陸細(xì)華

摘要 本文主要就現(xiàn)代水廠自動(dòng)化綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問題進(jìn)行了介紹,在分析水泵起停方式和恒壓供水相關(guān)問題基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì),并對(duì)其中主要設(shè)備選用進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞 水廠自動(dòng)控制技術(shù);體系設(shè)計(jì);設(shè)備選用

中圖分類號(hào) TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào)1674-6708(2009)05-0072-02

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 水泵起停方式

1) 直接起動(dòng)?；\型交流異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生很大的起動(dòng)電流,是電動(dòng)機(jī)額定電流的5～8倍,轉(zhuǎn)矩也會(huì)激增,僅適用于小功率電動(dòng)機(jī)。

2)定子串電阻或電抗降壓起動(dòng)。定子串電阻或電抗降壓起動(dòng)方式適用于輕載起動(dòng),能起到減小起動(dòng)電流和增加起動(dòng)平穩(wěn)性的作用,但因起動(dòng)損耗較大,經(jīng)濟(jì)性差,只在電機(jī)容量較小時(shí)使用。

3)自藕變壓器降壓起動(dòng)。自藕變壓器降壓起動(dòng)有過載和失壓保護(hù),可以減小電動(dòng)機(jī)電流對(duì)電網(wǎng)的影響,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、故障率高、檢修不方便、價(jià)格較高等。

4)星-三角起動(dòng)。星-三角降壓起動(dòng)方式適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組△接的異步電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中,星-三角轉(zhuǎn)換的同時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)尖峰電流,會(huì)影響供電電源和電動(dòng)機(jī),這種起動(dòng)方法常用于空載或輕載起動(dòng)。

5)軟起動(dòng)器起動(dòng)。軟起動(dòng)器是指可控硅降壓軟起動(dòng)器,其原理是利用可控硅的可控整流作用,通過改變可控硅的控制角,使電動(dòng)機(jī)的電壓按一定的規(guī)律升為全壓后,短路旁路接觸器,撤去可控硅的控制信號(hào),即關(guān)斷可控硅,軟起動(dòng)器即可退出運(yùn)行,其用于水泵起動(dòng)中,可以有效避免水錘效應(yīng)的產(chǎn)生。

6)變頻起動(dòng)。變頻起動(dòng)方案是用變頻器帶動(dòng)電機(jī)從零速開始起動(dòng),逐漸升壓升速,直至達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。采用電壓/頻率按比例控制方法,不會(huì)產(chǎn)生過電流,可提供等于額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)力矩,變頻起動(dòng)有恒定的電壓-頻率關(guān)系,對(duì)機(jī)器、負(fù)載及電網(wǎng)的沖擊很小,可以調(diào)速,但價(jià)格高,存在電磁兼容問題,適合于需重載或滿載起動(dòng)的設(shè)備。

1.2 恒壓供水

實(shí)現(xiàn)恒壓供水就是要保持供水壓力基本穩(wěn)定,也就是要調(diào)節(jié)供水水量。調(diào)節(jié)水量可以通過以下兩種方法:1)水泵恒速轉(zhuǎn)動(dòng),通過調(diào)節(jié)閥門的開度來(lái)調(diào)節(jié)供水水量;2)閥門開度一定,通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速繼而調(diào)節(jié)供水水量。

1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1)井群系統(tǒng):對(duì)水泵的控制分為三種方式:手動(dòng)、水源地值班室控制及遠(yuǎn)程。手動(dòng)控制即水泵的啟停完全由人工現(xiàn)場(chǎng)控制;水源地值班室控制即水泵的啟停受水源地值班室控制系統(tǒng)控制;遠(yuǎn)程即水泵的啟停受遠(yuǎn)程中心控制系統(tǒng)的控制。

2)水廠系統(tǒng):包括水廠的兩個(gè)清水池、加氯車間、輸水泵房。水源地來(lái)水蓄積在兩個(gè)清水水池內(nèi),每個(gè)清水水池均有一個(gè)液位計(jì)檢測(cè)水池水位。井群水泵的啟停以水廠蓄水池的水位為目標(biāo)。主要包括以下幾個(gè)單元:(1)水廠參數(shù)采集系統(tǒng):采集水廠中壓力和流量等參數(shù);(2)泵房控制系統(tǒng):控制水泵實(shí)現(xiàn)恒壓供水;(3)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng):負(fù)責(zé)和調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)。

3)管網(wǎng)測(cè)壓系統(tǒng):在整個(gè)管網(wǎng)上分布有若干個(gè)測(cè)壓點(diǎn),這些點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集當(dāng)?shù)氐乃畨?部分還需要采集水流量,這些數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳送給供水調(diào)度中心。

4)調(diào)度中心:這是整個(gè)供水系統(tǒng)的操作、維護(hù)、處理、統(tǒng)計(jì)、分析和監(jiān)管的中心,集中管理和指揮整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。在調(diào)度中心運(yùn)行的監(jiān)控軟件是整個(gè)供水監(jiān)控系統(tǒng)的靈魂。監(jiān)控軟件要實(shí)現(xiàn)同各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信,把系統(tǒng)采集的各種數(shù)據(jù)如壓力、流量等經(jīng)過計(jì)算后以數(shù)據(jù)或圖表的方式顯示,同時(shí)還要故障報(bào)警、發(fā)出相應(yīng)聲光報(bào)警信號(hào)。

2 主要設(shè)備選擇

2.1 可編程控制器PLC

德國(guó)西門子公司的S7-200系列PLC是一種面向微型及小型應(yīng)用的PLC。它以緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的價(jià)格,已成為當(dāng)代各種控制工程的理想控制器。S7-200系統(tǒng)具有強(qiáng)大而靈活的通訊能力。此次設(shè)計(jì)中使用的CPU模塊為CPU226和CPU224,模擬量擴(kuò)展模塊為EM235和EM231,數(shù)字量擴(kuò)展模塊為EM223。

2.2 RTU

RTU (Remote Terminal Unit )是一種安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控單元裝置,負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制。RTU作為遠(yuǎn)程監(jiān)控的一個(gè)平臺(tái),硬件上可以由PLC或者單片機(jī)開發(fā)的控制設(shè)備和通訊部件(無(wú)線電臺(tái)、GPRS設(shè)備)組成,主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能:一是數(shù)據(jù)采集,把現(xiàn)場(chǎng)儀表輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息;二是數(shù)據(jù)通信,把采集的數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)測(cè)中心的計(jì)算機(jī)中,完成和上位機(jī)或其它設(shè)備的數(shù)據(jù)通信。

本系統(tǒng)中,井群控制系統(tǒng)和管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)都使用了RTU。測(cè)壓點(diǎn)主要是利用RTU模擬量輸入通道將管網(wǎng)壓力信號(hào)進(jìn)行采集,必要時(shí)還采集了部分管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的流量信號(hào)。在井群系統(tǒng)中,每一個(gè)單井控制部分使用了一套R(shí)TU設(shè)備,主要是利用其模擬量輸入通道采集水井壓力、液位信號(hào),并將這些信號(hào)傳送給供水調(diào)度中心。同時(shí),接收供水調(diào)度中心或者水源地值班室下達(dá)的水泵啟停命令,利用其數(shù)字量輸出通道控制水泵的啟停,并將水泵接觸器的觸點(diǎn)作為水泵啟停的反饋信號(hào),利用其數(shù)字量輸入通道反饋至供水調(diào)度中心。

2.3 EDA檢測(cè)模塊

EDA模塊是一個(gè)智能型三相電參數(shù)綜合采集模塊,通過此模塊就可以方便的檢測(cè)三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、累計(jì)電量、電源頻率等電參數(shù)。EDA模塊采用高性能嵌入式處理器,利用三表法準(zhǔn)確測(cè)量三相三線制或三相四線制交流電路中的電參數(shù),接線簡(jiǎn)單,操作靈活,其輸入為三相電壓和三相電流,輸出是一個(gè)智能化通訊接口。

2.4 軟起動(dòng)器

軟起動(dòng)器又稱為智能馬達(dá)控制器或固態(tài)控制器,其基本原理是利用可控硅元件組成可控硅橋式電路,電機(jī)的每一相接一對(duì)背靠背連接的可控硅元件,通過微處理器的運(yùn)算來(lái)控制起動(dòng)單元和電動(dòng)機(jī)主要工作參數(shù)并不斷進(jìn)行優(yōu)化,從而降低了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)給電網(wǎng)的沖擊以及傳動(dòng)機(jī)械的沖擊。根據(jù)供水系統(tǒng)控制要求,對(duì)井群水泵只要求合理啟停即可,不需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)速控制,因而水泵的啟停選用軟起動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.5 變頻器

變頻器的作用是將頻率固定(通常為工頻50Hz)的交流電(三相的或單相的)變換成頻率連續(xù)可調(diào)(多數(shù)為0～400Hz)的三相交流電源。這此設(shè)計(jì)中采用的是西門子MICROMASTER430系列75kW變頻器,此變頻器由微處理器控制,并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)作為功率輸出器件,該產(chǎn)品具有很高的運(yùn)行可靠性和通用性。

2.6 液位檢測(cè),壓力檢測(cè)及流量檢測(cè)

液位變送器的工作原理是利用靜壓法測(cè)量液位。壓力檢測(cè)則是指利用不銹鋼膜片感知水壓力,通過硅油傳輸?shù)焦栌推囊粋?cè),同時(shí)參考?jí)毫?大氣壓、密封壓、絕壓)作用于膜片的另一側(cè),壓力差產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力場(chǎng),它使硅膜片一側(cè)拉伸,分別處于壓縮區(qū)的兩個(gè)應(yīng)變電阻和拉伸區(qū)兩個(gè)應(yīng)變電阻感受壓力變化引起阻值變化。根據(jù)測(cè)量要求,從儀表產(chǎn)品的實(shí)際情況出發(fā),綜合地考慮測(cè)量的安全、準(zhǔn)確和經(jīng)濟(jì)性,并根據(jù)被測(cè)流體的性質(zhì)及流動(dòng)情況確定流量取樣裝置的方式和測(cè)量?jī)x表的型式為超聲波流量計(jì)。

3 結(jié)論

在現(xiàn)代化的大型水廠中,除了采用先進(jìn)的設(shè)備和控制技術(shù)對(duì)廠區(qū)內(nèi)部進(jìn)行有效控制和管理外,還要求實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)地區(qū)或城市整個(gè)供水系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化管理。本文主要探討了現(xiàn)代水廠自動(dòng)化綜合控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)問題,為相似設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

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