1. 引言

恒壓供水系統(tǒng)對(duì)于某些工業(yè)或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產(chǎn)過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時(shí)缺水時(shí)，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)使產(chǎn)品報(bào)廢和設(shè)備損壞。又如當(dāng)發(fā)生火警時(shí)，若供水壓力不足或無水供應(yīng)，不能迅速滅火，可能引起重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以某些用水區(qū)采用恒壓轟水系統(tǒng)，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

在舊加壓設(shè)備中，恒壓供水一般采用起動(dòng)或停止加壓站的水泵和調(diào)節(jié)出口閥開度來實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)是采用繼電接觸器控制線路，這種系統(tǒng)線路復(fù)雜，維護(hù)困難，操作麻煩，工人要24小時(shí)值班看守，勞動(dòng)強(qiáng)度大。所以有必要對(duì)之進(jìn)行改造，提高自動(dòng)化水平。

本文介紹的用于某自來水加壓站快速起動(dòng)恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，采用松下電工生產(chǎn)的FP3型可編程序控制器（PLC）進(jìn)行控制，用研華工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，自動(dòng)化程度高，整個(gè)工作程序自動(dòng)完成，能清楚地顯示各個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓。

本系統(tǒng)還設(shè)有多種保護(hù)，如水壓超限報(bào)警、閥門故障報(bào)警、水位超限報(bào)警并處理、水泵電機(jī)電流過流報(bào)警并處理等。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制要求

恒壓供水系統(tǒng)由主供水回路、備用回路、2個(gè)清水池及泵房組成，如圖1所示。

其中泵房裝有1# ~ 6#共6臺(tái)150kW泵機(jī)。另外還有多個(gè)（V1 ~ V23）電動(dòng)閘閥控制各供水回路和水流量。

要求該恒壓供水系統(tǒng)具有如下基本操作功能。

（1）當(dāng)市政自來水壓力高于設(shè)定壓力21.56×104Pa時(shí)，直接由市自來水供水。

（2）當(dāng)市自來水低于設(shè)定壓力，但不低于下壓力7.84×104Pa時(shí)，采用直抽水加壓供水方案。即逐步起動(dòng)2臺(tái)泵機(jī)向管網(wǎng)充壓。當(dāng)檢測(cè)到市自來水高于設(shè)定壓力時(shí)，再轉(zhuǎn)換成市自來水直接供水。

（3）當(dāng)自來水壓力持續(xù)低于2.94× 104Pa或出現(xiàn)確切負(fù)壓信號(hào)時(shí)，應(yīng)立即轉(zhuǎn)換成抽池水加壓，但此時(shí)應(yīng)保證水池水位高于最低限水位的條件。

（4）當(dāng)采用直抽水或抽池水加壓供水時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)其總出口水壓為給定值，調(diào)節(jié)誤差小于等于± 10%。

3. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

恒壓供水系統(tǒng)的檢測(cè)點(diǎn)以及控制量較多，是一個(gè)規(guī)模較大的測(cè)控系統(tǒng)。根據(jù)其特點(diǎn)，我們選用了松下電工的FP3可編程序控制器作為控制裝置。該控制器與其它可編程序控制器相比，具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，如FP3采用了模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際需要靈活組裝，使用方便，I/O分配采用自由編程方式；容量大，程序量只受掃描周期限制，而掃描周期可在一定范圍內(nèi)自行更改；具有A/D、D/A、脈沖輸出、位置控制等高級(jí)單元，可實(shí)現(xiàn)“共享存儲(chǔ)器”；另外還有一些特殊的功能。

恒壓供水PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1虛框內(nèi)所示。系統(tǒng)包括一個(gè)電源單元、一個(gè)CPU單元、一個(gè)上位機(jī)聯(lián)結(jié)單元，還有I/O 單元和A/D單元。上位機(jī)采用研華工控機(jī)ABB公司組態(tài)軟件，上位機(jī)聯(lián)結(jié)單元通過C？/FONT》NET適配器與之通訊。工控機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，顯示器顯示了整個(gè)加壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各個(gè)閥門與水泵的實(shí)時(shí)狀態(tài)、讀出各個(gè)水壓及流量、閥門的開度、水池水位等參數(shù)，并有各種報(bào)警實(shí)時(shí)顯示和故障記錄。

系統(tǒng)既有模擬量輸入，也有開關(guān)量輸入。模擬量通過A/D模塊輸入，共27個(gè)通道。I/O各有96個(gè)點(diǎn)。

4. PLC的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)恒壓供水操作要求，PLC控制系統(tǒng)要隨時(shí)監(jiān)控市自來水以及供水口的情況來決定是否要起動(dòng)水泵，或是采用直抽水充壓方案還是采用抽水池水充壓的方案?？刂葡到y(tǒng)的程序較復(fù)雜。

在控制過程中，供水口的水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)是一個(gè)重要和較有特色的設(shè)計(jì)部分之一，在此著重介紹實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恒壓功能的軟件設(shè)計(jì)。

由于供水系統(tǒng)管道長(zhǎng)、管徑大，閥門的開、關(guān)、管網(wǎng)充壓都較慢，故系統(tǒng)是一個(gè)大滯后系統(tǒng)。同時(shí)因?yàn)槭窃谂f設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，要利用現(xiàn)有的設(shè)備，故并未采用調(diào)速調(diào)壓，而是采用下述多種方法對(duì)水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先采用分段調(diào)節(jié)法，把水壓偏差分為四段，即10%、20%、30%、40%，當(dāng)檢測(cè)到偏差較小時(shí)，輸出的控制量（蝶閥的增量）較小，且操作周期亦較大；當(dāng)偏差較大時(shí)，則輸出的控制量較大而操作周期較小，使其快速減小偏差而又避免過大超調(diào)。另外，在偏差小于等于± 10%時(shí)，再加上模糊控制，根據(jù)D ek=ek-ek-1的值來確定是否調(diào)節(jié)蝶閥開度，使誤差進(jìn)一步減少，保證其小于等于± 10%的誤差要求。當(dāng)調(diào)節(jié)閥門開度仍不能使偏差進(jìn)入允許范圍時(shí)，用起動(dòng)或停止1臺(tái)或1臺(tái)以上水泵的方法來調(diào)節(jié)水壓。通過這樣多種調(diào)節(jié)水壓方法相結(jié)合，可使出水口水壓得到滿意的調(diào)節(jié)效果。

自動(dòng)調(diào)壓子程序框圖如圖2所示。

5. 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的PLC恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于某工業(yè)區(qū)，運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)完全滿足其設(shè)計(jì)要求，具有操作方便、可靠性強(qiáng)、數(shù)據(jù)完整、監(jiān)控及時(shí)等突出優(yōu)點(diǎn)，并大大地減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短了操作時(shí)間，受到了操作人員、維護(hù)人員、管理人員的好評(píng)。該監(jiān)控系統(tǒng)的成功設(shè)計(jì)，也為類似系統(tǒng)的舊設(shè)備改造提供了可取的經(jīng)驗(yàn)。