西门子安徽PLC模块代理商

1 引言

　　小区供水系统用于对小区内生活、消防和喷淋用水的自动供给，是住宅小区公用设施的重要组成部分。供水系统通过对水泵、阀门等设备的开、关和联锁来实现小区的正常供水，从而达到居民正常生活和人员、设备安全的目的。

　　我国的电动机用电量占全国发电量的60%～70%，风机、水泵设备年耗电量占全国电力消耗的1/3。造成这种状况的主要原因是：风机、水泵等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输出功率大量的能源消耗在挡板、阀门地截流过程中。变频调速恒压供水控制装置能够极大地改善给水管网的供水环境，该系统可根据管网瞬间压力变化，自动调节水泵电机的转速和多台水泵的投入和退出，使管网主干出口端保持在恒定的设定压力值，整个供水系统始终保持高效节能和运行在佳状态。

　　2 水泵变频调节原理

　　由于风机、水泵类大多为平方转矩负载，轴功率与转速成立方关系，所以当风机、水泵转速下降时，消耗的功率也大大下降，因此节能潜力非常大，有效的节能措施就是采用变频调速器来调节流量、风量，应用变频器节电率为20%～50%，而且通常在设计中，用户水泵电机设计的容量比实际需要高出很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下，造成电能的大量浪费。

　　根据水泵的相似定律，变速前后流量、扬程、功率与转速之间的关系为：

　　式中P1、H1、Q1为转速N1的功率、扬程、流量;P2、H2、Q2为转速N2的功率、扬程、流量。由此可见，当水泵在变负荷工作情况下，采用变频器调节水泵电机转速时，轴功率随转速比的三次方关系进行变化，节电效果明显。

　　3 PID调节的基本原理

　　在工程实际中，应用为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到jingque的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

　　3.1 比例(P)控制

　　比例控制是一种简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。

　　3.2 积分(I)控制

　　在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

　　3.3 微分(D)控制

　　在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。

　　自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

　　4 变频恒压供水系统设计

　　传统的供水模式采用屋顶水箱和水泵联合供水，水质容易受到二次污染，供水不安全。在全自动恒压变频供水装置中直接提升供水，卫生、安全、可靠，用户随时都能饮用新鲜水，避免了二次污染，且设备占地小、性能稳定、能耗低等优点。我们对运行环境进行了现场考察和反复研究，在可靠性、稳定性、方便性等方面做了大量工作，采用先进、实用、可靠的PLC做控制，提出了基于和利时公司LM的控制方案。

　　变频恒压供水系统主要由两部分组成，机械系统和控制系统。机械系统主要由水泵、压力罐和管路组成。控制系统主要由可编程控制器(PLC)、变频器、智能压力表、继电器等组成

　　信息综合子系统包括计算机信息终端设备、监控中心系统(污染源自动监控中心信息管理软件和数据库等)。简称上位机。

　　本文介绍采用LM系列小型PLC作为现场机收集现场数据，并通过GPRS通讯网络与上位机通讯，终实现上位机在线对现场污染源的监控。

　　2系统介绍

　　2.1 系统描述

　　由对污染源主要污染物排放实施在线自动监控(监测)的自动监控监测仪器设备和监控中心组成，简称系统。

　　2.2 系统结构

　　污染源自动监控系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。

　　上位机通过传输网络和现场机相互作用，并获取现场数据，具体有两种操作方式：一是现场仪器仪表(以下通称监测仪器)本身具有较强的通信功能，监控现场只有一台仪器，可直接操作现场监测仪器，取得监测数据，执行控制动作，并接收告警信息;二是上位机不直接与监测仪器通讯，而是与数据采集传输仪通讯，数据采集传输仪下接监测仪器

　2.2.1 现场机

　　安装在污染源排放口现场，用于监测污染源排污状况及完成和上位机的数据通讯传输的单台或多台设备及设施，它是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控(监测)仪器、流量(速)计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪等自动监控仪器。

　　2.2.2 传输网络

　　基于TCP/IP 的和非基于TCP/IP的传输网络及之上的连接。数据传输通讯协议在基于不同传输网络(该传输网络被称为基础传输层)的现场机和上位机之间提供交互通讯。应用层依赖于所选用的传输网络，在选定的传输网络上进行应用层的数据通讯，在基础传输层已经建立的基础上，整个应用层的协议和具体的传输网络无关。

　　2.2.3 上位机

　　安装在各级，有权限对现场机发出查询和控制等本规范规定指令的数据接收和数据处理系统。包括计算机信息终端设备、监控中心系统等。

　　3 数据采集仪工作原理及功能

　　数据采集仪通过数字通道、模拟通道、开光量通道采集检测仪表的检测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传至上位机;上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集传输仪根据命令控制检测仪表工作。

　　数据采集仪通过GPRS无线方式与上位机通讯，数据采集传输仪能通过串行口与具备标准透明传输的无线模块(GPRS DTU模块)连接。

　　数据采集传输仪从功能上可分为数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元和显示单元等。

　　3.1 现场数据和设备运行状态检测功能

　　污染物排放数据监测：应能实时采集在线监测仪检测的污染物排放数据。超标后能自动报警。

　　治污设施运行监测：对某台设备的监控不应局限于单参数的监测，若有可能，应进行多状态监测，以具有可参照性、逻辑判断性，能进行有效的监测。

　　检测设备运行状态监测：应能自动监测在线监测仪、自动采样器等现场仪表、设备的运行状态(运行、停止或故障等)。

　　工作环境监测：应能监测现场监测站的运行环境参数(如温度、湿度)、安防报警等信号。

　　3.2 远程设置和控制

　　应能及时响应监控中心发来的限值设定、仪器调校及启停等操作指令，实现远程操作控制。

　　3.3 数据传输功能

　　应能按照以下几种方式，实现与监控中心的数据实时通信：

　　应答上传：对监控中心发出的数据呼叫请求能及时响应上传;

　　定时上传：能根据设定的间隔时间定时上传现场数据给监控中心;

　　异常主动上报：当出现污染物超标、治污设施停止运转、现场设备故障等异常情况时能主动上传给上一级监控中心。

　　3.4 数据及时间记录储存功能

　　能连续存储现场3个月以上的检测数据和操作记录、报警记录、停电记录等事件数据，新数据可以覆盖早时间数据。采集存储间隔时间可灵活设置。

　　4 监控系统组成

　　4.1 监控系统方案配置

　　控制系统现场数据存储显示采用和利时HT6720T系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器;触摸屏通过扩展的LM3331通讯模块走RS232串口线通过标准MODBUS协议与CPU进行通讯。现场数据采集仪表通过直接模拟量输入借口或RS485通讯的方式和CPU之间交换数据。现场机和上位机通过GPRS串口透明传输模块以无线方式交互控制方式。