一種變頻式恒壓自動(dòng)供水控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種變頻式恒壓自動(dòng)供水控制系統(tǒng)及方法，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，城市不斷擴(kuò)建，城市人口不斷增加，城鎮(zhèn)居民用水量大大更加，給自來水廠帶來極大的壓力，根據(jù)現(xiàn)用的供水系統(tǒng)情況，針對(duì)水廠當(dāng)前存在的自動(dòng)化程度不高，能耗較大，為滿足不斷增多的居民的生活用，自來水的原有老設(shè)備已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)作，可靠性也大大降低的情況，同時(shí)在用水的高峰期難以保證供水的穩(wěn)定性。隨著人們對(duì)供水要求的日益提高，結(jié)合當(dāng)今發(fā)展迅速的變頻恒壓供水技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，對(duì)送水栗站進(jìn)行監(jiān)控實(shí)現(xiàn)恒壓供水及對(duì)整個(gè)自來水廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。因此就必須對(duì)水廠的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)供水高效、穩(wěn)定、可靠的目的。實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶恒壓供水已成為自來水公司的必然選擇，同時(shí)系統(tǒng)需要適應(yīng)不斷增加的供水設(shè)備接入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種變頻式恒壓自動(dòng)供水控制系統(tǒng)及方法，用于解決現(xiàn)有城市居民急速增加帶來的供水困難與供水不穩(wěn)定的問題，老供水設(shè)備在居民用的高峰期與低峰期供水方式一成不變，使得高峰期出現(xiàn)水壓不足，低峰期水壓過大，不能保證恒壓供水，同時(shí)造成電能資源嚴(yán)重浪費(fèi)的問題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種變頻式恒壓自動(dòng)供水控制系統(tǒng)，包括PLCl、變頻器2、液位傳感器3、模擬量輸出模塊4、壓力傳感器5、接觸器切換電路6、水栗7、電機(jī)8、手動(dòng)控制模塊9;
所述模擬量輸出模塊4、變頻器2和手動(dòng)控制模塊9分別與PLCI相連接，液位傳感器3檢測(cè)的輸出信號(hào)與模擬量輸出模塊4相連接，壓力傳感器5檢測(cè)的輸出信號(hào)分別與模擬量輸出模塊4和變頻器2的PID模塊相連接，PLCl和變頻器2的PID模塊分別連接到接觸器切換電路6，接觸器切換電路6與電機(jī)8相連接，電機(jī)8帶動(dòng)水栗7運(yùn)轉(zhuǎn)供水。
[0005]還包括PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線10及PC上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)11;其中，PC上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)11通過PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線1與PLCl相連接。
[0006]—種變頻式恒壓自動(dòng)供水控制方法，所述方法的具體步驟如下:
Stepl、通過PLCl設(shè)定管壓參數(shù)目標(biāo)值的區(qū)間為[0.95SP，1.05SP]；
Step2、判斷手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式運(yùn)行:
Step2.1、如果是手動(dòng)模式，則啟動(dòng)手動(dòng)處理模塊9: PLCl檢測(cè)到液位傳感器3無水位報(bào)警信號(hào);如果有水位報(bào)警信號(hào)，則進(jìn)行停栗控制，如果無水位報(bào)警信號(hào)，則檢測(cè)壓力傳感器5有無超壓信號(hào);如果有超壓信號(hào)，則進(jìn)行停栗控制，如果無超壓信號(hào)，則檢測(cè)水栗7有無停止信號(hào)；如果有水栗7停止信號(hào)，則進(jìn)行停栗控制，否則檢測(cè)手啟栗信號(hào):如果有手啟栗信號(hào)，則進(jìn)行增開栗控制;接著執(zhí)行步驟Step3;其中，無超壓信號(hào)，表示當(dāng)前管壓參數(shù)值沒有超過水管能承受的安全值;有手啟栗信號(hào)，表示存在人為觸發(fā)啟動(dòng)水栗控鍵;有停止信號(hào)，表示存在人為觸發(fā)停止水栗控鍵；
Step2.2、如果是自動(dòng)模式，PLCl則進(jìn)行變頻器2的接通及判斷變頻器2有無故障存在: Step2.2.1、當(dāng)變頻器2有故障時(shí)，則執(zhí)行自動(dòng)工頻恒壓處理模塊:
自動(dòng)工頻恒壓處理模塊的處理過程為:
Step2.2.1.1、壓力傳感器5將采集的當(dāng)前管壓參數(shù)值經(jīng)模擬量輸出模塊4進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化后發(fā)送給至PLCl;
Step2.2.1.2、PLC1判斷經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的當(dāng)前管壓參數(shù)值是否在設(shè)定區(qū)間內(nèi):
若在，系統(tǒng)狀態(tài)不變，接著執(zhí)行步驟Step3;
若不在，則判斷經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的當(dāng)前管壓參數(shù)值與設(shè)定區(qū)間的大小:如果小于區(qū)間下限則延時(shí)按序工頻增加一臺(tái)開啟的水栗數(shù);如果大于區(qū)間上限則延時(shí)按序減少一臺(tái)開啟的水栗數(shù)，當(dāng)工作的水栗7僅剩一臺(tái)，則執(zhí)行步驟Step3;
Step2.2.1.3、延時(shí)改變水壓設(shè)定范圍，并將當(dāng)前管壓參數(shù)值SPl由壓力傳感器5經(jīng)模擬量輸出模塊4進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化后傳回PLCl，同時(shí)，建立管壓參數(shù)目標(biāo)值的區(qū)間為[XII，X12];其中，Xl I=SP-1.05 I Λρ I，X12=SP+1.05|Ap|，Ap=SPl-SP;
Step2.2.1.4、根據(jù)更新后的設(shè)定區(qū)間，執(zhí)行步驟Step2.2.1.2；
其中，初次進(jìn)入自動(dòng)工頻恒壓處理模塊時(shí)，設(shè)置I臺(tái)水栗工作在工頻狀態(tài)；
Step2.2.2、當(dāng)變頻器2無故障時(shí)，PLCl判斷變頻器2的頻率是否在設(shè)定的范圍內(nèi):
Step2.2.2.1、如果在，則執(zhí)行自動(dòng)變頻恒壓處理模塊:
自動(dòng)變頻恒壓處理模塊的處理過程為:
Step2.2.2.1.1、壓力傳感器5采集當(dāng)前管壓參數(shù)值作為反饋信號(hào)輸入變頻器2模擬輸入端子；
Step2.2.2.1.2、通過變頻器2的PID控制，將當(dāng)前管壓參數(shù)值與SP作比較:如果大于，變頻器2降低頻率并帶動(dòng)水栗7的電機(jī)8轉(zhuǎn)速降低，如果小于，變頻器2提高頻率并帶動(dòng)水栗7的電機(jī)8轉(zhuǎn)速提尚；
Step2.2.2.I.3、重復(fù)執(zhí)行步驟Step2.2.2.1.1-步驟Step2.2.2.1.2,直到當(dāng)前管壓參數(shù)值與SP相等，執(zhí)行步驟Step3 ；
其中，初次進(jìn)入自動(dòng)變頻恒壓處理模塊時(shí)，開啟變頻器2及I臺(tái)水栗變頻零轉(zhuǎn)速啟動(dòng)； Step2.2.2.2、如果不在，則按照如下步驟執(zhí)行:
Step2.2.2.2.1、壓力傳感器5采集當(dāng)前管壓參數(shù)值作為反饋信號(hào)輸入變頻器2模擬輸入端子；
Step2.2.2.2.2、通過變頻器2的PID控制，將當(dāng)前管壓參數(shù)值與SP作比較:
Step2.2.2.2.2.1,如果小于，則執(zhí)行欠壓處理模塊，欠壓處理模塊的處理過程為:
檢測(cè)有無變頻水栗運(yùn)行:
如果有，則判斷哪一個(gè)水栗變頻運(yùn)行，把變頻改為工頻運(yùn)行，執(zhí)行步驟Step3;
如果無，則檢測(cè)有無工頻栗運(yùn)行:如果有，則判斷哪臺(tái)水栗最后開啟的工頻運(yùn)行，并啟動(dòng)該水栗后一臺(tái)水栗變頻運(yùn)行;如果無，則啟動(dòng)一臺(tái)水栗變頻運(yùn)行，執(zhí)行步驟Step3 ；
Step2.2.2.2.2.2,如果大于，則執(zhí)行超壓處理模塊，超壓處理模塊的處理過程為:
檢測(cè)有無變頻水栗運(yùn)行:
如果有，則判斷哪一個(gè)水栗變頻運(yùn)行，把變頻栗關(guān)掉，執(zhí)行步驟Step3; 如果無，則按序判斷哪臺(tái)水栗最先開啟的工頻運(yùn)行，關(guān)閉該水栗后啟動(dòng)該栗變頻運(yùn)行，執(zhí)行步驟Step3;
Step3、故障檢測(cè):
Step3.1、如果系統(tǒng)發(fā)生故障，則執(zhí)行故障處理模塊，故障處理模塊處理過程為:
首先判斷是否水位不足或過滿:如果不足或過滿，則關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)轉(zhuǎn)入報(bào)警程序發(fā)出水位信號(hào)報(bào)警；
其次判斷是否變頻器2是否故障:如果是，則關(guān)閉自動(dòng)變頻恒壓處理模塊，并啟動(dòng)自動(dòng)工頻恒壓處理模塊，同時(shí)轉(zhuǎn)入報(bào)警程序發(fā)出變頻器故障報(bào)警；
Step3.2、如果系統(tǒng)沒有發(fā)生故障檢測(cè)，則，則循環(huán)執(zhí)行步驟Stepl到Step3整個(gè)過程。
[0007]本發(fā)明的工作原理是:
保證整個(gè)供水網(wǎng)管的出水口的壓力供應(yīng)恒定從而保證最不利點(diǎn)處用戶的用水量的滿足。
[0008]變頻式恒壓自動(dòng)供水控制系統(tǒng)，通過PROFIBUS將多個(gè)PLC與上位監(jiān)控主機(jī)相連，再由相應(yīng)的PLCl其他各個(gè)下層部分相連，液位傳感器3檢測(cè)的輸出信號(hào)與模擬量輸出模塊4相連接，其中:壓力傳感器5采集供水系統(tǒng)出水網(wǎng)管上的壓力變化，而后把變化值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，再把這信號(hào)分別傳送給模擬量輸出模塊4和變頻器2的PID模塊。變頻器2在接受到這些信號(hào)后，利用PID模塊對(duì)其進(jìn)行PID算法的處理，最后轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的所需控制信號(hào)一一頻率(這是用來對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié))。變頻器處理后的信號(hào)，一部分作為功能預(yù)設(shè)值，并且傳給PLC JLC利用這些信號(hào)對(duì)交流接觸器組的開關(guān)的判斷及控制。PLCl和變頻器2的PID模塊分別連接到接觸器切換電路6)，接觸器切換電路6)直接與電機(jī)8栗組相連接，電機(jī)8帶動(dòng)水栗7運(yùn)轉(zhuǎn)供水，直接決定電機(jī)栗組的運(yùn)行狀態(tài)。
[0009]液位傳感器3主要負(fù)責(zé)檢測(cè)供水水池的水位深度，大多數(shù)情況下，這些信號(hào)只是作為應(yīng)急措施用。液位傳感器3信號(hào)是傳送給PLCl的。其目的是PLCl根據(jù)這信號(hào)判斷水池是否在正常的安全線內(nèi)，防止被供水池抽空和水溢出的危險(xiǎn)并進(jìn)行報(bào)警。
[0010]手動(dòng)控制模塊9的手動(dòng)控制信號(hào)的輸入是用來直接控制電機(jī)栗組的運(yùn)行，系統(tǒng)在手動(dòng)控制的模式下時(shí)，手動(dòng)控制信號(hào)(包括開啟和停止電機(jī)栗組)以最高的優(yōu)先級(jí)來通過PLC直接控制水栗機(jī)組的啟停。當(dāng)系統(tǒng)切換的全自動(dòng)控制模塊時(shí)，根據(jù)各傳感器的輸入信號(hào)，信號(hào)就自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恒壓控制的目的。此時(shí)，當(dāng)變頻器工作正常時(shí)，壓力信號(hào)通過壓力傳感器5，傳送給變頻器2內(nèi)置的PID，經(jīng)PID運(yùn)算后，輸出信號(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而控制水栗的轉(zhuǎn)速進(jìn)而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時(shí)，網(wǎng)管管路壓力下降，變頻器頻率就升高，水栗轉(zhuǎn)速加快，反之，頻率下降水栗減速運(yùn)姓，從而維持恒壓供水。當(dāng)用水量大于一臺(tái)水栗的最大供水量時(shí)，通過PLCl的內(nèi)部控制進(jìn)行對(duì)接觸器切換電路的控制，使其再投入一臺(tái)水栗。同樣的原理，PLCl根據(jù)用水量的大小，可自動(dòng)確定投入的水栗臺(tái)數(shù)。
[0011 ]當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)停止上述的自動(dòng)供水方式，相應(yīng)的啟動(dòng)工頻自動(dòng)運(yùn)行供水方式(該方案只是一種后備方案，系統(tǒng)絕大部分時(shí)間都應(yīng)該運(yùn)行在變頻恒壓運(yùn)行方式)，此時(shí)水壓傳感器的信號(hào)直接輸入PLCl，由PLCl進(jìn)行信號(hào)的范圍判斷，從而決定何時(shí)增栗(只能是工頻運(yùn)行)，何時(shí)減栗。由此來實(shí)現(xiàn)近似的恒壓自動(dòng)供水。
[0012]通過PROFIBUS連接的上位監(jiān)控主機(jī)實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)恒壓供水的目的。
[0013]其中，供電系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)為:
[I]系統(tǒng)采用變壓器調(diào)壓功能來進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換。把工業(yè)電源380V/50HZ的三相電源轉(zhuǎn)化成PLC和其他設(shè)備要求的220V電源。當(dāng)然，對(duì)變頻器