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              超聲波流量計在一種自動供水系統中的應用設計

              發表時間:2017-06-03 ??點擊次數:? 技術支持:15601403222
                    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,也是我們生活必不可少的珍貴財富。我國目前還是一個發展中國家,更加要注重對水資源的有效利用。
                     供水系統在生活和工業現場是必不可少的關鍵設備,傳統系統中有采用水泵的,有采用變頻的,而現在供水系統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達到高性能、高節能成為技術的發展趨勢。本文主要運用PLC及PID調節技術設計了一套恒壓供水系統,分別進行了硬件系統和軟件系統的設計和開發,開發了操作方便,參數可以顯示的上位機界面,并通過系統的調試和試運行,整個系統運行效果良好,達到了用戶的需求。
               
                     恒壓供水調速系統可實現水泵電動機的無差調速,根據用水量的變化,自動調節供水的壓力(即水流量),在用水量發生變化時保持水壓恒定以滿足用水的需求。對供水系統進行的控制是為了滿足對水流量的需求,考慮到在動態的情況下,水管內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 硬件系統設計
                1.1 上位機
                由觸摸屏、計算機組成。
                觸摸屏:安裝在現場,通過與PLC的通訊,實現對現場設備及參數的監測與控制。
                計算機:安裝在主控室,通過與PLC的通訊,實現對現場設備的監測與控制,同時還能實現監控變量的記錄、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,其是控制系統的核心,負責系統的中央控制,根據I/O模塊的輸入信號,順序執行程序,執行后的輸出信號經I/O輸出模塊傳送至現場設備,從而達到控制現場設備的目的;通過MPI或DP通訊口實現與上位計算機或觸摸屏等設備的數據傳送,實現通信功能;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:有數字量輸入模塊、數字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊之分。輸入模塊實現數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行設備,從而實現對數字量和模擬量設備的控制。
                1.3 檢測元件
              由現場檢測儀表組成,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。
                1.4 執行機構
                通過變頻器、電動閥等調節閥門的大流程圖
              小來控制介質流量,從而實現壓力、流量等參數的控制。
                2 軟件系統設計
                系統的軟件由兩大功能模塊組成:計算機控制系統和觸摸屏控制系統。
                2.1 控制原理
                作為一個控制系統,控制算法是編程的主要依據。目前,PID調節是控制理論中技術成熟、應用廣泛的一種算法。本系統采用PID調節實現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
                使用WinCC flexible 組態軟件,對各個壓力和流量測控。主要有泵房系統畫面、生產泵控制、循環泵控制、PID控制、報警、實時數據、參數設置等幾部分構成,可以實現以下功能:
               ?。?)壓力和液位的檢測、報警;(2)PID參數的調節;(3)報表的查詢、預覽、打??;(4)實時數據和歷史曲線的瀏覽、打印。
                2.2.1 系統外部流程
               ?。?)蓄水池進水管流量監控;
               ?。?)回水泵站液位監控: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、集水坑液位監控;
               ?。?)集水坑液位高限報警設置;
               ?。?)各個井內排污泵運行狀態監控:
                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、電流等運行狀態監控。
                2.2.2 報警記錄
                報警出現的時間及報警信息,可以通過報警記錄方便的查詢出現故障的時間及原因。
               ?。?)系統報警信息記錄;(2)吸水池、集水坑、循環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

                當系統出現報警時,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
                水是生產生活中重要的組成部分,人們對供水質量和供水系統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、工業生產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。自動供水系統極大提高了效率,節省了資源,因此在當今節水、節能和高效時代,采用的自動化技術、控制技術和計算機技術,設計出高性能、高節能的自動供水控制系統成為發展趨勢。
               

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