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    超声波流量计在一种自动供水系统中的应用设计

    发表时间:2017-06-03   点击次数:  技术支持:15601403222
          水是一种特殊的、不可替代的资源,同时水也是一种可重复使用、可再生的资源。水运用在各行各业,也是我们生活必不可少的珍贵财富。我国目前还是一个发展中国家,更加要注重对水资源的有效利用。
           供水系统在生活和工业现场是必不可少的关键设备,传统系统中有采用水泵的,有采用变频的,而现在供水系统大部分采用先进的自动化技术、控制技术以及通讯技术,使得不同领域的恒压供水系统达到高性能、高节能成为技术的发展趋势。本文主要运用PLC及PID调节技术设计了一套恒压供水系统,分别进行了硬件系统和软件系统的设计和开发,开发了操作方便,参数可以显示的上位机界面,并通过系统的调试和试运行,整个系统运行效果良好,达到了用户的需求。
     
           恒压供水调速系统可实现水泵电动机的无差调速,根据用水量的变化,自动调节供水的压力(即水流量),在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水的需求。对供水系统进行的控制是为了满足对水流量的需求,考虑到在动态的情况下,水管内的水压力的大小与供水和用水之间的平衡情况,当供水量大于用水量时,压力上升,水泵不工作或者功率减少;当供水量小于用水水量时,压力下降,到达设定压力下限时,为了保证供水的正常,水泵开始工作或者加大功率,为水箱注水。
      1 硬件系统设计
      1.1 上位机
      由触摸屏、计算机组成。
      触摸屏:安装在现场,通过与PLC的通讯,实现对现场设备及参数的监测与控制。
      计算机:安装在主控室,通过与PLC的通讯,实现对现场设备的监测与控制,同时还能实现监控变量的记录、打印、报警等功能,功能较为强大。
      1.2 下位机
      主要由CPU模块、I/O模块组成。
      CPU模块:选用西门子S7-300系列,其是控制系统的核心,负责系统的中央控制,根据I/O模块的输入信号,顺序执行程序,执行后的输出信号經I/O输出模块传送至现场设备,从而达到控制现场设备的目的;通过MPI或DP通讯口实现与上位计算机或触摸屏等设备的数据传送,实现通信功能;同时具有自诊断功能,可以检测错误并记录和报警。
      I/O模块:有数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块之分。输入模块实现数字量和模拟量信号的采集,输出模块把输出信号传递给外围执行设备,从而实现对数字量和模拟量设备的控制。
      1.3 检测元件
    由现场检测仪表组成,主要有超声波流量计、压力变送器、液位计等仪表。
    现场超声波流量计采用的是RZ-1158C外夹式超声波流量计,该流量计的特点是安装方便,对于测量现场的适应性强,测量管道的口径从25mm-1200mm都能够很准确地测量。特别适合测量采供水行业。
      1.4 执行机构
      通过变频器、电动阀等调节阀门的大流程图
    小来控制介质流量,从而实现压力、流量等参数的控制。
      2 软件系统设计
      系统的软件由两大功能模块组成:计算机控制系统和触摸屏控制系统。
      2.1 控制原理
      作为一个控制系统,控制算法是编程的主要依据。目前,PID调节是控制理论中技术最成熟、应用最广泛的一种算法。本系统采用PID调节实现对压力和流量的精确控制。基本流程图如图1所示。

      2.2 计算机控制系统
      使用WinCC flexible 组态软件,对各个压力和流量测控。主要有泵房系统画面、生产泵控制、循环泵控制、PID控制、报警、实时数据、参数设置等几部分构成,可以实现以下功能:
      (1)压力和液位的检测、报警;(2)PID参数的调节;(3)报表的查询、预览、打印;(4)实时数据和历史曲线的浏览、打印。
      2.2.1 系统外部流程
      (1)蓄水池进水管流量监控;
      (2)回水泵站液位监控:回水箱上面的四个指示灯分别代表左右侧水箱的液位上下限指示;
      当液位处于下限位以下时,下限指示灯为红色,上限指示灯为绿色;
      当液位处于下限位之上,上限为之下时,下限指示灯为绿色,上限指示灯为绿色;
      当液位处于上限位之上时,下限指示灯为绿色,上限指示灯为红色。
      (3)吸水池液位、集水坑液位监控;
      (4)集水坑液位高限报警设置;
      (5)各个井内排污泵运行状态监控:
      M1:1#蓄水池进水管仪表井排污泵;
      M2:2#蓄水池进水管仪表井排污泵;
      M3:1#蓄水池出水管沟排污泵;
      M4:2#蓄水池出水管沟排污泵;
      M5:吸水池出水管沟排污泵;
      M6:回水泵站排污泵;
      M7、M8:泵房集水坑排污泵;
      M10:电极箔供水总管仪表井排污泵。
      (6)回水泵站两台回水泵运行频率、电流等运行状态监控。
      2.2.2 报警记录
      报警出现的时间及报警信息,可以通过报警记录方便的查询出现故障的时间及原因。
      (1)系统报警信息记录;(2)吸水池、集水坑、循环泵房水池液位超限报警记录;(3)各个电机的故障报警记录;(4)加压泵房电机通讯故障报警记录;(5)报警提示框,如图3所示。流程图

      当系统出现报警时,控制画
    面将自动弹出报警提示框。报警提示框可以纪录三条报警信息,最上端的报警信息为最新报警。当报警解除后,报警提示框自动消失,操作员也可以手动关闭报警提示框,但是此时报
    警信息并未消除,单击报警提示的三角警示图标,可以显示和隐藏最新的三条报警信息。
      电动阀的操作分为手动操作和自动操作。
      手动操作状态下,操作员通过阀位给定,手动给定电动阀开度,同时可以通过下方的市政水压力与流量监控,判断开度给定值是否合适,阀位反馈值为电动阀当前的开度反馈。
      自动操作状态下,操作员需要设置吸水池自动关阀液位及开阀液位,PLC控制器将自动判断吸水池液位,当吸水池液位高于关阀液位时,电动阀将自动关闭,当吸水池液位下降至开阀液位时,电动阀自动开启,开度为30%。
      关阀液位也是吸水池液位的报警值设定。

      3 结语
      水是生产生活中重要的组成部分,人们对供水质量和供水系统的可靠性提出了更高的要求。我国水资源短缺并且分布不均,同时在市政供水、工业生产供水等方面自动化程度低,特别是在用水高峰时,谁的供给量低于需求量,浪费了大量的人力、物力和财力。自动供水系统极大提高了效率,节省了资源,因此在当今节水、节能和高效时代,采用先进的自动化技术、控制技术和计算机技术,设计出高性能、高节能的自动供水控制系统成为发展趋势。
     

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