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超聲波流量計(jì)在一種自動(dòng)供水系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
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水是一種特殊的、不可替代的資源，同時(shí)水也是一種可重復(fù)使用、可再生的資源。水運(yùn)用在各行各業(yè)，也是我們生活必不可少的珍貴財(cái)富。我國(guó)目前還是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，更加要注重對(duì)水資源的有效利用。
供水系統(tǒng)在生活和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，傳統(tǒng)系統(tǒng)中有采用水泵的，有采用變頻的，而現(xiàn)在供水系統(tǒng)大部分采用的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，使得不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)達(dá)到高性能、高節(jié)能成為技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文主要運(yùn)用PLC及PID調(diào)節(jié)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套恒壓供水系統(tǒng)，分別進(jìn)行了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，開發(fā)了操作方便，參數(shù)可以顯示的上位機(jī)界面，并通過系統(tǒng)的調(diào)試和試運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，達(dá)到了用戶的需求。
恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)的無(wú)差調(diào)速，根據(jù)用水量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)供水的壓力（即水流量），在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水的需求。對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制是為了滿足對(duì)水流量的需求，考慮到在動(dòng)態(tài)的情況下，水管內(nèi)的水壓力的大小與供水和用水之間的平衡情況，當(dāng)供水量大于用水量時(shí)，壓力上升，水泵不工作或者功率減少；當(dāng)供水量小于用水水量時(shí)，壓力下降，到達(dá)設(shè)定壓力下限時(shí)，為了保證供水的正常，水泵開始工作或者加大功率，為水箱注水。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 上位機(jī)
由觸摸屏、計(jì)算機(jī)組成。
觸摸屏：安裝在現(xiàn)場(chǎng)，通過與PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制。
計(jì)算機(jī)：安裝在主控室，通過與PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控變量的記錄、打印、報(bào)警等功能，功能較為強(qiáng)大。
1.2 下位機(jī)
主要由CPU模塊、I/O模塊組成。
CPU模塊：選用西門子S7-300系列，其是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的中央控制，根據(jù)I/O模塊的輸入信號(hào)，順序執(zhí)行程序，執(zhí)行后的輸出信號(hào)經(jīng)I/O輸出模塊傳送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的；通過MPI或DP通訊口實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)或觸摸屏等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)通信功能；同時(shí)具有自診斷功能，可以檢測(cè)錯(cuò)誤并記錄和報(bào)警。
I/O模塊：有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊之分。輸入模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模擬量信號(hào)的采集，輸出模塊把輸出信號(hào)傳遞給外圍執(zhí)行設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字量和模擬量設(shè)備的控制。
1.3 檢測(cè)元件
由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表組成，主要有超聲波流量計(jì)、壓力變送器、液位計(jì)等儀表。
現(xiàn)場(chǎng)超聲波流量計(jì)采用的是RZ-1158C外夾式超聲波流量計(jì)，該流量計(jì)的特點(diǎn)是安裝方便，對(duì)于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性強(qiáng)，測(cè)量管道的口徑從25mm-1200mm都能夠很準(zhǔn)確地測(cè)量。特別適合測(cè)量采供水行業(yè)。
1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
通過變頻器、電動(dòng)閥等調(diào)節(jié)閥門的大
上一條：廢水電磁流量計(jì)在提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性的判別技術(shù)情況介紹
下一條：各類工業(yè)測(cè)量的變送器原理簡(jiǎn)單了解及其常見故障解決方案
供水系統(tǒng)在生活和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，傳統(tǒng)系統(tǒng)中有采用水泵的，有采用變頻的，而現(xiàn)在供水系統(tǒng)大部分采用的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，使得不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)達(dá)到高性能、高節(jié)能成為技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文主要運(yùn)用PLC及PID調(diào)節(jié)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套恒壓供水系統(tǒng)，分別進(jìn)行了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，開發(fā)了操作方便，參數(shù)可以顯示的上位機(jī)界面，并通過系統(tǒng)的調(diào)試和試運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，達(dá)到了用戶的需求。
恒壓供水調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水泵電動(dòng)機(jī)的無(wú)差調(diào)速，根據(jù)用水量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)供水的壓力（即水流量），在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水壓恒定以滿足用水的需求。對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行的控制是為了滿足對(duì)水流量的需求，考慮到在動(dòng)態(tài)的情況下，水管內(nèi)的水壓力的大小與供水和用水之間的平衡情況，當(dāng)供水量大于用水量時(shí)，壓力上升，水泵不工作或者功率減少；當(dāng)供水量小于用水水量時(shí)，壓力下降，到達(dá)設(shè)定壓力下限時(shí)，為了保證供水的正常，水泵開始工作或者加大功率，為水箱注水。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 上位機(jī)
由觸摸屏、計(jì)算機(jī)組成。
觸摸屏：安裝在現(xiàn)場(chǎng)，通過與PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及參數(shù)的監(jiān)測(cè)與控制。
計(jì)算機(jī)：安裝在主控室，通過與PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控變量的記錄、打印、報(bào)警等功能，功能較為強(qiáng)大。
1.2 下位機(jī)
主要由CPU模塊、I/O模塊組成。
CPU模塊：選用西門子S7-300系列，其是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的中央控制，根據(jù)I/O模塊的輸入信號(hào)，順序執(zhí)行程序，執(zhí)行后的輸出信號(hào)經(jīng)I/O輸出模塊傳送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，從而達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的目的；通過MPI或DP通訊口實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)或觸摸屏等設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)通信功能；同時(shí)具有自診斷功能，可以檢測(cè)錯(cuò)誤并記錄和報(bào)警。
I/O模塊：有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊之分。輸入模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字量和模擬量信號(hào)的采集，輸出模塊把輸出信號(hào)傳遞給外圍執(zhí)行設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字量和模擬量設(shè)備的控制。
1.3 檢測(cè)元件
由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表組成，主要有超聲波流量計(jì)、壓力變送器、液位計(jì)等儀表。
現(xiàn)場(chǎng)超聲波流量計(jì)采用的是RZ-1158C外夾式超聲波流量計(jì)，該流量計(jì)的特點(diǎn)是安裝方便，對(duì)于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的適應(yīng)性強(qiáng)，測(cè)量管道的口徑從25mm-1200mm都能夠很準(zhǔn)確地測(cè)量。特別適合測(cè)量采供水行業(yè)。
1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
通過變頻器、電動(dòng)閥等調(diào)節(jié)閥門的大
小來(lái)控制介質(zhì)流量，從而實(shí)現(xiàn)壓力、流量等參數(shù)的控制。
2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，控制畫
2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件由兩大功能模塊組成：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和觸摸屏控制系統(tǒng)。
2.1 控制原理
作為一個(gè)控制系統(tǒng)，控制算法是編程的主要依據(jù)。目前，PID調(diào)節(jié)是控制理論中技術(shù)成熟、應(yīng)用**的一種算法。本系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和流量的精確控制?；玖鞒虉D如圖1所示。
2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
使用WinCC flexible 組態(tài)軟件，對(duì)各個(gè)壓力和流量測(cè)控。主要有泵房系統(tǒng)畫面、生產(chǎn)泵控制、循環(huán)泵控制、PID控制、報(bào)警、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置等幾部分構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
?。?）壓力和液位的檢測(cè)、報(bào)警；（2）PID參數(shù)的調(diào)節(jié)；（3）報(bào)表的查詢、預(yù)覽、打?。唬?）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史曲線的瀏覽、打印。
2.2.1 系統(tǒng)外部流程
?。?）蓄水池進(jìn)水管流量監(jiān)控；
?。?）回水泵站液位監(jiān)控：回水箱上面的四個(gè)指示燈分別代表左右側(cè)水箱的液位上下限指示；
當(dāng)液位處于下限位以下時(shí)，下限指示燈為紅色，上限指示燈為綠色；
當(dāng)液位處于下限位之上，上限為之下時(shí)，下限指示燈為綠色，上限指示燈為綠色；
當(dāng)液位處于上限位之上時(shí)，下限指示燈為綠色，上限指示燈為紅色。
?。?）吸水池液位、集水坑液位監(jiān)控；
?。?）集水坑液位高限報(bào)警設(shè)置；
?。?）各個(gè)井內(nèi)排污泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控：
M1：1#蓄水池進(jìn)水管儀表井排污泵；
M2：2#蓄水池進(jìn)水管儀表井排污泵；
M3：1#蓄水池出水管溝排污泵；
M4：2#蓄水池出水管溝排污泵；
M5：吸水池出水管溝排污泵；
M6：回水泵站排污泵；
M7、M8：泵房集水坑排污泵；
M10：電極箔供水總管儀表井排污泵。
（6）回水泵站兩臺(tái)回水泵運(yùn)行頻率、電流等運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。
2.2.2 報(bào)警記錄
報(bào)警出現(xiàn)的時(shí)間及報(bào)警信息，可以通過報(bào)警記錄方便的查詢出現(xiàn)故障的時(shí)間及原因。
（1）系統(tǒng)報(bào)警信息記錄；（2）吸水池、集水坑、循環(huán)泵房水池液位超限報(bào)警記錄；（3）各個(gè)電機(jī)的故障報(bào)警記錄；（4）加壓泵房電機(jī)通訊故障報(bào)警記錄；（5）報(bào)警提示框，如圖3所示。
2.1 控制原理
作為一個(gè)控制系統(tǒng)，控制算法是編程的主要依據(jù)。目前，PID調(diào)節(jié)是控制理論中技術(shù)成熟、應(yīng)用**的一種算法。本系統(tǒng)采用PID調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力和流量的精確控制?；玖鞒虉D如圖1所示。
2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
使用WinCC flexible 組態(tài)軟件，對(duì)各個(gè)壓力和流量測(cè)控。主要有泵房系統(tǒng)畫面、生產(chǎn)泵控制、循環(huán)泵控制、PID控制、報(bào)警、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置等幾部分構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
?。?）壓力和液位的檢測(cè)、報(bào)警；（2）PID參數(shù)的調(diào)節(jié)；（3）報(bào)表的查詢、預(yù)覽、打?。唬?）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史曲線的瀏覽、打印。
2.2.1 系統(tǒng)外部流程
?。?）蓄水池進(jìn)水管流量監(jiān)控；
?。?）回水泵站液位監(jiān)控：回水箱上面的四個(gè)指示燈分別代表左右側(cè)水箱的液位上下限指示；
當(dāng)液位處于下限位以下時(shí)，下限指示燈為紅色，上限指示燈為綠色；
當(dāng)液位處于下限位之上，上限為之下時(shí)，下限指示燈為綠色，上限指示燈為綠色；
當(dāng)液位處于上限位之上時(shí)，下限指示燈為綠色，上限指示燈為紅色。
?。?）吸水池液位、集水坑液位監(jiān)控；
?。?）集水坑液位高限報(bào)警設(shè)置；
?。?）各個(gè)井內(nèi)排污泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控：
M1：1#蓄水池進(jìn)水管儀表井排污泵；
M2：2#蓄水池進(jìn)水管儀表井排污泵；
M3：1#蓄水池出水管溝排污泵；
M4：2#蓄水池出水管溝排污泵；
M5：吸水池出水管溝排污泵；
M6：回水泵站排污泵；
M7、M8：泵房集水坑排污泵；
M10：電極箔供水總管儀表井排污泵。
（6）回水泵站兩臺(tái)回水泵運(yùn)行頻率、電流等運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。
2.2.2 報(bào)警記錄
報(bào)警出現(xiàn)的時(shí)間及報(bào)警信息，可以通過報(bào)警記錄方便的查詢出現(xiàn)故障的時(shí)間及原因。
（1）系統(tǒng)報(bào)警信息記錄；（2）吸水池、集水坑、循環(huán)泵房水池液位超限報(bào)警記錄；（3）各個(gè)電機(jī)的故障報(bào)警記錄；（4）加壓泵房電機(jī)通訊故障報(bào)警記錄；（5）報(bào)警提示框，如圖3所示。
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，控制畫
面將自動(dòng)彈出報(bào)警提示框。報(bào)警提示框可以紀(jì)錄三條報(bào)警信息，上端的報(bào)警信息為新報(bào)警。當(dāng)報(bào)警解除后，報(bào)警提示框自動(dòng)消失，操作員也可以手動(dòng)關(guān)閉報(bào)警提示框，但是此時(shí)報(bào)
警信息并未消除，單擊報(bào)警提示的三角警示圖標(biāo)，可以顯示和隱藏新的三條報(bào)警信息。
電動(dòng)閥的操作分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作。
手動(dòng)操作狀態(tài)下，操作員通過閥位給定，手動(dòng)給定電動(dòng)閥開度，同時(shí)可以通過下方的市政水壓力與流量監(jiān)控，判斷開度給定值是否合適，閥位反饋值為電動(dòng)閥當(dāng)前的開度反饋。
自動(dòng)操作狀態(tài)下，操作員需要設(shè)置吸水池自動(dòng)關(guān)閥液位及開閥液位，PLC控制器將自動(dòng)判斷吸水池液位，當(dāng)吸水池液位高于關(guān)閥液位時(shí)，電動(dòng)閥將自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)吸水池液位下降至開閥液位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)開啟，開度為30%。
關(guān)閥液位也是吸水池液位的報(bào)警值設(shè)定。
3 結(jié)語(yǔ)
水是生產(chǎn)生活中重要的組成部分，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。我國(guó)水資源短缺并且分布不均，同時(shí)在市政供水、工業(yè)生產(chǎn)供水等方面自動(dòng)化程度低，特別是在用水高峰時(shí)，誰(shuí)的供給量低于需求量，浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。自動(dòng)供水系統(tǒng)極大提高了效率，節(jié)省了資源，因此在當(dāng)今節(jié)水、節(jié)能和高效時(shí)代，采用的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能的自動(dòng)供水控制系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)。
電動(dòng)閥的操作分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作。
手動(dòng)操作狀態(tài)下，操作員通過閥位給定，手動(dòng)給定電動(dòng)閥開度，同時(shí)可以通過下方的市政水壓力與流量監(jiān)控，判斷開度給定值是否合適，閥位反饋值為電動(dòng)閥當(dāng)前的開度反饋。
自動(dòng)操作狀態(tài)下，操作員需要設(shè)置吸水池自動(dòng)關(guān)閥液位及開閥液位，PLC控制器將自動(dòng)判斷吸水池液位，當(dāng)吸水池液位高于關(guān)閥液位時(shí)，電動(dòng)閥將自動(dòng)關(guān)閉，當(dāng)吸水池液位下降至開閥液位時(shí)，電動(dòng)閥自動(dòng)開啟，開度為30%。
關(guān)閥液位也是吸水池液位的報(bào)警值設(shè)定。
3 結(jié)語(yǔ)
水是生產(chǎn)生活中重要的組成部分，人們對(duì)供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。我國(guó)水資源短缺并且分布不均，同時(shí)在市政供水、工業(yè)生產(chǎn)供水等方面自動(dòng)化程度低，特別是在用水高峰時(shí)，誰(shuí)的供給量低于需求量，浪費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。自動(dòng)供水系統(tǒng)極大提高了效率，節(jié)省了資源，因此在當(dāng)今節(jié)水、節(jié)能和高效時(shí)代，采用的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)出高性能、高節(jié)能的自動(dòng)供水控制系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)。
上一條：廢水電磁流量計(jì)在提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性的判別技術(shù)情況介紹
下一條：各類工業(yè)測(cè)量的變送器原理簡(jiǎn)單了解及其常見故障解決方案
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