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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):1260? 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
上一條:廢水電磁流量計在提供監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性的判別技術情況介紹
下一條:各類工業(yè)測量的變送器原理簡單了解及其常見故障解決方案
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

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
當系統(tǒng)出現(xiàn)報警時,控制畫
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。基本流程圖如圖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:
?。?)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??;(4)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
(1)蓄水池進水管流量監(jiān)控;
?。?)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。
(3)吸水池液位、集水坑液位監(jiān)控;
?。?)集水坑液位高限報警設置;
(5)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。
(1)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。
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。基本流程圖如圖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:
?。?)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??;(4)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
(1)蓄水池進水管流量監(jiān)控;
?。?)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。
(3)吸水池液位、集水坑液位監(jiān)控;
?。?)集水坑液位高限報警設置;
(5)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。
(1)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。

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。
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。
上一條:廢水電磁流量計在提供監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性的判別技術情況介紹
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