1 引言
本文介绍了由OMRON公司生产的CP1E系列小型PLC及NB系列触摸屏组成的控制系统在无负压供水设备上的应用;无负压供水系统能直接与自来水管网相连,在利用自来水管网原有压力的基础上直接进行加压的二次供水方式,在对自来水管网不产生负压及倒流影响的基础上,达到供水管网的恒压供水,目前在市场上有广泛应用。
2 无负压供水系统的组成及自控系统的实现
2.1 无负压供水系统组成
无负压供水系统主要是完成将与自来水供水管网对接取水,经加压泵组控制向用户用水管网加压供水,加压泵选用两台主泵一台辅助小泵组成,为了防止加压泵直接从自来水管网抽水会出现进水断流现象,在加压泵组与自来水管网之间设置稳流罐,稳流罐的低部需设置排气阀、排污阀及充气阀;加压泵在抽水过程中,可能会因为抽水量大,而在稳流罐内形成真空,如该真空不消除,会导致自来水管网的水加速向稳流罐内注水,影响了自来水管网的正常运行,所以要在稳流罐内安装真空消除器破坏稳流罐内真空的形成,观察有无负压,需安装负压表;加压泵的出水口压力大于自来水管网压力,加压泵停运时,可能会使加压泵的出水倒灌回自来水管网,造成自来水二次污染,要在自来水的进水口安装倒流防止器;为了防止夜间小流量时,出现频繁起停泵的现象,在系统的出口安装小稳压罐,系统小流量用水时,保持管网恒压一段时间;为了实现恒压控制,系统的进出口安装压力变送器和压力表;为了防止系统出口压力超高,系统要配置安全阀;信号的采集和系统的控制在电控柜内电控系统完成;最后,系统还要具备必要的管路组件、挠性接头及必要的阀门。上述无负压供水系统的组成如图1无负压供水系统总体结构图所示。
2.2 控制对象确定
两台主泵,水泵型号:SLS 80-30,扬程30m,流量60T/h水泵电机型号:Y112M-4 功率5.5KW;一台辅助小泵,水泵型号:SLS 60-30,扬程30m,流量20T/h水泵电机型号:Y112M-4 功率1.5KW;一个防负压模块。
2.3 自动控制系统的硬件设计
无负压供水系统设计时,考虑供水系统需要采集系统进出水口的压力信号,由控制主机控制系统中主泵、附属小泵及防负压模块的运行;系统变频器根据管网压力反馈,由其调用内置PID运算,控制水泵变频运行时的频率,使系统恒压供水;系统压力可通过在进出口管路加装压力传感器获得;本着经济、操作简单及高效的设计思路,系统选用欧姆龙CP1E系列CP1E-NA20DR-A为控制主机用于接收系统自动、泵故障状态及水位等开关量信号,控制系统中水泵的加减和变频器的运行,达到系统的恒压运行。CP1E-NA20DR-A具有12点开关量输入、8点继电器开关量输出、2路模拟量输入、1路模拟量输出;为了实现系统的数据实时监控,系统配置了欧姆龙触摸屏NB7W-TW00B,NB7W-TW00B具有双串口同时通讯端口,使触摸频与变频器和PLC可以采用通讯的方式相互读取数据,将系统状态、管网压力及运行频率等各种信号在触摸屏NB7W上进行实时显示,实现系统监控自动化。自控系统硬件组成框图如图2所示。
3 无负压供水系统软件设计
3.1 无负压供水系统的工作流程
无负压供水系统上电,在触摸屏上设定好系统出口恒压设定值、加减泵压力值及频率值。控制系统所有的设定值一般调试好后,不需要改变,每次系统上电后触摸屏上显示的为上次设定值,具有记忆功能。将系统置于自动状态即按图3所示工作流程进行自动恒压供水。
3.2 无负压供水系统控制要求
系统控制要求主要包括:手/自动控制,自动时由压力变送器将出水总管网水压信号转换为电流信号后,输入到变频器模拟量输入端口作为压力反馈值,变频器调用内置PID功能模块根据经触摸屏压力设定值与压力反馈值进行PID运算,控制变频器输出频率,从而控制变频水泵转速,同时根据管网的压力及变频器的运行频率,由PLC对主泵进行加减控制来调节管网压力,实现管网恒压;PLC所有继电开关量输出动作均需安全互锁;触摸屏上显示无负压供水系统的工作状态,显示系统管网压力值;触摸屏上的参数设定具有加密功能,防止非专业人员改动等。
3.3 程序结构设计
无负压供水系统的整个程序采用模块化编程方法,即编程时根据功能分为不同的程序块,主程序中根据条件调用不同的子程序块。这种编程方法可以提高程序的运行效率,便于程序的调试和维护。程序的整体结构如图4所示。系统自动运行程序如图5所示。
3.4 系统触摸屏与PLC、变频器间通讯功能实现
利用NB系列触摸屏多串口同时通讯的功能,与系统中PLC和变频器通讯,其中NB系列触摸屏串口1与CP1E系列PLC之间采用RS232通讯类型, HOST LINK通讯模式;NB系列触摸屏串口2与变频器之间采用RS485通讯类型,MODBUS通讯模式;只要设备相应串口参数设置正确,即可实现系统的管网压力、运行频率及各种信号数据交换,无需通讯程序,具体串口参数见图6 设备串口设置。
4 系统控制效果
采用本自控系统的无负压供水系统管网压力平稳,控制精度达到 +0.1kg、响应速度较快(5S~10S)。
5 结束语
无负压供水系统,采用欧姆龙小型PLC控制核心,配置欧姆龙NB7W触摸屏,在软件设计中调用PID控制指令,采用模块化设计,整个系统是一个非常容易操作的系统,无论是对变频器参数的修改和还是对系统压力的设定,只需在触摸屏上进行操作即可;系统具有抗干扰能力强、控制精度及性价比高等特点。该系统在我公司生产的无负压设备中应用,工作稳定可靠。
作者简介:黄妙军(1977-),男,本科,工程师,主要从事水行业自控系统研发设计。