过载保护串联。

（6）设置必要的信号装置。每个泵单元都配备有一组红色和绿色交通信号灯，用于指示泵单元的运行和停止状态。 将黄色，绿色和红色电源指示灯组设置为缺少相位监视。

三.软件设计

PLC控制软件使用梯形图进行编程，控制程序如图1所示。在此任务中，PLC如何识别水位信号是关键和难点。控制决策应基于水位变化趋势（上升或下降）以及水位电极回路的开/关，在设计泵电机的PLC控制时，必须首先解决PLC识别水位信号的问题。

对于工作泵来说，当水位低于“低水位”时，它会自动启动，直到水位达到“高水位”时才停止工作。对于备用泵，如果水位低于“低水位”，它将自动启动并继续工作，直到水位达到“高水位”以停止运行。显然，除了在PLC识别水位时识别“低水位”，“过低水位”和“高水位”外，还存在“保持”运行过程的问题。西门子S7-200 PLC的SET（设置）和RST（复位）命令具有“保持”功能，可将短信号或步进信号转换为长信号。图2是图1的控制程序中的“网络1、2、3、4”程序段的“时序图”，该信号程序可以清晰地证明如何将从PLC到水位电极的水位信号转换成自动泵控制信号和水泵自动待机控制信号。

四.模块举例

（一）水压控制模块

液压控制模块由施耐德的ATV312变频器和小型自吸家用泵组成。该模块使用变频器实现水泵的软启动和变频调速，压力传感器检测到当前液压信号（4-20mA电流）作为反馈值，并将其发送到PLC，以与通过用户机界面输入的压力设定值进行比较，以进行PID计算，然后PLC进行数字转换。信号转模拟信号（4-20mA电流）输出，通过线控输入到变频器，在设置相关参数之前，变频器采用2线制控制（即控制方式为2线制控制）。控制变频器的输出电压和频率，然后改变泵电机的速度以改变供水量，最后使水管压力稳定在设定值附近。在液位检测系统中，水位信号作为电信号（4-20mA电流）通过液位传感器传输到PLC，模拟量转换为数字量并与设定值进行比较。输出高电位或低电位。控制电磁阀的启动或关闭，这是一种简单的闭环控制系统。系统开始工作时，PLC打开控制电磁阀以填充水箱。当水箱中的水达到设定值时，PLC将控制电磁阀关闭并停止向水箱中注水。考虑到液位是一个不稳定的值，在设定值附近会有一个浮动范围，因此在实际操作中，继电器可能会在高频下打开和关闭，因此会为保护继电器设定一个浮动值。它比值得的设置还要大。

（二）采集模块介绍

该模块分为两部分：液压采集模块和液位采集模块。水压采集模块采用PTH501压力传感器。 该传感器采用全不锈钢密封和焊接结构，具有良好的耐湿性、介质兼容性、成本低、测量范围1?150MPa、综合精度0.1%FS、介质温度：-20?82℃，液位采集模块采用输入式液位传感器PT124B-220，采用先进的包装技术和完善的装配工艺，确保产品长期稳定无泄漏，多种标准信号输出选择和产品运行，方便的用户调试范围：0… 1mH2O?0… .300mH2O。综合精度：0.25%FS;0.5%FS。输出信号：4-20mA（2线制），0-5V，0-10V（3线制）。 电源电压：24（12至36）VDC（放大信号）。

五.结论

綜上所述可以分析得到，安装调试完成后，控制系统满足控制系统的所有过程要求，并处于良好的工作状态。 实际上，使用西门子S7-200 PLC控制两个泵电机以实现自动/手动操作，它可以完全替代现有的继电器控制系统，具有开发周期短，硬件设计简单的优点，广泛应用于工业控制，农业灌溉，水塔水位控制等领域的泵电机自动控制系统中。

参考文献：

[1]龙建明.基于西门子S7-200型PLC的智能供水控制设计[J].杨凌职业技术学院学报，2016，15（2）：21-24. DOI：10.3969/j.issn.1671-9131.2016.02.006.

[2]湖南沃尔特水设备有限公司.一种双PLC控制的智能供水设备：CN201920287949.2[P].2020-03-31.