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1 前言
净环水处理自动化控制系统是连续热镀锌及彩涂工程的供水系统。对水处理进行自动化监测和实时控制，是tigao水处理效率、降低能耗的关键。采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统，对所有泵、阀实现自动监控，对曝气设备、排水设备的运行进行编程控制。根据工艺可以实时控制冷却塔风机、水泵、电动阀等设备。使水的liuliang、温度满足工业用水要求，以达到自动控制水处理过程的目的。
2 系统描述
本系统有4个控制站：净环泵站、镀锌炉子冷却回水tisheng泵站、彩板冷却回水tisheng泵站和雨污水泵站。其中净环泵站是2#站，镀锌炉子冷却回水tisheng泵站是3#站，彩板冷却回水tisheng泵站是4#站，雨污水泵站是5#站。其系统工艺流程图如图1所示。
3 控制系统硬件组成
系统总体结构如图2所示，主要部分及其功能分述如下。
图2 系统总体结构
(1)PLC控制系统
根据装置工作需要，选用性价比较高的西门子公司的S7-300系列可编程控制器来构建控制系统。净环泵站PLC和雨污水泵站PLC中CPU采用CPU315-2DP，并且净环泵站PLC带有两个扩展机架，彩板冷却回水tisheng泵站PLC和炉子冷却回水tisheng泵站PLC中CPU采用CPU313C-2DP。该四套系统之间的通讯方式采用Profibus-DP网连接。PLC系统硬件配置图如图3所示。
3.2智能检测装置
为tigao设备性能以及实现机侧半自动取料的需要，在悬臂皮带侧增加一个皮带打滑装置，2个皮带检测跑偏装置，金属检测装置及一台电子称；在走行侧安装走行编码器及编码器接手，用于检测取料机走行位置，在料场两头各增加一套走行极限保护装置；旋回侧安装旋回编码器及接手装置；俯仰侧增加俯仰编码器及接手装置；操作室增加机侧手动取料方式/机侧半自动取料方式切换开关，一套UPS及一台施耐德触摸屏作为HMI界面。所有电气信号都将纳入PLC设备和HMI作为控制和监视使用。
4软件设计
4.1 PLC程序设计
本系统采用Concept2.6软件进行程序设计，通过操作台上的选择开关,可以选择三种操作模式:手动、联动、自动。手动模式为检修作业模式，在这种模式下，操作人员通过操作台的选择开关、按钮可以单独运行某台设备，设备运行条件比较简单，除了一些基本的电机电气保护外，均不影响设备的运转，如皮带上的金检、打滑、跑偏等均不影响皮带的运转。
联动模式为正常作业时的取料模式，在这种模式下：皮带新增了打滑、跑偏保护，作业时会造成皮带停车。皮带新增了金属检测保护，作业时金属检测保护会造成皮带停车，操作人员必须捡出皮带上的金属后，在操作台上复位方可重新启动。新增触摸屏HMI上，操作人员可以看到设备的状态指示、报警指示、位置指示（旋回角度、走行位置、俯仰高度等）。旋回速度的控制采用4~20MA的模拟量控制,左旋和右旋各分为6档速度控制,操作人员通过旋回操作手柄的左旋、右旋、旋回减、旋回切控制回转。回转速度及方向在HMI上均有指示。新增一套电子称装置，HMI上有瞬时liuliang和累计量指示。当取料瞬时liuliang连续20s超过1200吨/小时，皮带启动蜂鸣器会响。联动取料流程图如图2所示。
图2 联动取料流程图
4.2组态软件设计
采用XBT-L1000工控软件编制，触摸屏作为HMI人机界面，用作设备工作状态显示、报警信息显示、参数设置、复位等。该监控组态软件的结构框图如图3所示。
图3监控组态软件框图
（1） 人机参数设置界面
控制、操作方便，能对系统被控设备进行实时控制，如启停设备、在线设置系统的某些工艺参数等，
（2） 实时画面监视功能
用图形、数值实时地显示现场被控设备的运行情况以及状态参数，使生产操作人员快速了解整个系统主要的设备运行情况。
（3）报警功能
当参数超过设定范围后或设备发生故障时，可根据不同的需要发出不同等级的声光报警，屏幕显示报警信息，操作人员根据报警信息切换到相应监控画面，可以立即排除故障。
5 结束语
该系统具有节约投资、维护方便、性能稳定可靠等优点。实践证明本系统具有较强的抗干扰能力，操作简单方便。自投入使用后，其各项性能指标均满足了工艺设计要求，达到了预期使用效果，创造了良好的经济效益。
3、工作原理
该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，按下按钮启动和停止水泵，可根据需要分别控制1#~3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时，由1#水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到50HZ，变频器输出一个上限频率到达信号给PLC，PLC接收到信号后经延时，1＃泵变频迅速切换为工频，2＃泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2＃泵由变频切换成工频，3＃泵变频启动；如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。
若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。
4、变频器
变频器采用艾默生电气公司生产的EV2000系列变频器。EV2000采用独特的控制方式，实现了高转矩、高精度、宽调速驱动，满足通用变频器高性能化的要求，具有超出同类产品的防跳闸功能和适应恶劣电网温度、湿度和粉尘能力，极大tigao产品可靠性。
EV2000具有实用的PI(图二)、简易PLC、灵活的输入输出端子、脉冲频率给定、停电和停机参数存储选择。频率给定通道与运行命令通道捆绑，零频回差控制等，为设备提供集成度一体化解决方案，对降低系统成本，tigao系统可靠性具有极大价值。PI参数的设定将直接反馈变频器控制中的响应速度和精度，零频运行阈值和零频回差的设定可以避免变频器在低频率输出水泵低速运行（水泵在变频器输出15HZ以下时的效率很低），使变频器低于某一频率时自动停止输出，即不影响恒压供水的要求，又把效率提至高。
5、PLC控制系统
该系统采用三菱FX-1s30MR，I/O点数为30点，继电器输出，PLC编程采用FX—20P—E手持式编程器或三菱PLC专用编程软件SWOPC—FX/WIN—C，PLC可编程程序控制器及软件提供完整的编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试。为了tigao整个系统的性价比，该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，而电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量及实际运行参数则由变频器及其内置PID来显示和控制。
三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，本系统PLC主体程序用STL指令与状态继电器S，STL指令可以编制生产流程和工作与顺序图非常接近的程序，顺序功能图中的每一步与其他步是完全隔离开的，根据控制要求将这些程序段按一定的顺序组合在一起，就可以成功地完成控制任务。FX系列PLC的状态继电器编制顺序控制程序时一般与STL指令一起使用。
泵组切换示意图如图三，工作条件满足，开始工作时，1#泵变频启动，泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高，如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值，变频器检测到上限频率并输出一个开关信号给PLC，延时一段时间后，1＃泵迅速切换至工频运行，解除变频器运行信号，使变频器频率降为0HZ，2＃泵变频启动，若压力仍未达到，则2＃泵切换至工频，3＃泵变频启动，在运行中始终保持一台泵变频运行，当压力达到设定值时变频输出将为0HZ，变频器输出一个下限频率信号至PLC，由PLC决定切除1＃工频泵，此时由一台工频泵和一台变频泵运行，如果此时压力达到设定值，变频器的输出为0HZ，输出下限信号给PLC，PLC解除2＃工频泵，只由3＃泵变频运行来维持管网压力。当压力下降，变频器频率升至50HZ输出信号，延时后3＃泵切换为工频，1＃泵变频启动，若压力仍不满足则1＃变切换为1＃工，2＃泵变频运行，如果压力仍达不到，2＃变切换为2＃工，启动3＃变，三台泵工作以保证供水要求。
这样的切换过程有效地减少泵的频繁起停，在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。
以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常时采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁起停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式，由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动及水压太低时的短时间缺水的现象，tigao了供水品质。
6、注意事项
要使系统稳定快速准确的运行，应注意一下参数：
1） 变频、工频切换时间T
切换时间T在PLC程序中设定，设置T时为了确保在加泵时，泵由变频转换为工频过程中，同一台泵的变频运行和工频运行各自对对应的交流接触器不会吸合，而损坏变频器，为了避免工频启动时启动电流大而对电网产生冲击，在允许的范围内时间T必须尽可能小。
2） 上、下限频率持续时间TH和TL
变频器运行的频率随管网用水量增大而升高，本系统以变频运行的频率是否达到上限（下限），并保持一定的时间来判断是否加、减泵，这个判断时间就是TH（TL）,如果设定值过大，系统就不能迅速的对管网用水量的变化做出反应；如果设定值过小，管网用水量变化时就很可能引起频繁的加减泵工作。
7、结束语
该系统采用PLC和变频器结合，系统运行平稳可靠，实现了真正意义上的无人职守的全自动循环倒泵、变频运行，保证了各台水泵运行效率的优和设备的稳定运转启动平稳，消除了启动大电流冲击，由于泵的平均转速降低了，从而可延长泵的使用寿命，可以消除启动和停机时的水锤效应。该设计系统是大型公共社区如高校、居民小区等处的性能、价格比较高的优选方案。并通过在青岛科技大学一期泵房近两年的使用，运行稳定，节能效果显著，得到了用户。