冷 斌 王 敏 涂小華

(江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330100)

PLC控制技術(shù)在自來水自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

冷 斌 王 敏 涂小華

(江西旅游商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330100)

隨著可編程控制器(PLC)技術(shù)的發(fā)展，其高性價(jià)比、高可靠性、方便的工藝擴(kuò)展性和廣泛的工業(yè)現(xiàn)場適應(yīng)性能的特點(diǎn)，使得PLC在工業(yè)自動(dòng)控制過程中得到了廣泛運(yùn)用。本文采用西門子S7-200作為PLC系統(tǒng)控制器，以揚(yáng)子村自動(dòng)供水系統(tǒng)為工程背景，利用PLC控制技術(shù)，對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

S7-200 自動(dòng)供水控制系統(tǒng) 流程圖 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，城市供水問題日益嚴(yán)峻，自來水廠的建設(shè)也不斷加快，各種控制設(shè)備也相繼得到應(yīng)用。其中PLC控制技術(shù)就在自來水自動(dòng)控制系統(tǒng)中得到廣泛運(yùn)用，并取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)。所謂PLC控制技術(shù)，就是利用一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置進(jìn)行有關(guān)的控制。而PLC控制技術(shù)應(yīng)用于自來水控制系統(tǒng)中會對提高水廠水質(zhì)監(jiān)控的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，以及生產(chǎn)效率和設(shè)備的耐用性有著積極意義，參考價(jià)值更大。

1、西門子S7-200PLC介紹

在各種場合中的檢測、控制及監(jiān)測的自動(dòng)化系統(tǒng)中，都應(yīng)用到了西門子S7-200。由于其強(qiáng)大功能使其無論在相連成網(wǎng)絡(luò)，還是在獨(dú)立運(yùn)行中，都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。所以說S7-200具有良好的的性價(jià)比。S7-200因其極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊等功能而表現(xiàn)出色。

S7-200在自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其重大作用?？筛采w從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制，其使用功能強(qiáng)大。應(yīng)用領(lǐng)域極也及其廣泛，覆蓋自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域及所有與自動(dòng)檢測，包括各種機(jī)床、民用設(shè)施、機(jī)械、電力設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。

2、自來水自動(dòng)控制系統(tǒng)概況

揚(yáng)子村自來水自動(dòng)供水系統(tǒng)是采用西門子S7-200PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由兩臺抽水泵、兩臺加壓泵、一臺加藥泵、蓄水池、清水池、水塔等組成。通過對各池中水位傳感器進(jìn)行檢查，來控制相應(yīng)水泵，從而實(shí)現(xiàn)對居民用水控制。

3、自動(dòng)供水系統(tǒng)控制組成

本自動(dòng)供水系統(tǒng)由PLC電氣控制系統(tǒng)、電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)、按鈕操作系統(tǒng)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)四個(gè)部分組成。

(1)PLC電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

采用對泵的自動(dòng)、手動(dòng)通電與斷電的電氣控制，采取PLC控制，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的適時(shí)控制和信息向上位機(jī)的傳送。

(2)電動(dòng)閥門控制系統(tǒng)的應(yīng)用

對兩臺加壓泵電動(dòng)閥門的打開與關(guān)閉進(jìn)行控制?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。

(3)按鈕操作系統(tǒng)的應(yīng)用

在采取自動(dòng)和手動(dòng)控制的兩種工作方式轉(zhuǎn)換過程中，手動(dòng)控制時(shí)，可通過手動(dòng)按鈕對任意一臺泵進(jìn)行啟動(dòng)停止控制。

(4)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

監(jiān)控兩臺抽水泵和兩臺加壓泵的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示取水區(qū)、清水池、水塔的水位，并顯示報(bào)警信息。

4、PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)課題要求，采用對取水泵、液位傳感器、加壓泵、加藥站等信號進(jìn)行檢測控制，并及時(shí)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，因此，可得出PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，實(shí)現(xiàn)自來水工程PLC控制。

圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5、PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用德國西門子公司S7-200控制器及其STEP7/WNI軟件作為系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備。此類PLC提供了良好的開發(fā)平臺，具有良好性價(jià)比，以及提供了大量的相關(guān)參考資料，廣泛應(yīng)用小型PLC控制系統(tǒng)中。

據(jù)此，將取水泵、液位傳感器、加壓站、加藥站的信號進(jìn)行控制，并及時(shí)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，可簡化得出控制系統(tǒng)流程圖：

圖 控制系統(tǒng)流程圖

根據(jù)工作流程可得出，對自來水控制系統(tǒng)的控制要求可作以下幾點(diǎn)概要：

(1)當(dāng)取水區(qū)低于最低水位的時(shí)候，抽水泵將自動(dòng)停止并在操作臺顯示相應(yīng)液位標(biāo)志，同時(shí)向上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號。

(2)當(dāng)清水池水位低于下限水位的時(shí)候，抽水泵開始抽水并向清水池輸送水，且根據(jù)相應(yīng)的設(shè)定值啟動(dòng)加壓泵，當(dāng)清水池水位高于上限位的時(shí)候，此時(shí)加藥泵和水泵將根據(jù)信號停止工作。

(3)如果水塔的水位低于最低下限水位時(shí)，此時(shí)假設(shè)清水池的水位高于下限水位，各加壓泵工作并向水塔輸送水，如果水塔水位高于上限水位時(shí)，各加壓泵停止工作并停止向水塔輸送水。

(4)對上位機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，并實(shí)時(shí)顯示取水區(qū)、清水池、水塔的液位。

(5)本系統(tǒng)要求運(yùn)行安全可靠，手動(dòng)操作、自動(dòng)操作方便可行。

6、自動(dòng)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

從自動(dòng)控制系統(tǒng)要求出發(fā)，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下幾點(diǎn)要求：

(1)PLC不能正常工作時(shí)，可采取手動(dòng)按鈕。

(2)采取手動(dòng)按鈕時(shí)，還能提供正常供水。根據(jù)以上動(dòng)作要求，可在采取手動(dòng)控制時(shí)選用繼電器控制。

由于PLC控制系統(tǒng)的可靠性問題，控制系統(tǒng)引入干擾的主要途徑就是電源帶來的干擾，況且在一些系統(tǒng)中存在大接觸器，大電機(jī)等的場合，更易引入強(qiáng)烈的干擾信號。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，PLC的供電采取一次側(cè)380VAC的隔離變壓器進(jìn)行供電。

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用手動(dòng)和自動(dòng)方式，常用和備用方式，此兩種狀態(tài)在運(yùn)行過程中是不允許同時(shí)發(fā)生的，因此除了再PLC內(nèi)部進(jìn)行軟件互鎖外，還需要對系統(tǒng)外部的觸點(diǎn)進(jìn)行必要的電氣互鎖，以提高設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠性。

7、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在充分運(yùn)用上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的同時(shí)，也給系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的人機(jī)交互平臺，使設(shè)計(jì)人員更直觀的了解監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)上、設(shè)計(jì)上的問題。

控制系統(tǒng)中的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)：本控制系統(tǒng)主要提供對各觀測點(diǎn)水位變化的報(bào)警，包括電機(jī)運(yùn)動(dòng)報(bào)警、上限位報(bào)警，下限位報(bào)警等。其工作原理就是對檢測量的大小和變化速度進(jìn)行判斷。當(dāng)其值超過預(yù)定值之后，從而得出報(bào)警信息，信息保存在數(shù)據(jù)庫中。

8、結(jié)束語

綜上所述，將PLC控制技術(shù)應(yīng)用到自來水供水系統(tǒng)中，將大大提高生產(chǎn)效率和設(shè)備的耐用性，本文主要借鑒了當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的PLC控制技術(shù)，尋求一種PLC在工業(yè)自動(dòng)控制中的通用方法。在諸多PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出了自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，對當(dāng)今PLC控制系統(tǒng)開發(fā)盡可能提供一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

[1]徐龍.PLC控制技術(shù)在自來水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，山東工業(yè)技術(shù)，2013.

[2]黃建春.PLC工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其在自來水控制中的應(yīng)用，湖南大學(xué)，2005.