长江大学学报（自然科学版） ２０１０年１２月第７卷第４期：理工 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔ Ｓｃｉ Ｅｄｉｔ）Ｄｅｃ．２０ ｌ ０，Ｖｏ１．７ Ｎｏ．４：Ｓｃｉ＆Ｅｎｇ ・ １３５・ 智能型分时分压供水系统的研究 许广彬 （淮南联合大学机电系，安徽淮南２３２００１） ［摘要］分析了智能型分时分压供水系统的结构、工作原理和工作过程，设计了硬件电路；根据系统的控 制要求，设计出流程框图，特别是分时分压自动操作模式和功能子程序ｉｔ－作流程图。该系统可以实现供 水过程的自动化控制，具有稳定、高效和低能耗的特点。实际应用证明，与传统供水控制模式相比其能 耗大大下降，经济和社会效益显著提高。 ． ［关键词］智能型；分时分压；ＰＩ Ｃ；变频器；触摸屏 ［中图分类号］ＴＰ２４２ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７３—１４０９（２０１０）０４一Ｎ１３５—０５ 城市供水系统是保障城市经济发展和人民生活的重要基础设施，城市供水系统安全经济运行是个永 恒的话题，在大力提倡构建和谐社会的今天，安全经济供水不仅影响供水企业，而且涉及到社会的稳 定。过去常用的供水方法，如水塔供水、恒速泵加压供水，由于存在着很大缺陷，已基本淘汰。现在常 用的供水方法是变频恒压供水，即采用变频器直接控制泵类负载，利用变频器内置ＰＩＤ调节软件，直 接调节电动机的转速保持恒定的水压，从而满足系统要求的压力。供水系统采用变频控制，既能大量节 约能源，又能稳定供水系统的压力，保障管网系统的安全运行，是非常有实际意义的。为此，笔者设计 了智能型分时分压供水系统，下面对其进行详细阐述。 ｒ系统硬件设计 １．１系统的构成 根据供水工作原理和控制系统的功能要求，可以设计出 供水系统的电气控制系统框图，如图ｌ所示。该系统的核心 控制器是可编程序逻辑控制器ＰＩ Ｃ，有数字量的输入和输 出，模拟量的输入只有一组。触摸屏采用监控画面实现操作 员对过程的控制和过程可视化，如压力的设定和实际压力的 显示等。 １．２主电路的设计 图２所示为电控系统主电路图。３台电机分别为Ｍ１、 Ｍ２、Ｍ３，接触器ＫＭ１、ＫＭ３、ＫＭ５分别控制Ｍ１、Ｍ２、 Ｍ３的工频运行；接触器ＫＭ２、ＫＭ４、ＫＭ６分别控制Ｍ１、 图１ 电气控制系统框图 Ｍ２、Ｍ３的变频运行。ＦＲｌ、ＦＲ２、ＦＲ３分别为３台水泵电 机过载保护用的热继电器；ＱＳ１、ＱＳ２、ＱＳ３、Ｑｓ４分别为 变频器和３台水泵电机主电路的隔离开关；ＦＵ１为主电路的熔断器；ＶＶＶＦ为通用变频器。 １．３控制电路的设计 图３所示为电控系统控制电路图。ＳＡ为手动／自动转换开关，ＳＡ打在１的位置为手动控制状态， 打在２的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮ＳＢ１ ＳＢ８控制３台泵的启／停和电磁阀ＹＶ２的 通／断，保证自动运行出现故障时，可以控制３台泵工频运行，实现对用户的不间断供水。系统自动运 行时，ＰＬＣ在程序控制下运行，ＰＩ Ｃ的输出端Ｑｏ．０～ＱＯ．６分别控制３台泵的工频、变频运行及水池 阀门，实现分时分压智能化供水。 ［收稿日期］２０１０—０８—２３ ［作者筒介］许广彬（１９６９～），男，１９９１年大学毕业，讲师，现主要从事自动化专业方面的教学与研究工作。 长江大学学报（自然科学版） ２０１０年１２月 图中的Ｑｏ．ｏ～Ｏｏ．５为ＰＬＣ输出端 ｏ＝ｍ ＦＵ１ 一 ¨ｎ ＝＝Ｉ 触点，它们分别控制ＫＭ１～ＫＭ６交流接 触器线圈。为使图面整洁，图中与ＰＬＣ模 块相连的７根线，只用１根线代表。ＰＩ Ｃ ＱＳ 输出端触点旁边的４、６、８等数字为接线 编号，Ｌ和Ｎ所加电源电压为交流２２ｏＶ。 ＶＶｖＦ １．４ ＰＬＣ外围电路的设计 图４所示为ＰＬＣ的外围接线图。 ＰＬＣ外围电路主要由主机Ｓ７—２ＯＯＣＰＵ２２４ ＰＬＣ、Ｉ／Ｏ扩展模块ＥＭ２２１和４模拟量 输入／１输出混合模块ＥＭ２３５组成。 Ｌ＋、Ｍ为ＰＬＣ自身提供的直流 ２４Ｖ电源的正、负极。水池的高位及低 位的检测为数字量，连接到ＰＬＣ的输入 点ＩＯ．３和１０．４上。控制面板上的手动控 图２电控系统主电路 制部分１０．１、１０．５～Ｉ２．０的输入主要在 调试系统时使用，调试完成后基本处于闲置状态。１Ｌ和２Ｉ 为输出端Ｑ０．０～Ｑ０．６的公共端，Ｌ１和Ｎ 为ＰＬＣ的交流２２０Ｖ工作电源输入端，Ｑ０．０～ＱＯ．６输出端分别控制ＫＭ１～ＫＭ６交流接触器线圈和水 池阀门，具体连接见图３ 急停 手动启动 自动启动 水池高位 水池低位 １●泵工频启动 １●泵变频启动 裂工频启动 粟变ｊ氢启动 ３．裂工频启动 ３Ｉ象变频启动 电动机加速 电动机藏速 水池进水阀门 变频器复位 图３ 电控系统控制电路 图４ ＰＬＣ的外围接线图 ＥＭ２２１和ＰＬＣ的扩展口相连，它从Ｉ／Ｏ总线上获取＋５Ｖ的电源，它的输入点的公共端１Ｍ也接 在ＰＬＣ的Ｍ端，为２４Ｖ电源负极，输入点需要连接的２４电源正极可连在ＰＩ Ｃ的Ｉ ＋端。 第７卷第４期：理工 许广彬：智能型分时分压供水系统的研究 ＥＭ２３５要实时采集泵出口处水压，送给ＰＬＣ以实现压力闭环控制，只有一路模拟量输入，通过压 力传感器电路将压力信号转换成０￣２０ｍＡ的直流电流信号。 ２系统软件设计 智能型分时分压供水实现的关键是自动模式程序的设计，在工作流程图中不仅要完成每天分时间段 的压力变化及每时间段的压力变频恒定调节，还要实现水泵拖动电动机每隔２ｈ轮换工作。 通过手动／自动开关将系统选择为自动模式，按下自动启动按钮，系统自动开始运行，其工作过程 包括以下几个方面： １）初始化串口，读取系统时钟并扫描各时 段压力值设定。 自动控制 ２）向变量传送现时段的设定压力值，并通 过串口传送给变频器。 串口初始化 读取系统时钟 ３）执行画面显示程序。 扫描各时段压力值设定 ４）如不停止，检测水池水位，水位满足要 求，执行控制１模块程序（执行顺序为１＃泵一２ 向预备变量传送满足现时 ＃泵一３＃泵，再回到１＃泵重复循环）。 段条件的设定压力值，并 通过串口传送给变频器 ５）运行到２ｈ，执行控制２模块程序（执 行顺序为２＃泵一３＃泵一１＃泵，再回到２＃泵重 复循环）。 执行画面显示程序（当前 实际压力、设定压力值及 ６）运行到２ｈ，执行控制３模块程序（执 运行频率） 行顺序为３＃泵一１＃泵一２＃泵，再回到３＃泵重 复循环）。 ７）运行到２ｈ，重新回到执行控制１模块 Ｙ 程序，再进行下一个循环。 在设单一变频器的３台泵组分时分压供水 泵站中，为了使设备均匀地磨损，水泵及电动 机是轮换工作的。如和变频器相连接的泵为变 图５分时分压自动操作模式工作流程图 频泵，变频泵也是轮流担任的，每隔２ｈ，变频 泵轮换工作一次。分时分压自动操作模式工作流程如图５所示。 在分时分压自动控制模式流程图中，调用了水池水位检测和完成压力闭环控制的子程序（具体为３ 台泵的变频调速、工频运行和停止控制），主要包括水池水位检测程序、控制１模块程序（包括１＃泵 控制程序、２＃泵控制程序、３＃泵控制程序和切除工频运行程序）、控制２模块程序（包括２＃泵控制 程序、３＃泵控制程序、１＃泵控制程序和切除工频运行程序）和控制３模块程序（包括３＃泵控制程 序、１＃泵控制程序、２＃泵控制程序和切除工频运行程序）。 水池水位检测程序主要对进水阀门的运行和停止进行控制，水池水位检测工作流程图如图６所示。 控制１模块的１、２、３＃泵控制程序主要控制１、２、３＃泵的变频调速、工频运行和停止，控制１ 模块１、２、３＃泵控制流程图如图７～９所示。 控制１模块的切除工频运行程序主要控制当３台泵在工频状态下运行时，根据检测到的管内压力反 馈值，３台泵依次停止，控制１模块切除工频运行泵工作流程如图１Ｏ所示。 控制１模块的１＃泵控制程序、２＃泵控制程序、３＃泵控制程序和切除工频运行程序构成１＃泵、２ ＃泵和３＃泵每时间段（２ｈ）的压力变频恒定调节，即随着压力从零增加到最大值，泵从１＃泵变频运 行增至１＃泵、２＃泵和３＃泵全部工频运行；当压力从最大值减小到零，３台泵从３＃泵、２＃泵和１＃ 泵全部工频运行减至１＃泵变频运行，最后全部停机。控制２模块和控制３模块中用到的４个程序流程 图的设计，与控制１模块程序流程图类似。 ・ １３８・ 长江大学学报（自然科学版） ２０１０年１２月 图６水池水位检测工作流程图 图８控制１模块２＃泵控制流程图 图７控制１模块１＃泵控制流程图 图９控制１模块３＃泵控制流程图 第７卷第４期：理工 许广彬：智能型分时分压供水系统的研究 图ｌＯ控制１模块切除工频运行泵工作流程图 ３结 语 智能型分时分压供水自动控制系统是根据不同用户的不同用水特点而设计的全自动、节能型、可靠 性好、新型供水自动控制系统。它集成变频调速、ＰＬＣ控制、ＰＩＤ调节、逻辑电路、传感技术、触摸 屏技术等数项先进技术，可在不同时段，根据供水管网瞬间用水量的不同而引起的压力微量变化，自动 改变水泵转速和启动台数，变频器微调和ＰＬＣ宏观相结合，自动调节供水峰谷期的供水量，解决 了目前供水系统中存在的可靠性不高、自动化程度低、能耗高等问题。 ［参考文献］ ［１］张泽伟，曲鸿章，谢兴华．变频器在恒压供水系统中的应用［Ｊ］．自动化技术与应用，２００２，（４）：２７￣２９． ［２］王涛，王爱国．ＰＬＣ及变频技术实现的恒压供水系统［Ｊ］．自动化博览，２００４，（６）：４１￣４２，４４． ［３］王宪生，李先祥．基于ＤＳＰ控制的变频自动恒压供水系统设计［Ｊ］．自动化仪表，２００６，（１２）：２３～２５． ［４］程玉华．西门子ｓ７—２００工程应用实例分析［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００８． ［５］吴志敏．西门子ＰＩ Ｃ与变频器、触摸屏综合应用教程［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００９． ［编辑］ 易国华
