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    超聲波流量計在一種自動供水系統(tǒng)中的應用設計

    發(fā)表時間：2017-06-02 ??點擊次數(shù)：1167? 技術支持：1560-1403-222
          水是一種特殊的、不可替代的資源，同時水也是一種可重復使用、可再生的資源。水運用在各行各業(yè)，也是我們生活必不可少的珍貴財富。我國目前還是一個發(fā)展中國家，更加要注重對水資源的有效利用。
           供水系統(tǒng)在生活和工業(yè)現(xiàn)場是必不可少的關鍵設備，傳統(tǒng)系統(tǒng)中有采用水泵的，有采用變頻的，而現(xiàn)在供水系統(tǒng)大部分采用的自動化技術、控制技術以及通訊技術，使得不同領域的恒壓供水系統(tǒng)達到高性能、高節(jié)能成為技術的發(fā)展趨勢。本文主要運用PLC及PID調節(jié)技術設計了一套恒壓供水系統(tǒng)，分別進行了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設計和開發(fā)，開發(fā)了操作方便，參數(shù)可以顯示的上位機界面，并通過系統(tǒng)的調試和試運行，整個系統(tǒng)運行效果良好，達到了用戶的需求。
     
           恒壓供水調速系統(tǒng)可實現(xiàn)水泵電動機的無差調速，根據(jù)用水量的變化，自動調節(jié)供水的壓力（即水流量），在用水量發(fā)生變化時保持水壓恒定以滿足用水的需求。對供水系統(tǒng)進行的控制是為了滿足對水流量的需求，考慮到在動態(tài)的情況下，水管內(nèi)的水壓力的大小與供水和用水之間的平衡情況，當供水量大于用水量時，壓力上升，水泵不工作或者功率減少；當供水量小于用水水量時，壓力下降，到達設定壓力下限時，為了保證供水的正常，水泵開始工作或者加大功率，為水箱注水。
    　　1 硬件系統(tǒng)設計
    　　1.1 上位機
    　　由觸摸屏、計算機組成。
    　　觸摸屏：安裝在現(xiàn)場，通過與PLC的通訊，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備及參數(shù)的監(jiān)測與控制。
    　　計算機：安裝在主控室，通過與PLC的通訊，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的監(jiān)測與控制，同時還能實現(xiàn)監(jiān)控變量的記錄、打印、報警等功能，功能較為強大。
    　　1.2 下位機
    　　主要由CPU模塊、I/O模塊組成。
    　　CPU模塊：選用西門子S7-300系列，其是控制系統(tǒng)的核心，負責系統(tǒng)的中央控制，根據(jù)I/O模塊的輸入信號，順序執(zhí)行程序，執(zhí)行后的輸出信號經(jīng)I/O輸出模塊傳送至現(xiàn)場設備，從而達到控制現(xiàn)場設備的目的；通過MPI或DP通訊口實現(xiàn)與上位計算機或觸摸屏等設備的數(shù)據(jù)傳送，實現(xiàn)通信功能；同時具有自診斷功能，可以檢測錯誤并記錄和報警。
    　　I/O模塊：有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊之分。輸入模塊實現(xiàn)數(shù)字量和模擬量信號的采集，輸出模塊把輸出信號傳遞給外圍執(zhí)行設備，從而實現(xiàn)對數(shù)字量和模擬量設備的控制。
    　　1.3 檢測元件
    由現(xiàn)場檢測儀表組成，主要有超聲波流量計、壓力變送器、液位計等儀表。
    現(xiàn)場超聲波流量計采用的是RZ-1158C外夾式超聲波流量計，該流量計的特點是安裝方便，對于測量現(xiàn)場的適應性強，測量管道的口徑從25mm-1200mm都能夠很準確地測量。特別適合測量采供水行業(yè)。
    　　1.4 執(zhí)行機構
    　　通過變頻器、電動閥等調節(jié)閥門的大流程圖
    小來控制介質流量，從而實現(xiàn)壓力、流量等參數(shù)的控制。
    　　2 軟件系統(tǒng)設計
    　　系統(tǒng)的軟件由兩大功能模塊組成：計算機控制系統(tǒng)和觸摸屏控制系統(tǒng)。
    　　2.1 控制原理
    　　作為一個控制系統(tǒng)，控制算法是編程的主要依據(jù)。目前，PID調節(jié)是控制理論中技術成熟、應用**的一種算法。本系統(tǒng)采用PID調節(jié)實現(xiàn)對壓力和流量的精確控制?；玖鞒虉D如圖1所示。

    　　2.2 計算機控制系統(tǒng)
    　　使用WinCC flexible 組態(tài)軟件，對各個壓力和流量測控。主要有泵房系統(tǒng)畫面、生產(chǎn)泵控制、循環(huán)泵控制、PID控制、報警、實時數(shù)據(jù)、參數(shù)設置等幾部分構成，可以實現(xiàn)以下功能：
    　　（1）壓力和液位的檢測、報警；（2）PID參數(shù)的調節(jié)；（3）報表的查詢、預覽、打?。唬?）實時數(shù)據(jù)和歷史曲線的瀏覽、打印。
    　　2.2.1 系統(tǒng)外部流程
    　?。?）蓄水池進水管流量監(jiān)控；
    　　（2）回水泵站液位監(jiān)控：回水箱上面的四個指示燈分別代表左右側水箱的液位上下限指示；
    　　當液位處于下限位以下時，下限指示燈為紅色，上限指示燈為綠色；
    　　當液位處于下限位之上，上限為之下時，下限指示燈為綠色，上限指示燈為綠色；
    　　當液位處于上限位之上時，下限指示燈為綠色，上限指示燈為紅色。
    　?。?）吸水池液位、集水坑液位監(jiān)控；
    　?。?）集水坑液位高限報警設置；
    　?。?）各個井內(nèi)排污泵運行狀態(tài)監(jiān)控：
    　　M1：1#蓄水池進水管儀表井排污泵；
    　　M2：2#蓄水池進水管儀表井排污泵；
    　　M3：1#蓄水池出水管溝排污泵；
    　　M4：2#蓄水池出水管溝排污泵；
    　　M5：吸水池出水管溝排污泵；
    　　M6：回水泵站排污泵；
    　　M7、M8：泵房集水坑排污泵；
    　　M10：電極箔供水總管儀表井排污泵。
    　?。?）回水泵站兩臺回水泵運行頻率、電流等運行狀態(tài)監(jiān)控。
    　　2.2.2 報警記錄
    　　報警出現(xiàn)的時間及報警信息，可以通過報警記錄方便的查詢出現(xiàn)故障的時間及原因。
    　?。?）系統(tǒng)報警信息記錄；（2）吸水池、集水坑、循環(huán)泵房水池液位超限報警記錄；（3）各個電機的故障報警記錄；（4）加壓泵房電機通訊故障報警記錄；（5）報警提示框，如圖3所示。流程圖

    　　當系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，控制畫
    面將自動彈出報警提示框。報警提示框可以紀錄三條報警信息，上端的報警信息為新報警。當報警解除后，報警提示框自動消失，操作員也可以手動關閉報警提示框，但是此時報
    警信息并未消除，單擊報警提示的三角警示圖標，可以顯示和隱藏新的三條報警信息。
    　　電動閥的操作分為手動操作和自動操作。
    　　手動操作狀態(tài)下，操作員通過閥位給定，手動給定電動閥開度，同時可以通過下方的市政水壓力與流量監(jiān)控，判斷開度給定值是否合適，閥位反饋值為電動閥當前的開度反饋。
    　　自動操作狀態(tài)下，操作員需要設置吸水池自動關閥液位及開閥液位，PLC控制器將自動判斷吸水池液位，當吸水池液位高于關閥液位時，電動閥將自動關閉，當吸水池液位下降至開閥液位時，電動閥自動開啟，開度為30%。
    　　關閥液位也是吸水池液位的報警值設定。

    　　3 結語
    　　水是生產(chǎn)生活中重要的組成部分，人們對供水質量和供水系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。我國水資源短缺并且分布不均，同時在市政供水、工業(yè)生產(chǎn)供水等方面自動化程度低，特別是在用水高峰時，誰的供給量低于需求量，浪費了大量的人力、物力和財力。自動供水系統(tǒng)極大提高了效率，節(jié)省了資源，因此在當今節(jié)水、節(jié)能和高效時代，采用的自動化技術、控制技術和計算機技術，設計出高性能、高節(jié)能的自動供水控制系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢。
     


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