基于PLC的供水管网漏水检测系统设计与应用

陈晴,胡海龙

（安徽中烟工业有限责任公司阜阳卷烟厂，安徽阜阳 236000）

1 引言

水资源是工业生产中不可或缺的基础物质资料之一，同时也占据了工业生产的成本。随着近些年节能降耗的深入开展，如何提高水资源的综合利用率成为热门的话题。工业用水一般通过管网供水，它具有成本低、节省能源、安全性高和供给稳定等优点，应用十分普遍，但是管网老化、施工不良等原因，会形成明漏点和暗漏点，造成水资源浪费[1]。目前常见的检测方法有：（1）人工检漏法是最原始最直接的检漏方法，主要依靠现场点检人员，以发现明漏点为主，一般不能发现暗漏点，该方法只适用于简单的水管检查，不能当做管网漏水检查的主要方法[2]。（2）仪器分析法。通过专门的仪器，例如雷达、超声等设备，对产生的漏水声进行判断，查找出漏点。此方法检测效果较好，但需要投入相应的设备，资金投入量加大[3-4]。（3）水平衡探测法是利用停产休息期间，关闭全部用水用户，在供水管网正常条件下，检测总管流量大小；或者在正常供水情况下，分区域逐级进行总管与分管检漏检测流量和压力大小，这种方法不能适用于连续生产企业。（4）管网系统故障诊断法是利用控制技术和管网水力特性相结合及时发现和准确确定管道漏水地点的方法。该方法把供水管网作为一个完整的系统来考虑，基于计算机自动监控系统来实现[5]。

2 基于PLC控制的漏水检测系统

2.1 控制系统的设计思路

本文以某卷烟厂供水管网为例，选择一天生产中用水量较稳的时段，查询统计出该时段的用水量的最大值作为模型的判定基准值。卷烟厂生产用水取自地下水，由供水管网进行输送到各个用水单元，管道错综复杂且管网存在老化现象，管道漏水现象时有发生，如不及时发现漏水点并进行处理，轻则是造成水压下降，水资源流失；重则影响生产设备的正常用水。如果水泄漏可能会导致电气设备短路，造成设备不可逆的损坏，产生安全隐患。利用PLC设计控制程序，统计出每日对应时段的用水量，并与基准值进行对比，如果连续三天均超出基准值的20%，程序输出一个报警点至监控系统。最后，监控系统实现报警，在接受程序输出报警时弹出报警画面“管网漏水，请检修！”[6]。

2.2 控制系统的硬件

该系统主要由检测装置、控制装置和报警装置三部分组成。

其中检测装置是用于采集总水管和各分支管道的用水流量。通过综合比较，选择了瑞士E+H公司电磁流量计，型号为PROline promag 10w，其特点是可靠性高、稳定性强、精准度达到±0．5%、防护等级达到IP69，不仅过程控制效果佳，同时支持多种通讯协议，便于信号的输出。

控制装置主要完成流量等数据采集、程序处理和漏水报警点输出。通过性能比较，采用了西门子S7-200系列PLC，它虽然结构紧凑小巧，但具有扩展性良好、指令功能强大、运行速度快和丰富全面的通讯扩展等优点，为现代自动化控制提供一个非常有效和经济的解决方案。其集成的RS485接口可作为系统总线和程序监控使用，同时部分型号的CPU集成了一定数量的I/O点，点数较少的控制系统就不用额外的扩展数字量输入输出模块。另外通过扩展EM277通讯模块，实现200PLC 与E+H 流量计之间的Profibus-DP 通讯，读取流量计的瞬时和累积流量；通过编写漏水判断程序，实现输出漏水报警点。

报警装置采用美国GE公司iFIX上位机监控系统，通过以太网与PLC进行通讯，主要完成数据采集和数据管理，提供画面和声音报警。

具体的供水管网漏水检测系统硬件如图1所示。

图1 供水管网漏水检测系统硬件图

2.3 控制系统的软件

此系统的控制程序采用模块结构，便于程序的扩展和调试。控制程序分为一个主程序和四个子程序。主程序用于完成控制任务调度，子程序分为初始化子程序、流量计采集转换子程序、参数传送子程序和报警输出子程序。

管网漏水检测的PLC程序控制流程图如图2所示。

图2 PLC程序控制流程图

（1）选择判定基准值

根据调查某卷烟厂，在夜间两点到三点之间工厂的用水量较少且稳定。通过查询统计该时段用水量的历史记录，得出最大值，并把最大值作为判定基准值。

（2）编写漏水报警程序

在编程软件中，编程实现每天对该时段的累计流量与基准值进行比较，当该时段的累计流量连续三天超出基准值的20%，PLC编程器输出一个报警点。

（3）编辑监控系统报警界面

将程序中的报警点采集到监控系统iFIX 的后台数据库，编写后台代码，实现漏水时弹出画面自动预警提示“管网漏水，请检修！”，以便人员及时进行检查确认此用水段的漏水点。

图3 PLC部分程序截图

3 结束语

该漏水检测系统实施一年来自动检测出五次地下水管网漏水报警，将漏水发现时间由原来平均一个月降低至3天。此检测方式有效的减少了漏水发现时间，同时减少了地下管网漏水导致的浪费。

图4 上位监控系统报警截图

管网漏水检测是企业供水系统管理重点工作之一，及时发现供水管道的漏点并采取处理措施，不仅能有效减少水资源浪费，而且保证水压稳定，为设备安全运行和产品质量提供坚实保障。