摘要：随着我国社会经济的发展，城市供水系统自动化部分的建设是其中重要一个方面，供水的可靠性、稳定性、经济性直接影响到用户的正常工作和生活。传统供水厂，特别是中小供水厂普遍存在效率低，可靠性低，自动化低等缺点，难以满足当前经济生活需要，随着计算机网络技术的不断进步，建立一个供水系统的综合自动化系统成为可能。利用先进的自动化控制技术，控制技术及通讯技术设计出高性能、高节能、能适应供水厂复杂环境的恒压供水自动化系统成为必然趋势，本文主要是综合介绍利用西门子smart200PLC、力控V7.0、巨控智能控制器实现恒压供水系统的综合自动化，给同行业自动化工作者提供参考。
关键词：恒压供水系统；综合自动化；巨控智能控制器
1前言
为了提高用水质量，节约能源，减轻供水系统和管网的机械磨损，延长供水系统和管网使用寿命，本文设计了一套基于西门子smart200PLC、力控V7.0、巨控智能控制器和变频器控制的智能综合恒压供水系统，本系统不仅可以实现恒压供水，可满足企业供水对自动化的需求，供水系统的运行数据不仅可以在调度室监控，而且可以实现只要能上网的设备，例如手机，电脑就可查看供水系统的运行参数、报警情况，实现了供水系统的综合自动化。
2主要设备选择
2.1可编程控制器的选择
可编程控制器的选择需根据系统的I/O点数进行初步确定，本系统的数字量输入为24点，输出为8点，模拟量输入16点，模拟量输出8点。考虑到系统的稳定性、经济性、扩展性，可编程控制器选择西门子S7-200 SMART CPU SR30。
西门子S7-200SMART 产品机型丰富，可以灵活选择，单体I/O点数最高达到60点，可满足本系统的控制需求，产品配置灵活，可以最大限度的控制成本，并且CPU本体上可扩展信号板（信号板可扩展通信端口、数字量通道、模拟量通道）。CPU配备西门子专用高速处理芯片，基本指令执行时间可达0.15µS，CPU模块本体自带以太网接口，集成了强大的以太网通讯功能。一根普通的网线即可将程序下载到PLC中，无需另配专用编程电缆。通过以太网接口可与其他CPU模块、触摸屏、计算机进行通信，轻松组网，为恒压供水系统实现综合自动化提供便利。
2.2上位机组态软件的选择
力控V7.0监控系统具有开放性、灵活性，可以对供水系统进行监测、控制，具有动态画面显示功能、报警、报表输出功能、趋势预测功能、历史数据存储功能。软件采用全中文操作模式，能够组态中文显示画面等功能。具有使用方便、简单易学、软件组态灵活的特性，确保用户可快速开发出实用、可靠、有效的自动控制系统。
2.3巨控智能控制器的选择
为了能够实现自来水厂的综合自动化，能够在任何可以上网的手机或电脑上掌握分布在各地的供水设备的工作状态，了解设备的实时工作情况，并可以实现设备的远程操作，本系统选用巨控科技研发的GRM500。它解决了为了实现PLC的远程监控而想办法铺设数公里的通讯电缆，并且不用担心透传模式数据安全无法保障。
GRM500远程调试无线通讯模块是巨控科技开发的一款专用于PLC远程维护和监控的通讯模块。它使用3G，4G作为通讯手段，内置网页发布，一个模块即可实现PLC的远程监控梯形图，上下载程序，短信报警，手机电脑网页浏览等。使用目前速度最快，最稳定的4G通讯方式，可以保证通讯的稳定性和远程调试的流畅，GRM500系业内首家采用短信，4G（3G），语音三重通讯相结合的方式，彻底解决传统无线模块不稳定的问题，并通过非透明传输的方式，实现多包并发采集，智能数据压缩等先进算法，极大提高了系统响应速度，降低50%以上的流量费用。PLC远程下载，PLC远程调试也支持通过有线网络接入，同样无需固定IP和绑定域名。
3恒压供水控制方法
本系统由8台供水泵组成，分别由8台变频器驱动，考虑到水泵的使用寿命，避免有的泵长期使用，将8台水泵分为两组，1-4号为一组，2-5号为一组，同组设备可自由组合，每台水泵的操作方式由机旁操作箱上的转换开关决定，当水泵手动操作时，将转换开关转为手动状态，当水泵不具备工作条件时，将转换开关转换为检修状态，水泵在自动状态下将跳过该台水泵。下面详细介绍本系统的恒压供水控制方法。
本系统电机的控制方式为变频驱动，一拖一方式，启停方式采用顺起逆停。8台水泵分为2组，2组供水支管最终汇流到供水总管，供水压力变送器分别安装在2组供水支管上，2组水泵在可编程控制器中设置2路PID回路，单独控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2组水泵的启动方式：点击工艺画面上的自动软按钮，这时水泵处在自动状态，点击启动软按钮，1号水泵开始启动，输出频率按照第一路PID回路的输出频率运转，延迟50秒后，如果1号水泵的运转频率为50HZ，设定压力大于反馈压力时，1号水泵的运转频率转为50HZ工频运行，2号水泵开始启动，2号的输出频率为第一路PID的输出频率，当延时50秒后，如果2号水泵的运转频率为50HZ，设定压力大于反馈压力时，2号水泵的运转频率为50HZ工频运转，继续启动3号水泵，依此类推，启动4号泵，最终设定压力等于反馈压力。本系统的优点为1-4号泵的运行可灵活选择，假如其中某台泵不具备运条件，系统将自行判断，自动跳过该泵，并且1-4号为循环启动，哪台水泵具备启动条件先启哪台水泵，并且由于供水负荷的不确定性，1-4号根据设定压力自行切换，不存在某台泵长期运转的问题，延迟时间的设定需根据实际水系统的运行负荷来设定，本系统中设定为50秒，当延时时间过短，会出现运转水泵启动频繁，导致系统超压，延时时间过长，会出现系统压力延迟，延迟时间的具体设定值需根据实际系统来设定。2组泵组的停止方式：当设定压力低于反馈压力时，系统判断哪台水泵是第一台启动的，并且是工频运行，优先停止，例如，当设定压力小于反馈压力时，系统判定2号泵为第一台启动，系统将延时17秒，停止2号泵，当设定压力还小于反馈压力时，系统将继续停止3号泵，依此类推，最终设定压力等于反馈压力。系统的延迟时间根据系统实际情况设定，关键点为系统自行判断哪台水泵为第一台运行水泵。
系统2组水泵根据实际情况可以同时投入自动，水泵实现自由切换，当系统出现超高压、超低压，水池液位低都有对应的保护措施。实际运行中效果良好。在几次的系统长时间停电实验中，系统投切灵敏，压力平稳，保证了城市用水的用水质量。
4综合自动化的实现
4.1综合自动化的硬件连接
本系统硬件由2台电脑，一台大屏幕显示器，9台SMARTS7-200CPU，一台GRM 500，2套力控7.0组态软件。CPU间通过以太网连接，应用GET/PUT指令互相通讯，GRM5000与其中一台CPU通过485接口硬线连接实现PLC程序的远程下载及维护。
4.2综合自动化的功能介绍
监控系统操作系统平台采用Windows系统。具体的软件功能描述如下：
（1）监控系统SCADA功能与数据管理功能
本系统能从供水系统的运行过程中采集数据，进行分析加工处理，也可以被写回流程，完成供水系统的数据采集和控制功能。监控软件可根据应用软件的需求对数据进行定位和操作。
（2）计算机的热备与无扰动切换
本系统的服务器采用双机热备的方式，在冗余操作时，在计算机本机正常工作的同时，热备机实时的刷新本身的数据区，始终与本机的数据相同。在本机发生故障时，热备机能够以与本机相同的过程数据接替本机的控制功能，从而实现无扰动切换功能。
（3）监控功能
本监控系统能够提供各种图形显示、多媒体显示、视频动画等功能，能以数字、符号及图形方式为操作人员动态的模拟供水过程并显示其实时数据，使之更易于操作和管理。监控系统能根据预先设定的报警值对供水中产生的异常事件实现声、光等多种形式的报警。报警消息可以在网络上各节点之间传递，并且可以实现网络打印。可以弹出报警窗口，同时，报警具有优先级，主要报警抑制次要报警。
（4）报表功能
本监控系统具有报表功能，可以将系统中的任何数据按照操作人员的要求进行采样并存储在一个数据文件中，并且保证至少3~4年不溢出。文件中的数据可以随时作为历史数据显示。数据文件可以支持流行的数据库，数据归档应支持分布式结构，并可以在故障时就地存储和转发。
（5）数据库
监控软件具有关系型数据库支持功能，以收集、存储、管理工艺流程中的实时和历史数据，该数据库除了具备常规的数据管理功能以外，还具有开放的结构，支持通用的数据交换协议，确保数据的可靠利用。
5结束语
随着智能传感器、变送器、测量仪表、调节器及其执行器等装置，及其模糊控制、专家系统、自适应控制及其神经网络等智能技术的应用，水厂的自动化将面临着逐步向智能化进展。
参考文献：
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[2]包西平，赵颖.全自动变频恒压供水系统设计[J].机电工程技术，2017（07）.
[3]孙凯.基于PLC的变频恒压供水系统设计[J].中国制造业信息化，2010（10）.
论文作者:张宏伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/17
标签：水泵论文; 供水系统论文; 系统论文; 压力论文; 功能论文; 本系统论文; 数据论文; 《基层建设》2018年第22期论文;