白政民

摘 要:供水管網(wǎng)的泄漏會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失及環(huán)境危害,及時(shí)對(duì)管道檢測(cè)并準(zhǔn)確對(duì)閥門進(jìn)行合理調(diào)節(jié)是減少漏損率的關(guān)鍵。介紹基于AT89C52單片機(jī)為核心的供水管網(wǎng)檢測(cè)及閥門智能控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)的建立,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制,使管理員在最短的時(shí)間內(nèi)了解現(xiàn)場(chǎng)情況并做出相應(yīng)對(duì)策,不僅提高了供水企業(yè)的管理服務(wù)水平,而且降低了供水成本。

關(guān)鍵詞:AT89C52單片機(jī);電磁閥;供水管網(wǎng);智能控制

中圖分類號(hào):TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2009)19-163-03

Detection of City Water Supply Pipes Net and Design of Valves Intelligent Control System

BAI Zhengmin

(Xuchang University,Xuchang,461000,China)

Abstract:The leakage of water supply pipe network should lead to economic loss and environmental hazard,so it′s the key to reduce the leakage rate by detecting the pipeline timely and carrying out reasonable adjustment to the valves accurately.The design of hardware and software based on AT89C52 single-chip microcomputer and as the core of the water supply pipes net detection and valves intelligent control system are introduced.Setting up the system can help us achieve the city water supply pipe network data′s acquisition and the automatic control of valves.so it′s possible for administrators to understand the situation and make appropriate countermeasures in the shortest time.As a result,it not only improve the management of water supply service′s level,but also lower the cost of water supply.

Keywords:AT89C52 single-chip microcomputer; electromagnetic valve; water supply pipe network;intelligent control

0 引 言

城市供水管網(wǎng)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模巨大的管線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是城市賴以生存的血脈。近年來(lái),隨著技術(shù)進(jìn)步和改造資金投入,多數(shù)供水企業(yè)建立了供水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)(SCADA),實(shí)現(xiàn)了水源和原水輸送系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、凈水構(gòu)筑物和工藝設(shè)備監(jiān)控以及供水管網(wǎng)測(cè)壓等功能,但閥門啟閉和調(diào)節(jié)還必須依靠操作工人到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)完成。

管網(wǎng)閥門是供水系統(tǒng)中的重要設(shè)施,起到輸送、關(guān)斷、調(diào)節(jié)供水流量、壓力和改變流向等管網(wǎng)調(diào)控作用,是供水系統(tǒng)暢通輸配和管網(wǎng)搶修、維護(hù)、改造的重要保證措施。因此閥門作為管網(wǎng)中的一個(gè)重要設(shè)備,如何更好地管理,對(duì)搞好管網(wǎng)建設(shè)及運(yùn)行管理顯得越來(lái)越重要。

1 供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

通常供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由四部分組成(如圖1所示):管網(wǎng)參數(shù)測(cè)量,閥門智能控制系統(tǒng),管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心,閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其原理是通過(guò)傳感器遠(yuǎn)程采集管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù),經(jīng)有線或無(wú)線等方式將信號(hào)傳遞到企業(yè)管網(wǎng)控制中心和閥門智能控制系統(tǒng),閥門智能控制系統(tǒng)根據(jù)傳送來(lái)的適時(shí)反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),控制電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行閥門調(diào)節(jié)。其中閥門智能控制系統(tǒng)是控制的核心部分。

圖1 供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 管網(wǎng)參數(shù)測(cè)量

供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般要求測(cè)量壓力、流量、流速、流向四路數(shù)據(jù)。所以現(xiàn)場(chǎng)需要配置壓力、流量、流速、流向變送器,然后通過(guò)有線或無(wú)線的方式把參數(shù)信號(hào)發(fā)送到閥門智能控制終端或管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心。對(duì)主管道應(yīng)分段測(cè)量,如圖2所示。

閥門V1的參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊位于閥門V2前方,閥門V2的參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊位于閥門V3前方。如此類推,這樣參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊才能準(zhǔn)確地把主管道L1,L2,…段的參數(shù),反饋給閥門智能控制系統(tǒng)和管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心。

圖2 供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)測(cè)量示意圖

3 閥門智能控制系統(tǒng)

閥門智能控制系統(tǒng)可獨(dú)立地對(duì)傳遞來(lái)的管網(wǎng)參數(shù)信號(hào)進(jìn)行處理,根據(jù)處理后的結(jié)果向閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行信號(hào),還可以把參數(shù)上傳到管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心。

閥門智能控制系統(tǒng)可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、單片微型機(jī)系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文以單片機(jī)為控制核心并給出了針對(duì)某一測(cè)量點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

閥門智能控制系統(tǒng)主要包括主控制器CPU、A/D、D/A、8255A、6264SRAM、按鍵輸入電路、LED顯示電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘和復(fù)位電路,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 閥門智能控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心,配合相應(yīng)的傳感器將檢測(cè)到的壓力、流量、流速、流向四路數(shù)據(jù)經(jīng)變送器處理后,轉(zhuǎn)換成0~5 V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),送ADC0809芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,單片機(jī)每隔500 ms循環(huán)采樣一次,采樣5次后進(jìn)行中值濾波,經(jīng)數(shù)據(jù)變換后,在LED上顯示各參數(shù)的實(shí)際值(工程量),并將信息發(fā)送到管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心。同時(shí)檢測(cè)值與給定值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果輸出控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出控制電壓,驅(qū)動(dòng)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

為了增加系統(tǒng)的靈活性,設(shè)計(jì)了一個(gè)4×4的矩陣式鍵盤。鍵碼0～9為輸入的數(shù)字量,按“A”鍵,顯示壓力;按“B”鍵,顯示流量;按“C”鍵,顯示流速;按“D”鍵,顯示流向;按“E”鍵,撤銷報(bào)警;按“F”鍵,投入報(bào)警。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)應(yīng)用程序由主程序及中斷服務(wù)程序兩大部分組成。

3.2.1 主程序

主程序程序框圖如圖4所示。包括三個(gè)主要環(huán)節(jié):一是實(shí)現(xiàn)各種初始化,包括設(shè)置堆棧指針、8255A芯片初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0初始化、以及開中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)等。二是實(shí)現(xiàn)顯示(按照人機(jī)對(duì)話功能顯示各種不同參數(shù))。三是不斷進(jìn)行鍵盤掃描,判斷是否有鍵按下,若無(wú)鍵按下,則返回顯示;如有鍵按下,則根據(jù)所按鍵實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的人機(jī)對(duì)話功能[1]。

3.2.2 中斷服務(wù)程序

中斷服務(wù)程序主要包括采樣、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、控制算法及控制值輸出等環(huán)節(jié),均以調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn)[1],程序框圖如圖5所示。

圖4 主程序程序框圖

圖5 中斷服務(wù)程序框圖

4 管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心

管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心的信息處理系統(tǒng)可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)RS 422/RS 485/Lonworks等不同的網(wǎng)絡(luò)接口[2],使閥門終端接入網(wǎng)絡(luò)中。管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心根據(jù)傳遞來(lái)的管網(wǎng)參數(shù),通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的記錄、分析處理、在控制中心的顯示屏上實(shí)時(shí)顯示出管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及各種所需數(shù)據(jù),并提供出解決方案。如果數(shù)據(jù)異常,可發(fā)出報(bào)警提示職守人員。管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心對(duì)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制權(quán)高于閥門智能控制系統(tǒng)。

5 閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的閥門采用電磁閥。電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備,用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥里有密閉的腔,在的不同位置開有通孔,每個(gè)孔都通向不同的油管,腔中間是閥,兩面是兩塊電磁鐵,哪面的磁鐵線圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊。通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)檔住或漏出不同的排油的孔,然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油剛的活塞,活塞又帶動(dòng)活塞桿,活塞竿帶動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。另外,閥門還需配置手動(dòng)調(diào)節(jié)的手柄,以備系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)以手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。

6 結(jié) 語(yǔ)

城市供水管網(wǎng)檢測(cè)及閥門智能控制系統(tǒng)的主要目的是解決自來(lái)水公司對(duì)供水管道中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控以及閥門開關(guān)的自動(dòng)控制。便于及時(shí)迅速地了解及控制管道及閥門,降低了故障率和檢修時(shí)間,減少停水次數(shù),提高了供水企業(yè)的服務(wù)水平,從而實(shí)現(xiàn)了城市供水的信息化、現(xiàn)代化。

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