供水自动化计算机实时监控系统
关键词：PC机 可编程控制器 监控系统
1 引言
随着计算机技术、工业控制技术和通信技术的迅速发展，以及各种智能仪表的大量涌现，各种工业生产过程的自动化水平得到了很大的提高［１］。特别是可编程控制器(PLC)出现以后，设计者可以将PC机和PLC结合起来，充分利用PC机强大的人机接口功能、丰富的应用软件和低廉的价格，组成高性能价格比的控制系统。系统的开发设计周期大大缩短，成本也大大降低。本文以中小型水厂的生产过程为背景，设计了一套基于PC机的供水自动化计算机监控系统。
1 控制对象和控制系统功能简介
目前，我国大部分中小型供水厂均采用两级泵站的生产模式，自来水的处理工艺流程如图1所示。
由一级泵房从水源地取水输送到反应池进行加矾、沉淀、消毒和过滤等处理，最后由二级泵房加压输送到公共管网供水。作为广大中小城市自来水的生产者，供水厂大多存在以下一些问题：
(1)取水和供水控制一般为人工控制，自动化水平较低，对需求反应不及时；
(2)大多数大功率电机还是采用较为落后的启动方式，启动时冲击电流较大，对管网造成较大冲击；
(3)在用水高峰期时供水流量普遍不足，管压偏低，造成高层建筑断水；而在用水低峰期时，管压较高，既容易引起爆管事故又严重浪费水、电资源。
(4)设备事故隐患较多，管理困难。
根据叶片泵的原理，改变叶片泵转速n，可使水泵流量Q、轴功率N按相应的规律改变。
根据以上公式可知电机所消耗的功率与转速的立方成正比。因此采用变频调速恒压供水，既可以使供水量与用水量统一，又大大降低了能源消耗。
对自来水生产过程的自动控制主要是对取水和供水两个环节的控制。具体的说就是根据清水池的水位高低来调节一级泵房取水量，避免清水池溢水；通过PLC和变频器根据公共管网的压力变化来控制二级泵房水泵电机的转速，既能解决冲击电流和能量空耗的问题又能达到调节流量和恒压供水的目的。
水厂对控制系统的设计要求是能够对水厂的设备运行及生产状况进行自动化控制和管理，该系统的基本功能如下：
(1)清水池水位自动控制。由于用水量的变化较大并且具有随机性，而水厂对清水池内水位的控制有一定的精度要求。
(2)保证公共管网供水压力恒定。操作人员设定管网压力后，系统根据设定值和压力传感器反馈的管网压力信号，采取一台变频器拖动多台机组，变频到工频切换的运行模式，一台机组变频调速运行配合1～3台机组工频运行，自动调整二级泵房工频运行机组的台数和变频机组的转速，保证公共管网的压力恒定。无论是用水高峰期还是低峰期都可以在保证供水压力的前提下最大限度的节省电能。解决了大功率电机启动冲击电流较大的问题；减少了用水低峰期时，由于管网压力过高造成的爆管事故和水资源的浪费。
(3)设备状态显示和控制功能。操作人员通过PC机能够很方便的了解系统中各种重要设备的运行状态和参数，能够通过PC机上的操作实时调整设备的运行参数和控制设备的启动和停止。
(4)生产管理功能。PC机随时检测并记录水厂各台水泵的流量及运转状态，以班次为单位生成报表，自动统计出水量和耗电量。
(5)报警和保护功能。当发生气、液位、机械等故障时系统进行声、光报警，并采取相应的处理措施。PC机发生故障时，PLC和变频器可以组成独立的控制系统进行工作；若整个自动系统均发生故障，现场控制柜具有手动功能，可以通过人工操作保证供水。
2 系统硬件的结构和功能
本系统由多台可编程控制器(PLC)、数字模块、模拟量模块、水位传感器、压力传感器、PC机、数字式变频器和控制台等几部分组成，系统总体方案如图2所示。
由于本系统的控制室设在远离运行现场环境较好的单独控制室里，因此上位机可以采用一般的商用PC机，从而大大降低该控制系统的成本。上位机采用Delphi6.0可视化编程语言编写监控软件，根据控制要求处理PLC传送上来的各种信息并发送相应的控制调整信息。PLC系统采用多台德国SIEMENS公司的SIMATIC S7-200型PLC和相应的扩展模块，其中可编程控制器(PLC)主要是由主模块CPU226、数字量扩展模块EM222、模拟量扩展模块EM235以及PC／PPI编程电缆组成。主模块CPU226具有24输入／16输出供40个数字量I／O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I／O点和35路模拟量I／O点。并且具有两个RS485通
模拟电路 模拟芯片 德州仪器 放大器 ADI 模拟电子 相关文章：
- 12位串行A/D转换器MAX187的应用(10-06)
- AGC中频放大器设计(下)(10-07)
- 低功耗、3V工作电压、精度0.05% 的A/D变换器(10-09)
- PIC16C5X单片机睡眠状态的键唤醒方法(11-16)
- 用简化方法对高可用性系统中的电源进行数字化管理(10-02)
- 利用GM6801实现智能快速充电器设计(11-20)