深圳电工技师论文.docVIP

PAGE PAGE 28 水井自动控制系统 摘要：文章针对矿泉水生产水井控制自动化改造项目，采用三菱FX2N型PLC做控制器,使用两台变频器,利用基于PLC的PID算法实现了水厂水井恒水位控制,供水恒压力控制,并通过触摸屏显示水位、流量、压力、温度等参数监控。改造后真正能够达到自动恒水位运行，恒压力供水。实现无人值守，大大减轻工人的劳动强度。系统运行正常，具有实用价值。 关键词：PLC 触摸屏 变频器 PID调节 恒水位控制 恒水压控制 引言 随着自动控制技术的发展，PLC在自动控制中的应用越来越广泛，它早已突破纯开关量控制的局限而进入到模拟量控制等其它领域，成为过程控制不可缺少的核心部件。本文介绍的控制系统通过PLC控制模拟量实现水井恒水位控制，供水恒压力控制，水井数据监测、显示、报警，水井故障报警显示。该项目对恒水位控制应用有一定的参考价值。 水井自动控制系统背景 以生产优质天然矿泉水为主的企业，对水质的要求较高。由于天然矿泉水的品质要求对每个水井必须保持其水的化学成分、流量、水温等动态参数在天然波动范围内相对稳定。从最早的水位人工测量，到后来的水位探头配合电机控制器，再到水位传感器加变频器，一步步走来。发展到现在的模拟PID,基于PLC控制的数字PID调节器的应用，每一步都使控制性能得到很大改善。本文根据天然矿泉水生产实际需要，将数字PID算法应用到水井自动控制系统中，使其能够根据水位的变化实时控制水井泵变频器的频率，从而使水位始终保持平衡。 水井自动控制系统的技术要求 根据生产实际需要，结合工艺要求，水井自动控制系统实现功能和技术要求如下： 1.水井恒水位控制，水位误差设定值±0.2米；缓冲罐恒水压控制，压力误差设定值±0.2公斤。 2.为保持地下水的动态平衡，采用PID闭环调节功能。 3.显示参数：水位、流量、水压、水温、频率。 4.控制方式：手动/自动切换； 5.水位、水压可人工设定，并由程序给定了初始值，水井水位20 米，加压泵水压3 公斤。 6.报警显示：水位低于4米报警提示。低于2米水泵停止运行。 方案选择和论证 4.1方案选择： 方案1：用水位探头检测水位，人工通过阀门开度控制流量。缓冲罐也通过阀门开度控制压力。这是最早采用的方法。优点：成本低、费用少。缺点：浪费能源，水位变化不稳定，控制精度低，人工难以掌握，需要有经验的熟练操作人员才能胜任。 方案2：用水位传感器检测水井水位，压力传感器检测缓冲罐出口水压，通过模拟量控制变频器实现水井恒水位控制，缓冲罐恒水压控制。优点：费用不高。缺点：水位变化不稳定，控制精度差，没有水井参数的显示。 方案3：用水位传感器检测水井水位，压力传感器检测缓冲罐出口水压，用触摸屏通过PLC用模拟量控制变频器实现水井恒水位控制，缓冲罐恒水压控制，为了提高精度还可以采用PID调节。优点：控制精度高，水位变化平稳，不破坏地下水的动态平衡，可实现水井参数的显示，还可以节约能源。缺点：费用高，一次性投资大。 方案4：用水位传感器检测水井水位，压力传感器检测缓冲罐出口水压，用上位机通过组态软件控制PLC,几个井都可以控制，每个井通过I/O站用CC-LINK现场总线连接，是最理想的方案。优点：控制精度高，水位变化平稳，不破坏地下水的动态平衡，可实现几个水井参数的显示，还可以节约能源。缺点：费用较高，一次性投资更大。 4.2方案论证 本系统由于实际的水井有几个，从工艺图看只画出一个。实际进入缓冲罐的水有几个井的水，从技术的角度分析，采用方案4较理想，由于成本原因，暂时采用方案3。方案1和2达由于不到技术要求，不宜采用。等下一步条件成熟，可以升级为方案4。基于以上设计思路，本方案PLC主模块留有一定量的I/O点，以利于系统进一步扩展。 4.3结论 选择方案3：用水位传感器检测水井水位，压力传感器检测缓冲罐出口水压，用触摸屏通过PLC用模拟量控制变频器实现水井恒水位控制，缓冲罐恒水压控制，为了提高精度还可以采用PID调节。 水井自动控制系统概述 天然矿泉水的主要成分是矿泉水，矿泉水来源于地下100多米的岩石层，采用不锈钢管用网状结构组成水井，地下水靠渗漏的形式进入井内，由于地下水是流动的，在井内停留的时间长，就会变质，容易产生霉菌。所以，井内水不能停留时间长，要及时抽走。但是地下水的流量是有变化的。我们不能破坏地下水的动态平衡，否则，容易产生杂质，污染水源带，引起同一水源带其它井的污染，这是很严重的后果。所以，我们通常采用恒水位控制，使之达到动态平衡。以前我们用变频器加水位探头人工很难控制。水位、流量、水压等参数靠人工测试，劳动强度大，人为因素多。我们在旧系统中，恒水位，恒压供水一般采用起动或停止水井泵、加压站泵和调节出口阀开度来实现。控制系统是采用继电接触器控制线路，这种系统线路复杂，