论文部分内容阅读
摘要：进入二十一世纪以来，在PLC不断进行推广、普及的情况下，PLC产品的种类、数量在不断的增多，并且其中所涉及到的相关功能也在持续不断的进行完善。本篇文章主要针对PLC在现代自来水管网监控系统中的应用进行全面详细的探讨，从而达到大范围推广的目的，以期为我国的自来水厂发展提供参考。
关键词：PLC；监控；水厂
前言
PLC是现代科技技术所研发的一种电子系统，其主要的应用环境就是工业生产。这其中不仅涉及到了可编程序存储装置，将其利用在内部储存中，也就是在内部进行顺序、定时、技术、算术、逻辑运算等方面的操作指令，并且使用模拟式、数字式的方式来进行输出、输入等，从而对整个生产流程中所涉及到的机械设备、过程进行控制。可编程控制器以及周边的相关设备，都应当直接和整个工业生产系统连接成一个整体，这对于整个功能扩充的设计原则来说，有着极大的益处。
一、PLC系统在泵房的应用
针对供水管网的工艺要求和水泵启停的控制要求，为送水泵房的PLC编制了采样、报警、PID控制、电机和出水阀门的联动控制、增压水泵控制、轴流风机控制等子程序。由于结构化编程的方法，具有程序结构层次清晰、部分程序通用化和标准化、简化程序调试的优点，所以这里采用该方法编制控制程序。在各子程序的编制中，采用顺序功能图语言S7 Graph，以功能块（FB）的形式被主程序OB1调用，这样软件执行流程符合控制流程描述，软件上简单清晰，不易出错。各子程序简要介绍如下：
1、采样子程序
由于余氯仪没有提供数据通信，只提供模拟量输出，以及溫度传感器都采用PT100铂电阻，因此要将模拟量输人存储到数据块，可以简化读取模拟量输入过程。
2、报警子程序
当测量值大于上限值或小于下限值时，分别置位上限或下限报警标志。
3、开泵和出水阀门联动程序
为满足管网运行的要求和开泵操作规程，要对电机和阀门电动装置进行联动控制。
二、变频技术在供水系统中的应用
变频调速技术是根据电机转速和工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美。因此，变频调速是交流异步电机一种比较合理和理想的调速方法。在水处理行业中，随着季节、时段的不同，用户用水的需求量也有很大的不同，晚上和夏天一般用水量较大，为用水高峰期，所以一般都有用水量变化较大的问题。因此供水系统的供水压力需根据用户用水需求量来变化。在调节过程中，就需采用自动控制水泵机组的运行来节省供水能力损耗，从而达到节能的效果。
三、恒压变量供水系统
1、恒压变量供水系统的工作原理
恒压变量供水系统是一个闭环控制系统，它主要由控制器（如PLC）、变频器、水泵和压力变送器组成，根据出厂水压力的变化，通过控制器（如PLC）来控制变频器调整转速（即供水流量）来保证供水压力不变。恒压变量供水方式首先根据水厂供水的实际情况预先设置一个恒定的供水管网出水口初始压力值，在供水管网的出水口安装一个压力变送器，将压力变送器采集过来的实时压力数据与设置的初始值相比较，由PLC等控制器来控制变频器调节水泵的频率和运行台数，最终达到节能的目的。此过程保证在满足用户用水压力的同时又可避免设置的压力过高影响供水的经济性，即达到了供水要求又可节省电耗。这个过程中，供水管网的初始压力值始终恒定保持不变。
2、恒压变量供水系统的工作过程
假设其中的供水系统PLC自身作为一个控制器存在，其3台水泵可以在这一过程中能够得到有效的控制。尤其是在用户自身的水量处在一个紧张运行状态时，其供水管网自身的压力以及设定压力都非常小，而PLC就能够对控制变频器调节，促使泵的转速能够得到提高，从而使得管网中的压力能得到提高；如果在这一过程中，其中的压力还无法完全满足要求的情况下，其泵站在工频下便开始持续进行工程，而PLC也就开始指挥另外一个泵站进行运行；如果在这一过程中，其泵站自身依然无法充分的满足压力需要，就应当让PLC所控制的其中两台水泵同时进行运行，而PLC的调节变频器则在这一过程中让第三台泵变频开始运行。而通过这一方式，能够通过PLC对水泵的运行状况进行实时的调节，保证其中所存在的压力和管网的设定值完全一直。尤其是在用户的用水量不断减小的情况下，其供水管网中所存在的压力必然比设定的压力数值大，在这期间就应当通过以上的方式来对各个过程进行调节、控制。
四、节能降耗方面的探讨
采用变频调速进行节能的主要节能方式有：变频节能、功率因素补偿节能、软启动节能等。
1、变频节能
由流体力学可知，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，而P（功率）=Q（流量）×H（压力），则功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P则以立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
2、功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低，导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSΦ，Q=S×SINΦ，其中S一视在功率，P一有功功率，Q一无功功率，COSΦ—功率因数，可知COSΦ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6—0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSΦ-1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3、软启动节能
由于电机自身通常都是采用Y/D启动或者直接启动的方式来进行，其启动电流通常等于4-7倍的额定电流，在这样的情况下，其机电设备在这一过程中便会遭到巨大的电流冲击，并且还会对电网自身的容量提出较高的要求。而由于设备在进行启动过程中，所产生的巨大电流、振动等会直接对设备的阀门、挡板等带来较大的损害，这对于真个设备的寿命来说，都有着极大的破坏性。而如果通过变频节能装置来进行控制，使得启动过程中的电流完全转变为零，即便是有波动的情况下，也不会超过额定的电流数值，那么在这样的情况下，其供电容量便没有了较高的要求，设备自身的寿命也在这一过程中得到了增强，减少了用户对于设备所投入的维修费用。
五、结论
综上所述，在现代的工业水平之中，PLC中的相关功能已经能够充分的满足现代90%工业生产控制的需要。此外，PLC中的软件、硬件形态都会在科学技术不断提升的过程中得到迅速的发展，而利用PLC还能够极为良好的达到对系统进行诊断、判断的目的，最大限度的降低系统出现故障的可能性，促使可靠性能够得到提升。此外，该技术在应用上还极为灵活，价格也比其他方案更加经济，这对于我国的工业控制发展来说能够起到极为良好的作用。■
参考文献
[1] 潘彬. PLC控制在自来水生产中的应用[J]. 城镇供水. 2012 （06）
[2] 郭玮，刘鵾，康伟. 关于对PLC控制系统的理解和防干扰问题的探究[J]. 信息系统工程. 2012 （09）
关键词：PLC；监控；水厂
前言
PLC是现代科技技术所研发的一种电子系统，其主要的应用环境就是工业生产。这其中不仅涉及到了可编程序存储装置，将其利用在内部储存中，也就是在内部进行顺序、定时、技术、算术、逻辑运算等方面的操作指令，并且使用模拟式、数字式的方式来进行输出、输入等，从而对整个生产流程中所涉及到的机械设备、过程进行控制。可编程控制器以及周边的相关设备，都应当直接和整个工业生产系统连接成一个整体，这对于整个功能扩充的设计原则来说，有着极大的益处。
一、PLC系统在泵房的应用
针对供水管网的工艺要求和水泵启停的控制要求，为送水泵房的PLC编制了采样、报警、PID控制、电机和出水阀门的联动控制、增压水泵控制、轴流风机控制等子程序。由于结构化编程的方法，具有程序结构层次清晰、部分程序通用化和标准化、简化程序调试的优点，所以这里采用该方法编制控制程序。在各子程序的编制中，采用顺序功能图语言S7 Graph，以功能块（FB）的形式被主程序OB1调用，这样软件执行流程符合控制流程描述，软件上简单清晰，不易出错。各子程序简要介绍如下：
1、采样子程序
由于余氯仪没有提供数据通信，只提供模拟量输出，以及溫度传感器都采用PT100铂电阻，因此要将模拟量输人存储到数据块，可以简化读取模拟量输入过程。
2、报警子程序
当测量值大于上限值或小于下限值时，分别置位上限或下限报警标志。
3、开泵和出水阀门联动程序
为满足管网运行的要求和开泵操作规程，要对电机和阀门电动装置进行联动控制。
二、变频技术在供水系统中的应用
变频调速技术是根据电机转速和工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频调速时，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、高精度、调速范围广、平滑性较高、机械特性较硬的优点，调速性能可与直流电动机调速系统相媲美。因此，变频调速是交流异步电机一种比较合理和理想的调速方法。在水处理行业中，随着季节、时段的不同，用户用水的需求量也有很大的不同，晚上和夏天一般用水量较大，为用水高峰期，所以一般都有用水量变化较大的问题。因此供水系统的供水压力需根据用户用水需求量来变化。在调节过程中，就需采用自动控制水泵机组的运行来节省供水能力损耗，从而达到节能的效果。
三、恒压变量供水系统
1、恒压变量供水系统的工作原理
恒压变量供水系统是一个闭环控制系统，它主要由控制器（如PLC）、变频器、水泵和压力变送器组成，根据出厂水压力的变化，通过控制器（如PLC）来控制变频器调整转速（即供水流量）来保证供水压力不变。恒压变量供水方式首先根据水厂供水的实际情况预先设置一个恒定的供水管网出水口初始压力值，在供水管网的出水口安装一个压力变送器，将压力变送器采集过来的实时压力数据与设置的初始值相比较，由PLC等控制器来控制变频器调节水泵的频率和运行台数，最终达到节能的目的。此过程保证在满足用户用水压力的同时又可避免设置的压力过高影响供水的经济性，即达到了供水要求又可节省电耗。这个过程中，供水管网的初始压力值始终恒定保持不变。
2、恒压变量供水系统的工作过程
假设其中的供水系统PLC自身作为一个控制器存在，其3台水泵可以在这一过程中能够得到有效的控制。尤其是在用户自身的水量处在一个紧张运行状态时，其供水管网自身的压力以及设定压力都非常小，而PLC就能够对控制变频器调节，促使泵的转速能够得到提高，从而使得管网中的压力能得到提高；如果在这一过程中，其中的压力还无法完全满足要求的情况下，其泵站在工频下便开始持续进行工程，而PLC也就开始指挥另外一个泵站进行运行；如果在这一过程中，其泵站自身依然无法充分的满足压力需要，就应当让PLC所控制的其中两台水泵同时进行运行，而PLC的调节变频器则在这一过程中让第三台泵变频开始运行。而通过这一方式，能够通过PLC对水泵的运行状况进行实时的调节，保证其中所存在的压力和管网的设定值完全一直。尤其是在用户的用水量不断减小的情况下，其供水管网中所存在的压力必然比设定的压力数值大，在这期间就应当通过以上的方式来对各个过程进行调节、控制。
四、节能降耗方面的探讨
采用变频调速进行节能的主要节能方式有：变频节能、功率因素补偿节能、软启动节能等。
1、变频节能
由流体力学可知，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，而P（功率）=Q（流量）×H（压力），则功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P则以立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。
2、功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低，导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式P=S×COSΦ，Q=S×SINΦ，其中S一视在功率，P一有功功率，Q一无功功率，COSΦ—功率因数，可知COSΦ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6—0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，COSΦ-1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
3、软启动节能
由于电机自身通常都是采用Y/D启动或者直接启动的方式来进行，其启动电流通常等于4-7倍的额定电流，在这样的情况下，其机电设备在这一过程中便会遭到巨大的电流冲击，并且还会对电网自身的容量提出较高的要求。而由于设备在进行启动过程中，所产生的巨大电流、振动等会直接对设备的阀门、挡板等带来较大的损害，这对于真个设备的寿命来说，都有着极大的破坏性。而如果通过变频节能装置来进行控制，使得启动过程中的电流完全转变为零，即便是有波动的情况下，也不会超过额定的电流数值，那么在这样的情况下，其供电容量便没有了较高的要求，设备自身的寿命也在这一过程中得到了增强，减少了用户对于设备所投入的维修费用。
五、结论
综上所述，在现代的工业水平之中，PLC中的相关功能已经能够充分的满足现代90%工业生产控制的需要。此外，PLC中的软件、硬件形态都会在科学技术不断提升的过程中得到迅速的发展，而利用PLC还能够极为良好的达到对系统进行诊断、判断的目的，最大限度的降低系统出现故障的可能性，促使可靠性能够得到提升。此外，该技术在应用上还极为灵活，价格也比其他方案更加经济，这对于我国的工业控制发展来说能够起到极为良好的作用。■
参考文献
[1] 潘彬. PLC控制在自来水生产中的应用[J]. 城镇供水. 2012 （06）
[2] 郭玮，刘鵾，康伟. 关于对PLC控制系统的理解和防干扰问题的探究[J]. 信息系统工程. 2012 （09）