寧雪偉

摘要：隨著經(jīng)濟不斷的發(fā)展，智能供水控制系統(tǒng)發(fā)展越來越廣泛，因此基于筆者多年的經(jīng)驗，本文介紹了基于西門子S7-200型PLC的控制系統(tǒng)，然后介紹了系統(tǒng)的相應模塊，僅供參考。

關(guān)鍵詞：西門子S7-200 ;PLC;智能供水控制

一.引言

在中國西部，水資源稀缺，尤其是在廣大的農(nóng)村地區(qū)。農(nóng)場灌溉和日常飲用水控制設備簡單原始，大多數(shù)抽水站都采用抽水供水方式。飲用水供應不穩(wěn)定，質(zhì)量低和安全隱患。為了提高泵的供水穩(wěn)定性和質(zhì)量，我們設計了兩個自動控制系統(tǒng)，用于自動供水和兩個泵的相互備用切換，并使用西門子S7-200 PLC作為自動控制的關(guān)鍵控制元素。該控制和無人值守的供水系統(tǒng)解決了水泵在啟動和運行過程中突然停止，導致管道松動或折斷、損壞電機并停止大量供水的問題。提高供水穩(wěn)定性和設備壽命。

二.硬件設計

該控制設計通過自動控制兩個工程泵電機的水泵來完成工作。如果在供水項目中使用兩個水泵，則兩個水泵之間應該存在分工問題。就供水能力而言，單個泵必須能夠承受用戶的設計水流量要求，并且兩個泵的合力必須能夠承受用戶的最大需水量。就工作模式而言，工作的一般區(qū)別是一組正在工作而另一組正在等待。當然，也可以同時工作或同時工作。詳細的設計方法如下：

（1）每個泵都有四個工作狀態(tài)：“手動”、“自動工作”、“自動待機”和“停止”。狀態(tài)切換到4位通用開關(guān)。

（2）當“手動”操作狀態(tài)應用于供水系統(tǒng)的安裝，維護完成或PLC電路故障（包括輸入信號電路，輸出電路和PLC設備故障）時，操作管理人員現(xiàn)場手動操作啟動，帶停機按鈕的泵操作手動控制。

（3）為了收集自動控制信號，水塔設置有四個水位電極：“公共”，“高水位”，“低水位”和“過低水位”。

（4）低壓斷路器（自動空氣開關(guān)）安裝在主電路中，對泵電機的主電路提供短路保護，在緊急情況下還可以用作緊急停止開關(guān)。

（5）熱繼電器與主回路中交流接觸器后面的泵電機過載保護串聯(lián)。

（6）設置必要的信號裝置。每個泵單元都配備有一組紅色和綠色交通信號燈，用于指示泵單元的運行和停止狀態(tài)。 將黃色，綠色和紅色電源指示燈組設置為缺少相位監(jiān)視。

三.軟件設計

PLC控制軟件使用梯形圖進行編程，控制程序如圖1所示。在此任務中，PLC如何識別水位信號是關(guān)鍵和難點?？刂茮Q策應基于水位變化趨勢（上升或下降）以及水位電極回路的開/關(guān)，在設計泵電機的PLC控制時，必須首先解決PLC識別水位信號的問題。

對于工作泵來說，當水位低于“低水位”時，它會自動啟動，直到水位達到“高水位”時才停止工作。對于備用泵，如果水位低于“低水位”，它將自動啟動并繼續(xù)工作，直到水位達到“高水位”以停止運行。顯然，除了在PLC識別水位時識別“低水位”，“過低水位”和“高水位”外，還存在“保持”運行過程的問題。西門子S7-200 PLC的SET（設置）和RST（復位）命令具有“保持”功能，可將短信號或步進信號轉(zhuǎn)換為長信號。圖2是圖1的控制程序中的“網(wǎng)絡1、2、3、4”程序段的“時序圖”，該信號程序可以清晰地證明如何將從PLC到水位電極的水位信號轉(zhuǎn)換成自動泵控制信號和水泵自動待機控制信號。

四.模塊舉例

（一）水壓控制模塊

液壓控制模塊由施耐德的ATV312變頻器和小型自吸家用泵組成。該模塊使用變頻器實現(xiàn)水泵的軟啟動和變頻調(diào)速，壓力傳感器檢測到當前液壓信號（4-20mA電流）作為反饋值，并將其發(fā)送到PLC，以與通過用戶機界面輸入的壓力設定值進行比較，以進行PID計算，然后PLC進行數(shù)字轉(zhuǎn)換。信號轉(zhuǎn)模擬信號（4-20mA電流）輸出，通過線控輸入到變頻器，在設置相關(guān)參數(shù)之前，變頻器采用2線制控制（即控制方式為2線制控制）?？刂谱冾l器的輸出電壓和頻率，然后改變泵電機的速度以改變供水量，最后使水管壓力穩(wěn)定在設定值附近。在液位檢測系統(tǒng)中，水位信號作為電信號（4-20mA電流）通過液位傳感器傳輸?shù)絇LC，模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并與設定值進行比較。輸出高電位或低電位?？刂齐姶砰y的啟動或關(guān)閉，這是一種簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)開始工作時，PLC打開控制電磁閥以填充水箱。當水箱中的水達到設定值時，PLC將控制電磁閥關(guān)閉并停止向水箱中注水。考慮到液位是一個不穩(wěn)定的值，在設定值附近會有一個浮動范圍，因此在實際操作中，繼電器可能會在高頻下打開和關(guān)閉，因此會為保護繼電器設定一個浮動值。它比值得的設置還要大。

（二）采集模塊介紹

該模塊分為兩部分：液壓采集模塊和液位采集模塊。水壓采集模塊采用PTH501壓力傳感器。 該傳感器采用全不銹鋼密封和焊接結(jié)構(gòu)，具有良好的耐濕性、介質(zhì)兼容性、成本低、測量范圍1?150MPa、綜合精度0.1%FS、介質(zhì)溫度：-20?82℃，液位采集模塊采用輸入式液位傳感器PT124B-220，采用先進的包裝技術(shù)和完善的裝配工藝，確保產(chǎn)品長期穩(wěn)定無泄漏，多種標準信號輸出選擇和產(chǎn)品運行，方便的用戶調(diào)試范圍：0… 1mH2O?0… .300mH2O。綜合精度：0.25%FS;0.5%FS。輸出信號：4-20mA（2線制），0-5V，0-10V（3線制）。 電源電壓：24（12至36）VDC（放大信號）。

五.結(jié)論

綜上所述可以分析得到，安裝調(diào)試完成后，控制系統(tǒng)滿足控制系統(tǒng)的所有過程要求，并處于良好的工作狀態(tài)。 實際上，使用西門子S7-200 PLC控制兩個泵電機以實現(xiàn)自動/手動操作，它可以完全替代現(xiàn)有的繼電器控制系統(tǒng)，具有開發(fā)周期短，硬件設計簡單的優(yōu)點，廣泛應用于工業(yè)控制，農(nóng)業(yè)灌溉，水塔水位控制等領(lǐng)域的泵電機自動控制系統(tǒng)中。

參考文獻：

[1]龍建明.基于西門子S7-200型PLC的智能供水控制設計[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學院學報，2016，15（2）：21-24. DOI：10.3969/j.issn.1671-9131.2016.02.006.

[2]湖南沃爾特水設備有限公司.一種雙PLC控制的智能供水設備：CN201920287949.2[P].2020-03-31.