基于PLC的恒压供水系统的设计

工矿自动化　

IndustryandMineAutomation　

No.5　

Oct.2008　

文章编号:1671-251X(2008)05-0083-03

基于PLC的恒压供水系统的设计

黄建伟

(义马煤业(集团)有限责任公司,河南义马　472300)

　　摘要:文章介绍了一种基于PLC的恒压供水控制系统的设计方案,详细介绍了该系统的网络传输平台、

硬件、软件的设计及其核心技术。该设计方案实现容易,可靠性高,控制系统与原系统相比在性能和自动化程度上都得到了大幅度的提升,对类似系统的设计有一定的参考价值。关键词:供水系统;恒压供水;PID控制;PLC;以太网　　中图分类号:TD434;TP277　　　文献标识码:B0　引言

2　系统设计

2.1　网络传输平台设计

随着计算机和控制技术的飞速发展,厂矿采用上位机和PLC集中监控已越来越普遍,技术也越来越先进。然而,有些供水企业没有进行相关的技术改造,其控制方法或者是仅仅通过使用几台功率大小不同的水泵,分时段切换电机进行供水;或者是完全依赖人工控制。其缺陷也显而易见:频繁开停使水泵负荷突变有损设备寿命;对管网产生较大的水压冲击;能源产生浪费;不能根据水位及管网系统的需要随时调节供水量和供水压力;过于依赖值班人员的管理经验而造成误差范围较大等等。针对现有供水系统的非线性和大滞后性的特点,以及某供水单位的实际情况,笔者将自动控制技术应用于恒压供水系统,并搭建网络传输平台,建立了可远程监控的恒压供水系统。1　系统概况

网络结构采用环型拓扑型式,总体结构采用

三层网络结构模式,分别为调度指挥控制中心以太网、1000M工业以太网及接入系统网络。系统由主干千兆光纤工业以太环网、调度指挥控制中心骨干路由网关、工业以太网交换机以及连接用光纤、光配等组成。

主干网络的布置以调度室和水厂的交换机为核心,其它子系统交换机为系统以后的改造、信号的上传预留接口,所有交换机形成环网,并通过光纤彼此相连,从而使得各个子系统的信号可以汇总传送到调度室交换机上,系统网络平台结构如图1所示。

某矿区内有1座水厂、17个水源井。水厂内设有3个水池,6台加压泵(4台为居民供水,2台为电厂供水)。水厂只能手动控制,水厂的3个水池的水位也不能自动显示。17个水源井中有4个正在建设之中,另外13个水源井水泵不能远程监控,水位计也不能正常显示水位。因此,要使水厂达到可以远程监控的目的,必须构建合适的网络传输平台,同时对水厂和各水源井实施必要的改造。

图1　系统网络平台结构图

收稿日期:2008-04-10

作者简介:黄建伟(1955-),男,河南义马人,现为义马煤业(集团)有限责任公司副总经理,中国设备、中国设备煤炭管理协会高级管理专家,主要从事煤矿自动化及控制方案的研究工作。

　　交换机采用西门子SCALANCEX-400工业

交换机。工业以太网络采用西门子的最新工业以太网技术PROFINET网络化系统,实现网络的高可靠性、丰富的网络管理功能、模块化结构和较少的协议转换功能。

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2.2　系统硬件设计

工矿自动化2008年10月　　　　　

本系统的硬件结构如图2所示,它由6台水泵、17个远程I/O分站、1个控制柜(包括变频器、PLC、4个16点DI模块、2个16点DO模块、3个8点AI模块、1个8点AO模块和1个以太网模块等)、1套压力传感器、各种保护装置以及供电主回路等构成。其中,PLC模块和变频器模块是系统的控制核心。

图3　PLC控制主程序流程图

PID控制器的控制策略选择原则,在压力允许范围

图2　系统硬件结构图

　　由于水源井的位置较为分散,并且每个水源井所需监控的点位较少,所以在各个水源井安装远程I/O分站,由水厂泵房S7-300PLC主站完成对17个水源井数据的采集和控制。在每个水源井增

内,由变频器调整电机转速达到调节压力的目的。在超出压力允许的范围内,通过结构调整,再结合变频达到调节压力的目的。

设1个水位传感器,实现对水源井水位的监测。系统在自动运行时,可以根据水厂水仓水位的情况实现水源井潜水泵的自动开停。2.3　系统软件设计

系统软件设计主要包括上位机监控软件设计和下位机PLC控制软件设计。上位机与下位机之间通过以太网方式通信,共同完成整个控制系统的现场流程控制和远程监测管理功能。

上位机控制系统主要实现远程监测和管理功能,利用组态软件进行组态,通过具体运行工况动态显示、实时数据获取及显示、历史数据存储与打印、故障报警等功能,实现整个系统的集中监测和控制。

由于供水系统是一个惯性较大的系统,不需要过高的响应速度,因而在PLC程序的设计思想上以查询方式为主,中断方式为辅。其具体程序流程如图3所示。2.4　核心技术

该恒压系统采用PID控制,具体结构如图4所示。其流程如下所述:当系统开始工作时,首先接通变频器,然后通过接触器把水泵电机接入变频输出电路,实现电机软启动;同时,安装在供水管网出水口的压力传感器将水压转换为4～20mA的电信号,PLC根据给定值与测量值的偏差大小,按照

图4　PID控制结构示意图

　　当用户用水量增加时,使得水管压力下降,此时PLC输出相应控制信号,使变频器带动水泵电机升速,直至变频器输出至工频,把更多的水送往出水管网。电机由变频到工频的转换时间应尽可能短。而电机脱离变频后,在水压的作用下,电机转速下降很快,转换时间过长,会导致电机启动电流增加。因此,应在电路设计与软件设计中,考虑变频与工频接触器的互锁。

通常,PID连续控制算法表达式为

1()de(t)(1)etdt+Kd　u(t)=Kpe(t)+

Kidt

　　具体到本例中,Kp=0.18,Ki=0.08,Kd=1,压强设定值为0.32MPa,则其控制效果曲线如图5所示。

∫　　此外,根据日用水量变化情况,用水高峰集中在早、中、晚3个时段,而在深夜用水量处于低谷。因此,如果改变不同时段的压力给定值,就能更进一步地起到节能的作用。

　第5期　2008年10月

工矿自动化　

IndustryandMineAutomation　

No.5　

Oct.2008　

文章编号:1671-251X(2008)05-0085-03

基于VBA的AutoCAD二次开发在矿图中的应用

张　涛,　汪云甲

(中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州　221008)

　　摘要:文章介绍了AutoCADVBA开发工具的特点,阐述了如何利用AutoCAD内嵌的VBA语言实现

矿图的绘制和管理的方法。该方法借助于AutoCAD中的VBA开发工具,可自动输入矿图的边界线或者特征点,大大提高矿图的绘制效率,解决了矿图绘制过程中由于图层繁多、边界点众多以及特征点复杂造成绘制效率低下、易出现错误的问题。关键词:矿图;绘制;管理;AutoCAD;二次开发;VBA　　中图分类号:TD672　　　文献标识码:B0　引言

　　由于矿图的图层复杂,尤其是各个煤层的边界

常常存在重合或者交叉,这样就必须在不同图层上绘制不同煤层的边界,以免造成图上混乱。即使现在大多数矿区已经使用AutoCAD或者其它绘图软件来绘制和管理矿图,但是在绘制过程中重复性的劳动依然使得工作效率低下,同时容易使工作人员疲劳,造成不必要的错误。本文通过对矿图制作的了解和研究,设计并实现了矿图边界线和特征点的自动化输入,并应用在实际的制图过程中,极大地提高了矿图的绘制效率。1　VBA简介

矿图是煤矿生产管理、合理利用资源、保证安全生产必备的重要技术基础资料。煤层的赋存状况、井下地质构造、开采巷道布置、地面建筑与井下开采的影响以及生产设计都可以通过各种图纸来反映。图纸是矿井开采中必不可少的一种技术资料,只有具备齐全、完整的图纸,才能进行合理、正确的采矿设计,编制采掘计划、布置巷道、合理地安排采掘工作面[1]。

收稿日期:2008-03-25

作者简介:张　涛(1983-),男,山东禹城人,中国矿业大学环境与测绘学院在读硕士研究生,主要从事GIS开发与应用、地图制图方面的研究工作。

通过对AutoCAD五种主要二次开发工具的比

较[2],根据各自的性能特点,本文选择了VBA作为矿图的开发工具。

系统的可靠性、实用性和灵活性,自动化水平较高,大大降低了人员的劳动强度。此外,由于系统采用了自调整修正因子PID控制算法,超调明显减小,动态响应速度快,且静态误差小,显示了很好的控制效果。

参考文献:

[1]　耿文学.可编程控制器原理、使用及应用实例[M].北

京:电子工业出版社,1990.

图5　PID控制效果曲线

[2]　邹振春.基于模糊控制的变频恒压供水系统的研究

[J].仪器仪表用户,2005,12(6).

[3]　刘宗仁.可编程控制器应用系统设计及通信网络技术

[M].北京:人民邮电出版社,2003.

3　结语

在该恒压供水系统的设计过程中,充分考虑了