摘要：本文介紹了一種可編程序控制器恒壓供水監控系統。著重說明了該系統的操作原理和恒壓供水的設計方法，并給出了自動調壓的程序框圖。
關鍵字：可編程序控制器 控制 供水系統
1. 引言
恒壓供水系統對于某些工業或特殊用戶是非常重要的，例如在某些生產過程中，若自來水供水因故壓力不足或短時缺水時，可能影響產品質量，嚴重時使產品報廢和設備損壞。又如當發生火警時，若供水壓力不足或無水供應，不能迅速滅火，可能引起重大經濟損失和人員傷亡。所以某些用水區采用恒壓轟水系統，具有較大的經濟和社會意義。
在舊加壓設備中，恒壓供水一般采用起動或停止加壓站的水泵和調節出口閥開度來實現。控制系統是采用繼電接觸器控制線路，這種系統線路復雜，維護困難，操作麻煩，工人要24小時值班看守，勞動強度大。所以有必要對之進行改造，提高自動化水平。
本文介紹的用于某自來水加壓站快速起動恒壓供水監控系統，采用松下電工生產的FP3型可編程序控制器（PLC）進行控制，用研華工控機進行監控，自動化程度高，整個工作程序自動完成，能清楚地顯示各個設備的實時狀態，并自動調節水壓。
本系統還設有多種保護，如水壓超限報警、閥門故障報警、水位超限報警并處理、水泵電機電流過流報警并處理等。
2. 系統結構及控制要求
恒壓供水系統由主供水回路、備用回路、2個清水池及泵房組成，如圖1所示。
其中泵房裝有1# ~ 6#共6臺150kW泵機。另外還有多個（V1 ~ V23）電動閘閥控制各供水回路和水流量。
要求該恒壓供水系統具有如下基本操作功能。
（1）當市政自來水壓力高于設定壓力21.56×104Pa時，直接由市自來水供水。
（2）當市自來水低于設定壓力，但不低于下壓力7.84×104Pa時，采用直抽水加壓供水方案。即逐步起動2臺泵機向管網充壓。當檢測到市自來水高于設定壓力時，再轉換成市自來水直接供水。
（3）當自來水壓力持續低于2.94× 104Pa或出現確切負壓信號時，應立即轉換成抽池水加壓，但此時應保證水池水位高于最低限水位的條件。
（4）當采用直抽水或抽池水加壓供水時，應能自動調節其總出口水壓為給定值，調節誤差小于等于± 10%。
3. PLC控制系統設計
恒壓供水系統的檢測點以及控制量較多，是一個規模較大的測控系統。根據其特點，我們選用了松下電工的FP3可編程序控制器作為控制裝置。該控制器與其它可編程序控制器相比，具有一些明顯的優點，如FP3采用了模塊化設計，可根據實際需要靈活組裝，使用方便，I/O分配采用自由編程方式；容量大，程序量只受掃描周期限制，而掃描周期可在一定范圍內自行更改；具有A/D、D/A、脈沖輸出、位置控制等高級單元，可實現“共享存儲器”；另外還有一些特殊的功能。
恒壓供水PLC系統的結構如圖1虛框內所示。系統包括一個電源單元、一個CPU單元、一個上位機聯結單元，還有I/O 單元和A/D單元。上位機采用研華工控機ABB公司組態軟件，上位機聯結單元通過C?/FONT>NET適配器與之通訊。工控機對整個系統進行監控，顯示器顯示了整個加壓系統結構、各個閥門與水泵的實時狀態、讀出各個水壓及流量、閥門的開度、水池水位等參數，并有各種報警實時顯示和故障記錄。
系統既有模擬量輸入，也有開關量輸入。模擬量通過A/D模塊輸入，共27個通道。I/O各有96個點。
4. PLC的軟件設計
根據恒壓供水操作要求，PLC控制系統要隨時監控市自來水以及供水口的情況來決定是否要起動水泵，或是采用直抽水充壓方案還是采用抽水池水充壓的方案。控制系統的程序較復雜。
在控制過程中，供水口的水壓自動調節是一個重要和較有特色的設計部分之一，在此著重介紹實現自動恒壓功能的軟件設計。
由于供水系統管道長、管徑大，閥門的開、關、管網充壓都較慢，故系統是一個大滯后系統。同時因為是在舊設備的基礎上進行改造，要利用現有的設備，故并未采用調速調壓，而是采用下述多種方法對水壓進行調節。首先采用分段調節法，把水壓偏差分為四段，即10%、20%、30%、40%，當檢測到偏差較小時，輸出的控制量（蝶閥的增量）較小，且操作周期亦較大；當偏差較大時，則輸出的控制量較大而操作周期較小，使其快速減小偏差而又避免過大超調。另外，在偏差小于等于± 10%時，再加上模糊控制，根據D ek=ek-ek-1的值來確定是否調節蝶閥開度，使誤差進一步減少，保證其小于等于± 10%的誤差要求。當調節閥門開度仍不能使偏差進入允許范圍時，用起動或停止1臺或1臺以上水泵的方法來調節水壓。通過這樣多種調節水壓方法相結合，可使出水口水壓得到滿意的調節效果。
自動調壓子程序框圖如圖2所示。
5. 結論
本文所設計的PLC恒壓供水監控系統已成功地應用于某工業區，運行結果表明，該系統完全滿足其設計要求，具有操作方便、可靠性強、數據完整、監控及時等突出優點，并大大地減輕了操作工人的勞動強度、縮短了操作時間，受到了操作人員、維護人員、管理人員的好評。該監控系統的成功設計，也為類似系統的舊設備改造提供了可取的經驗。