基于西門子S7-200型PLC的智能供水控制設計分析

寧雪偉

摘要：隨著經濟不斷的發展，智能供水控制系統發展越來越廣泛，因此基于筆者多年的經驗，本文介紹了基于西門子S7-200型PLC的控制系統，然后介紹了系統的相應模塊，僅供參考。

關鍵詞：西門子S7-200 ;PLC;智能供水控制

一.引言

在中國西部，水資源稀缺，尤其是在廣大的農村地區。農場灌溉和日常飲用水控制設備簡單原始，大多數抽水站都采用抽水供水方式。飲用水供應不穩定，質量低和安全隱患。為了提高泵的供水穩定性和質量，我們設計了兩個自動控制系統，用于自動供水和兩個泵的相互備用切換，并使用西門子S7-200 PLC作為自動控制的關鍵控制元素。該控制和無人值守的供水系統解決了水泵在啟動和運行過程中突然停止，導致管道松動或折斷、損壞電機并停止大量供水的問題。提高供水穩定性和設備壽命。

二.硬件設計

該控制設計通過自動控制兩個工程泵電機的水泵來完成工作。如果在供水項目中使用兩個水泵，則兩個水泵之間應該存在分工問題。就供水能力而言，單個泵必須能夠承受用戶的設計水流量要求，并且兩個泵的合力必須能夠承受用戶的最大需水量。就工作模式而言，工作的一般區別是一組正在工作而另一組正在等待。當然，也可以同時工作或同時工作。詳細的設計方法如下：

（1）每個泵都有四個工作狀態：“手動”、“自動工作”、“自動待機”和“停止”。狀態切換到4位通用開關。

（2）當“手動”操作狀態應用于供水系統的安裝，維護完成或PLC電路故障（包括輸入信號電路，輸出電路和PLC設備故障）時，操作管理人員現場手動操作啟動，帶停機按鈕的泵操作手動控制。

（3）為了收集自動控制信號，水塔設置有四個水位電極：“公共”，“高水位”，“低水位”和“過低水位”。

（4）低壓斷路器（自動空氣開關）安裝在主電路中，對泵電機的主電路提供短路保護，在緊急情況下還可以用作緊急停止開關。

（5）熱繼電器與主回路中交流接觸器后面的泵電機過載保護串聯。

（6）設置必要的信號裝置。每個泵單元都配備有一組紅色和綠色交通信號燈，用于指示泵單元的運行和停止狀態。 將黃色，綠色和紅色電源指示燈組設置為缺少相位監視。

三.軟件設計

PLC控制軟件使用梯形圖進行編程，控制程序如圖1所示。在此任務中，PLC如何識別水位信號是關鍵和難點。控制決策應基于水位變化趨勢（上升或下降）以及水位電極回路的開/關，在設計泵電機的PLC控制時，必須首先解決PLC識別水位信號的問題。

對于工作泵來說，當水位低于“低水位”時，它會自動啟動，直到水位達到“高水位”時才停止工作。對于備用泵，如果水位低于“低水位”，它將自動啟動并繼續工作，直到水位達到“高水位”以停止運行。顯然，除了在PLC識別水位時識別“低水位”，“過低水位”和“高水位”外，還存在“保持”運行過程的問題。西門子S7-200 PLC的SET（設置）和RST（復位）命令具有“保持”功能，可將短信號或步進信號轉換為長信號。圖2是圖1的控制程序中的“網絡1、2、3、4”程序段的“時序圖”，該信號程序可以清晰地證明如何將從PLC到水位電極的水位信號轉換成自動泵控制信號和水泵自動待機控制信號。

四.模塊舉例

（一）水壓控制模塊

液壓控制模塊由施耐德的ATV312變頻器和小型自吸家用泵組成。該模塊使用變頻器實現水泵的軟啟動和變頻調速，壓力傳感器檢測到當前液壓信號（4-20mA電流）作為反饋值，并將其發送到PLC，以與通過用戶機界面輸入的壓力設定值進行比較，以進行PID計算，然后PLC進行數字轉換。信號轉模擬信號（4-20mA電流）輸出，通過線控輸入到變頻器，在設置相關參數之前，變頻器采用2線制控制（即控制方式為2線制控制）。控制變頻器的輸出電壓和頻率，然后改變泵電機的速度以改變供水量，最后使水管壓力穩定在設定值附近。在液位檢測系統中，水位信號作為電信號（4-20mA電流）通過液位傳感器傳輸到PLC，模擬量轉換為數字量并與設定值進行比較。輸出高電位或低電位?？刂齐姶砰y的啟動或關閉，這是一種簡單的閉環控制系統。系統開始工作時，PLC打開控制電磁閥以填充水箱。當水箱中的水達到設定值時，PLC將控制電磁閥關閉并停止向水箱中注水。考慮到液位是一個不穩定的值，在設定值附近會有一個浮動范圍，因此在實際操作中，繼電器可能會在高頻下打開和關閉，因此會為保護繼電器設定一個浮動值。它比值得的設置還要大。

（二）采集模塊介紹

該模塊分為兩部分：液壓采集模塊和液位采集模塊。水壓采集模塊采用PTH501壓力傳感器。 該傳感器采用全不銹鋼密封和焊接結構，具有良好的耐濕性、介質兼容性、成本低、測量范圍1?150MPa、綜合精度0.1%FS、介質溫度：-20?82℃，液位采集模塊采用輸入式液位傳感器PT124B-220，采用先進的包裝技術和完善的裝配工藝，確保產品長期穩定無泄漏，多種標準信號輸出選擇和產品運行，方便的用戶調試范圍：0… 1mH2O?0… .300mH2O。綜合精度：0.25%FS;0.5%FS。輸出信號：4-20mA（2線制），0-5V，0-10V（3線制）。 電源電壓：24（12至36）VDC（放大信號）。

五.結論

綜上所述可以分析得到，安裝調試完成后，控制系統滿足控制系統的所有過程要求，并處于良好的工作狀態。 實際上，使用西門子S7-200 PLC控制兩個泵電機以實現自動/手動操作，它可以完全替代現有的繼電器控制系統，具有開發周期短，硬件設計簡單的優點，廣泛應用于工業控制，農業灌溉，水塔水位控制等領域的泵電機自動控制系統中。

參考文獻：

[1]龍建明.基于西門子S7-200型PLC的智能供水控制設計[J].楊凌職業技術學院學報，2016，15（2）：21-24. DOI：10.3969/j.issn.1671-9131.2016.02.006.

[2]湖南沃爾特水設備有限公司.一種雙PLC控制的智能供水設備：CN201920287949.2[P].2020-03-31.