供水加压泵站PLC的应用

2008年10月08日

新型高性能的PLC不仅可以代替继电接触系统对开关量进行逻辑运算和控制，还可以对模拟量进行数据处理、算术运算以及控制，有的还具有通信联网功能，因此各类控制系统中已越来越多地使用PLC^［1～2］。
　　使用PLC对某加压泵站的加压控制系统进行技术改造，因其开关量大，逻辑连锁复杂，且有为数不少的模拟量需要监控，故采用了日本松下电工的产品——中型PLC-FP3。

1 加压泵站的管网结构和PLC控制系统

　　管网结构和PLC控制系统见图1。加压系统采用6台泵组，并遵循4台运行2台备用的原则，1^＃、6^＃电动机额定功率为280kW，2^＃～5^＃电动机为150kW。系统有两个清水池，以备抽水池水加压之用。V₁～V₂₃均为电动阀门，其中V₁₂～V₁₇为电动蝶阀，有反映阀门开度的电压信号输出。系统对自动控制的要求如下：
　　① 当市政来水压力低于某设定值P₁时，启动直接抽水加压；
　　② 当市政来水压力低于另一设定值P₂(P₂1)，且两水池水位大于其下限值时，则起动抽水池水加压；
　　③ 两加压方式可以互相转换；
　　④ 当加压启动完成后，即投入调压功能，通过调节阀门开度及台数保持水压恒定，精度为±5%。

采用的松下电工FP3是一种中型的可编程控制器，为模块式结构，组装灵活，维修方便；I/O点数最大可达768点，程序容量最大15800步；功能完善，具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率控制等多种功能；还具有各种高级智能单元和网络通信功能，能满足复杂系统的控制要求。
　　上位机采用研华工控机及ABB公司组态软件，能显示整个管网系统及各设备的工作状态，以实现实时监控。

2　自动调压系统

　　直接抽水加压(或抽水池水加压)启动，直到两台泵组投入运行向管网充压一规定时间后，启动即告完成，这时调压系统自动投入工作。
2.1 调阀门开度调压
　　由于供水管网系统的大滞后性和非线性，数学模型难于建立，采用PID控制算法往往得不到好的控制效果，因此我们采用"分段+趋势"算法，即把水压误差分成5段，当误差大时选择小的操作周期和大的阀门开度变化量，反之则选择大的操作周期和小的阀门开度变化量。当误差≤±5%时，则辅以趋势控制，使误差进一步减小，具体算法如下：
　　①　|e_k|>40%,T=T₁,|Δθ|=Δθ₁
　　　　20%<|e_k|≤40%,T=T₂, |Δθ|=Δθ₂
　　　　10%<|e_k|≤20%,T=T₃, |Δθ|=Δθ₃
　　　　 5%<|e_k|≤10%,T=T₄, |Δθ|=Δθ₄
　　　　20%<|e_k|≤40%,T=T₅, |Δθ|=Δθ₅②　当|e_k|≤５%时，加上如下趋势算法：
　　　　0≤e_k≤５%时
2.2 调台数调压
　　当运行泵组阀门开度已达90%以上，供水压力仍不足90%给定压力并维持20 min时，则再启动一台泵组；相反，当运行泵组阀门开度已减少至50%以下，而供水压力在20 min内保持110%给定压力，则停一台泵组。