一種變頻式恒壓自動供水控制系統及方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種變頻式恒壓自動供水控制系統及方法，屬于自動控制技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會的飛速發展，城市不斷擴建，城市人口不斷增加，城鎮居民用水量大大更加，給自來水廠帶來極大的壓力，根據現用的供水系統情況，針對水廠當前存在的自動化程度不高，能耗較大，為滿足不斷增多的居民的生活用，自來水的原有老設備已經超負荷運作，可靠性也大大降低的情況，同時在用水的高峰期難以保證供水的穩定性。隨著人們對供水要求的日益提高，結合當今發展迅速的變頻恒壓供水技術及現場總線控制技術，對送水栗站進行監控實現恒壓供水及對整個自來水廠現場設備進行實時監控及實時數據采集。因此就必須對水廠的相關技術進行改造，以實現供水高效、穩定、可靠的目的。實現對用戶恒壓供水已成為自來水公司的必然選擇，同時系統需要適應不斷增加的供水設備接入。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種變頻式恒壓自動供水控制系統及方法，用于解決現有城市居民急速增加帶來的供水困難與供水不穩定的問題，老供水設備在居民用的高峰期與低峰期供水方式一成不變，使得高峰期出現水壓不足，低峰期水壓過大，不能保證恒壓供水，同時造成電能資源嚴重浪費的問題。
[0004]本發明的技術方案是:一種變頻式恒壓自動供水控制系統，包括PLCl、變頻器2、液位傳感器3、模擬量輸出模塊4、壓力傳感器5、接觸器切換電路6、水栗7、電機8、手動控制模塊9;
所述模擬量輸出模塊4、變頻器2和手動控制模塊9分別與PLCI相連接，液位傳感器3檢測的輸出信號與模擬量輸出模塊4相連接，壓力傳感器5檢測的輸出信號分別與模擬量輸出模塊4和變頻器2的PID模塊相連接，PLCl和變頻器2的PID模塊分別連接到接觸器切換電路6，接觸器切換電路6與電機8相連接，電機8帶動水栗7運轉供水。
[0005]還包括PROFIBUS現場總線10及PC上位機監控系統11;其中，PC上位機監控系統11通過PROFIBUS現場總線1與PLCl相連接。
[0006]—種變頻式恒壓自動供水控制方法，所述方法的具體步驟如下:
Stepl、通過PLCl設定管壓參數目標值的區間為[0.95SP，1.05SP]；
Step2、判斷手動模式還是自動模式運行:
Step2.1、如果是手動模式，則啟動手動處理模塊9: PLCl檢測到液位傳感器3無水位報警信號;如果有水位報警信號，則進行停栗控制，如果無水位報警信號，則檢測壓力傳感器5有無超壓信號;如果有超壓信號，則進行停栗控制，如果無超壓信號，則檢測水栗7有無停止信號；如果有水栗7停止信號，則進行停栗控制，否則檢測手啟栗信號:如果有手啟栗信號，則進行增開栗控制;接著執行步驟Step3;其中，無超壓信號，表示當前管壓參數值沒有超過水管能承受的安全值;有手啟栗信號，表示存在人為觸發啟動水栗控鍵;有停止信號，表示存在人為觸發停止水栗控鍵；
Step2.2、如果是自動模式，PLCl則進行變頻器2的接通及判斷變頻器2有無故障存在: Step2.2.1、當變頻器2有故障時，則執行自動工頻恒壓處理模塊:
自動工頻恒壓處理模塊的處理過程為:
Step2.2.1.1、壓力傳感器5將采集的當前管壓參數值經模擬量輸出模塊4進行A/D轉化后發送給至PLCl;
Step2.2.1.2、PLC1判斷經A/D轉換的當前管壓參數值是否在設定區間內:
若在，系統狀態不變，接著執行步驟Step3;
若不在，則判斷經A/D轉換的當前管壓參數值與設定區間的大小:如果小于區間下限則延時按序工頻增加一臺開啟的水栗數;如果大于區間上限則延時按序減少一臺開啟的水栗數，當工作的水栗7僅剩一臺，則執行步驟Step3;
Step2.2.1.3、延時改變水壓設定范圍，并將當前管壓參數值SPl由壓力傳感器5經模擬量輸出模塊4進行A/D轉化后傳回PLCl，同時，建立管壓參數目標值的區間為[XII，X12];其中，Xl I=SP-1.05 I Λρ I，X12=SP+1.05|Ap|，Ap=SPl-SP;
Step2.2.1.4、根據更新后的設定區間，執行步驟Step2.2.1.2；
其中，初次進入自動工頻恒壓處理模塊時，設置I臺水栗工作在工頻狀態；
Step2.2.2、當變頻器2無故障時，PLCl判斷變頻器2的頻率是否在設定的范圍內:
Step2.2.2.1、如果在，則執行自動變頻恒壓處理模塊:
自動變頻恒壓處理模塊的處理過程為:
Step2.2.2.1.1、壓力傳感器5采集當前管壓參數值作為反饋信號輸入變頻器2模擬輸入端子；
Step2.2.2.1.2、通過變頻器2的PID控制，將當前管壓參數值與SP作比較:如果大于，變頻器2降低頻率并帶動水栗7的電機8轉速降低，如果小于，變頻器2提高頻率并帶動水栗7的電機8轉速提尚；
Step2.2.2.I.3、重復執行步驟Step2.2.2.1.1-步驟Step2.2.2.1.2,直到當前管壓參數值與SP相等，執行步驟Step3 ；
其中，初次進入自動變頻恒壓處理模塊時，開啟變頻器2及I臺水栗變頻零轉速啟動； Step2.2.2.2、如果不在，則按照如下步驟執行:
Step2.2.2.2.1、壓力傳感器5采集當前管壓參數值作為反饋信號輸入變頻器2模擬輸入端子；
Step2.2.2.2.2、通過變頻器2的PID控制，將當前管壓參數值與SP作比較:
Step2.2.2.2.2.1,如果小于，則執行欠壓處理模塊，欠壓處理模塊的處理過程為:
檢測有無變頻水栗運行:
如果有，則判斷哪一個水栗變頻運行，把變頻改為工頻運行，執行步驟Step3;
如果無，則檢測有無工頻栗運行:如果有，則判斷哪臺水栗最后開啟的工頻運行，并啟動該水栗后一臺水栗變頻運行;如果無，則啟動一臺水栗變頻運行，執行步驟Step3 ；
Step2.2.2.2.2.2,如果大于，則執行超壓處理模塊，超壓處理模塊的處理過程為:
檢測有無變頻水栗運行:
如果有，則判斷哪一個水栗變頻運行，把變頻栗關掉，執行步驟Step3; 如果無，則按序判斷哪臺水栗最先開啟的工頻運行，關閉該水栗后啟動該栗變頻運行，執行步驟Step3;
Step3、故障檢測:
Step3.1、如果系統發生故障，則執行故障處理模塊，故障處理模塊處理過程為:
首先判斷是否水位不足或過滿:如果不足或過滿，則關閉整個系統，同時轉入報警程序發出水位信號報警；
其次判斷是否變頻器2是否故障:如果是，則關閉自動變頻恒壓處理模塊，并啟動自動工頻恒壓處理模塊，同時轉入報警程序發出變頻器故障報警；
Step3.2、如果系統沒有發生故障檢測，則，則循環執行步驟Stepl到Step3整個過程。
[0007]本發明的工作原理是:
保證整個供水網管的出水口的壓力供應恒定從而保證最不利點處用戶的用水量的滿足。
[0008]變頻式恒壓自動供水控制系統，通過PROFIBUS將多個PLC與上位監控主機相連，再由相應的PLCl其他各個下層部分相連，液位傳感器3檢測的輸出信號與模擬量輸出模塊4相連接，其中:壓力傳感器5采集供水系統出水網管上的壓力變化，而后把變化值轉換成標準的電信號，再把這信號分別傳送給模擬量輸出模塊4和變頻器2的PID模塊。變頻器2在接受到這些信號后，利用PID模塊對其進行PID算法的處理，最后轉化成相應的所需控制信號一一頻率(這是用來對電機的速度進行調節)。變頻器處理后的信號，一部分作為功能預設值，并且傳給PLC JLC利用這些信號對交流接觸器組的開關的判斷及控制。PLCl和變頻器2的PID模塊分別連接到接觸器切換電路6)，接觸器切換電路6)直接與電機8栗組相連接，電機8帶動水栗7運轉供水，直接決定電機栗組的運行狀態。
[0009]液位傳感器3主要負責檢測供水水池的水位深度，大多數情況下，這些信號只是作為應急措施用。液位傳感器3信號是傳送給PLCl的。其目的是PLCl根據這信號判斷水池是否在正常的安全線內，防止被供水池抽空和水溢出的危險并進行報警。
[0010]手動控制模塊9的手動控制信號的輸入是用來直接控制電機栗組的運行，系統在手動控制的模式下時，手動控制信號(包括開啟和停止電機栗組)以最高的優先級來通過PLC直接控制水栗機組的啟停。當系統切換的全自動控制模塊時，根據各傳感器的輸入信號，信號就自動實現恒壓控制的目的。此時，當變頻器工作正常時，壓力信號通過壓力傳感器5，傳送給變頻器2內置的PID，經PID運算后，輸出信號控制變頻器的輸出頻率，從而控制水栗的轉速進而保持供水管道的壓力基本恒定。用戶用水量大時，網管管路壓力下降，變頻器頻率就升高，水栗轉速加快，反之，頻率下降水栗減速運姓，從而維持恒壓供水。當用水量大于一臺水栗的最大供水量時，通過PLCl的內部控制進行對接觸器切換電路的控制，使其再投入一臺水栗。同樣的原理，PLCl根據用水量的大小，可自動確定投入的水栗臺數。
[0011 ]當變頻器出現故障時，系統停止上述的自動供水方式，相應的啟動工頻自動運行供水方式(該方案只是一種后備方案，系統絕大部分時間都應該運行在變頻恒壓運行方式)，此時水壓傳感器的信號直接輸入PLCl，由PLCl進行信號的范圍判斷，從而決定何時增栗(只能是工頻運行)，何時減栗。由此來實現近似的恒壓自動供水。
[0012]通過PROFIBUS連接的上位監控主機實時采集現場數據及對現場設備進行實時監控，實現恒壓供水的目的。
[0013]其中，供電系統線路的設計為:
[I]系統采用變壓器調壓功能來進行電壓的轉換。把工業電源380V/50HZ的三相電源轉化成PLC和其他設備要求的220V電源。當然，對變頻器