基于西門子S7-200型PLC的智能供水控制設(shè)計(jì)分析

寧雪偉

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，智能供水控制系統(tǒng)發(fā)展越來(lái)越廣泛，因此基于筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，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(yīng)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(guó)西部，水資源稀缺，尤其是在廣大的農(nóng)村地區(qū)。農(nóng)場(chǎng)灌溉和日常飲用水控制設(shè)備簡(jiǎn)單原始，大多數(shù)抽水站都采用抽水供水方式。飲用水供應(yīng)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?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，用于自動(dòng)供水和兩個(gè)泵的相互備用切換，并使用西門子S7-200 PLC作為自動(dòng)控制的關(guān)鍵控制元素。該控制和無(wú)人值守的供水系統(tǒng)解決了水泵在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中突然停止，導(dǎo)致管道松動(dòng)或折斷、損壞電機(jī)并停止大量供水的問題。提高供水穩(wěn)定性和設(shè)備壽命。

二.硬件設(shè)計(jì)

該控制設(shè)計(jì)通過自動(dòng)控制兩個(gè)工程泵電機(jī)的水泵來(lái)完成工作。如果在供水項(xiàng)目中使用兩個(gè)水泵，則兩個(gè)水泵之間應(yīng)該存在分工問題。就供水能力而言，單個(gè)泵必須能夠承受用戶的設(shè)計(jì)水流量要求，并且兩個(gè)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(dāng)然，也可以同時(shí)工作或同時(shí)工作。詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法如下：

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

（2）當(dāng)“手動(dòng)”操作狀態(tài)應(yīng)用于供水系統(tǒng)的安裝，維護(hù)完成或PLC電路故障（包括輸入信號(hào)電路，輸出電路和PLC設(shè)備故障）時(shí)，操作管理人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作啟動(dòng)，帶停機(jī)按鈕的泵操作手動(dòng)控制。

（3）為了收集自動(dòng)控制信號(hào)，水塔設(shè)置有四個(gè)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(dòng)空氣開關(guān)）安裝在主電路中，對(duì)泵電機(jī)的主電路提供短路保護(hù)，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(jī)過載保護(hù)串聯(lián)。

（6）設(shè)置必要的信號(hào)裝置。每個(gè)泵單元都配備有一組紅色和綠色交通信號(hào)燈，用于指示泵單元的運(yùn)行和停止?fàn)顟B(tài)。 將黃色，綠色和紅色電源指示燈組設(shè)置為缺少相位監(jiān)視。

三.軟件設(shè)計(jì)

PLC控制軟件使用梯形圖進(jìn)行編程，控制程序如圖1所示。在此任務(wù)中，PLC如何識(shí)別水位信號(hào)是關(guān)鍵和難點(diǎn)?？刂茮Q策應(yīng)基于水位變化趨勢(shì)（上升或下降）以及水位電極回路的開/關(guān)，在設(shè)計(jì)泵電機(jī)的PLC控制時(shí)，必須首先解決PLC識(shí)別水位信號(hào)的問題。

對(duì)于工作泵來(lái)說，當(dāng)水位低于“低水位”時(shí)，它會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，直到水位達(dá)到“高水位”時(shí)才停止工作。對(duì)于備用泵，如果水位低于“低水位”，它將自動(dòng)啟動(dòng)并繼續(xù)工作，直到水位達(dá)到“高水位”以停止運(yùn)行。顯然，除了在PLC識(shí)別水位時(shí)識(shí)別“低水位”，“過低水位”和“高水位”外，還存在“保持”運(yùn)行過程的問題。西門子S7-200 PLC的SET（設(shè)置）和RST（復(fù)位）命令具有“保持”功能，可將短信號(hào)或步進(jìn)信號(hào)轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)信號(hào)。圖2是圖1的控制程序中的“網(wǎng)絡(luò)1、2、3、4”程序段的“時(shí)序圖”，該信號(hào)程序可以清晰地證明如何將從PLC到水位電極的水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成自動(dòng)泵控制信號(hào)和水泵自動(dòng)待機(jī)控制信號(hào)。

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(shí)現(xiàn)水泵的軟啟動(dòng)和變頻調(diào)速，壓力傳感器檢測(cè)到當(dāng)前液壓信號(hào)（4-20mA電流）作為反饋值，并將其發(fā)送到PLC，以與通過用戶機(jī)界面輸入的壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，以進(jìn)行PID計(jì)算，然后PLC進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)（4-20mA電流）輸出，通過線控輸入到變頻器，在設(shè)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(jī)的速度以改變供水量，最后使水管壓力穩(wěn)定在設(shè)定值附近。在液位檢測(cè)系統(tǒng)中，水位信號(hào)作為電信號(hào)（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(shè)定值進(jìn)行比較。輸出高電位或低電位?？刂齐姶砰y的啟動(dòng)或關(guān)閉，這是一種簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)開始工作時(shí)，PLC打開控制電磁閥以填充水箱。當(dāng)水箱中的水達(dá)到設(shè)定值時(shí)，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(gè)不穩(wěn)定的值，在設(shè)定值附近會(huì)有一個(gè)浮動(dòng)范圍，因此在實(shí)際操作中，繼電器可能會(huì)在高頻下打開和關(guān)閉，因此會(huì)為保護(hù)繼電器設(shè)定一個(gè)浮動(dòng)值。它比值得的設(shè)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(cè)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(jìn)的包裝技術(shù)和完善的裝配工藝，確保產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定無(wú)泄漏，多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出選擇和產(chǎn)品運(yùn)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(hào)：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(hào)）。

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(shí)際上，使用西門子S7-200 PLC控制兩個(gè)泵電機(jī)以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)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(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)：

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