專利名稱：自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種工業控制裝置及控制方法，特別是一種自來水管網余壓蓄水控制裝置及控制方法。
背景技術：
自來水供水中，每天都有用水低峰期和用水高峰期。當用水低峰期的時候，用戶用水少，管網壓力需求低；當用水高峰期的時候，用戶用水多，管網壓力需求高。而由于管網管道物理特性限制，上級自來水管網壓力不會根據用水高低峰期進行升壓，上級自來水管網供水量不會根據用水高低峰期而大幅度加大供水量，于是出現了低峰期時管網壓力高于需求值，壓力浪費；高峰期時管網壓力低于需求值，壓力不足。為了保證管網供水壓力，在長距離管道后安排加壓泵站對自來水進行加壓，另外還要在加壓泵站里安排蓄水池，用于低峰期的時候打開上級自來水管網側的進水閥門讓水進入蓄水池進行蓄水，高峰期時從蓄水池 往外抽水做臨時水源和加壓源之一。由于進水閥門是在上級自來水管網側，當閥門打開的時候會造成上級自來水管網壓力下降；如果閥門開的太大，上級自來水管網壓力會下降太大，提供給加壓站當前需要的壓力會不足，影響加壓站對下級管網的供水效果。目前大多數蓄水池的進水控制都是采用人工控制，低峰期的時候人工打開進水閥門，高峰期的時候關上進水閥門。由于采用人工控制，閥門開度完全由工人經驗來決定，因此開度開小時，使蓄水速度降低，使高峰期來臨時蓄水池里可用的水不夠；開度開大時，造成加壓站里的加壓泵負載加大從而浪費電能，甚至出現不能對下級管網提供足夠的水量，影響用戶用水；而且下級壓力需求變化的時候不能立刻做出相應變化，使蓄水效果最佳化。

發明內容
本發明的目的是針對現有技術余壓蓄水時由于靠人工調節引起的加壓效果不理想或者影響用戶用水的問題，提供一種能達到高精度恒壓控制的效果、有效提高用戶供水安全性、能耗低、自動化程度和可靠性高、操作簡單的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置及控制方法。本發明為實現上述目的采用的技術方案是一種自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，該蓄水控制裝置包括PLC控制系統、壓力變送器、電動調節閥及操作面板，PLC控制系統包括CPU模塊及分別與CPU模塊連接的電源模塊、以太網通訊模塊、模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II、模擬量輸出模塊，壓力變送器安裝在上級自來水管網與加壓泵之間的管道的外側管壁上，壓力變送器的輸出端與模擬量輸入模塊I的輸入端連接，電動調節閥安裝在上級自來水管網與蓄水池之間的管道中，電動調節閥的輸出端與模擬量輸入模塊II的輸入端連接，模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II通過背板總線與CPU模塊連接，模擬量輸出模塊通過背板總線與CPU模塊連接，模擬量輸出模塊的輸出端與電動調節閥的輸入端連接，操作面板與以太網通訊模塊連接。
其中所述模擬量輸入模塊I為8路12位4_20mA 2線制模擬量輸入模塊，壓力變送器為2線制4-20mA壓力變送器，壓力變送器通過2芯電纜與模擬量輸入模塊I輸入端連接。其中所述模擬量輸入模塊II為8路12位4_20mA 4線制模擬量輸入模塊，電動調節閥的輸出端通過多芯電纜與模擬量輸入模塊II輸入端連接。其中所述電源模塊為DC24V直流電源模塊。其中所述PLC控制系統為S7-300系列PLC，CPU模塊為CPU315-2DP，電源模塊為PS307,以太網通訊模為CP343-1 Lean，模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II及模擬量輸出模塊均為SM331。本發明還提供了該自來水加壓泵站管網余壓蓄水的控制方法，該控制方法是利用本發明上述由PLC控制系統、壓力變送器、電動調節閥及操作面板組成的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置對自來水加壓泵站管網余壓蓄水過程進行自動控制，包括設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數、上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集、壓力控制信息處理、壓力控制值輸出控制、顯示監視；其步驟如下
步驟I :設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數由操作面板輸入上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數，PLC控制系統通過其內部的以太網通訊模塊與操作面板通訊，讀取操作面板上的上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數；
步驟2 :上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集，上級自來水管網壓力采集通過裝在上級自來水管網與加壓泵之間的壓力變送器采集上級自來水管網當前壓力值，經PLC控制系統的模擬量輸入模塊I將當前壓力值傳給PLC控制系統的CPU模塊計算；電動調節閥工作狀態采集電動調節閥當前工作狀態信息數據通過PLC控制系統的模擬量輸入模塊II傳給PLC控制系統的CPU模塊；
步驟3 :壓力控制信息處理根據上級自來水管網壓力控制值、壓力控制參數、上級自來水管網當前壓力值、電動調節閥當前工作狀態信息數據，由PLC控制系統的CPU模塊通過模糊PID算法計算得出壓力控制值；
步驟4 :壓力控制值輸出控制PLC控制系統的CPU模塊將步驟3中計算得到的壓力控制值通過PLC控制系統的模擬量輸出模塊輸出控制電動調節閥的開度設定值，電動調節閥根據開度設定值打開相應的開度實現對上級自來水管網壓力的控制；
步驟5 :顯示監視在操作面板上顯示工作狀態、上級自來水管網壓力控制值、實際壓力值和電動調節閥工作狀態信息、壓力控制參數。 由于采用了上述裝置及方法，本發明與現有其它同類技術相比較具有如下有益效果:
I、提高用戶供水安全性
使用本發明之自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置后，由于通過壓力變送器采集上級自來水管網壓力信號傳給PLC控制系統的CPU模塊，CPU模塊根據壓力自動控制電動調節閥的開度，使加壓泵站上級自來水管網水壓穩定，杜絕了開度開大時，造成加壓站里因進水壓力過低或者進水水量不足引起對下級管網供水不足而引起的供水安全問題。2、能達到高精度恒壓控制的效果
本發明之自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置中，電動調節閥與CPU模塊之間通過模擬量輸入模塊II連接，獲得電動調節閥當前工作狀態信息(即電動調節閥的當前開度)，通過操作面板設置壓力控制值，作為壓力控制信息處理時模糊PID算法的控制參數依據；壓力變送器采集上級自來水管網壓力值后將標準信號送入模擬量輸入模塊I，模擬量輸入模塊I再將信號送給CPU模塊，PLC控制系統通過模糊PID運算后通過模擬量輸出模塊將控制信號輸出給電動調節閥進而對電動調節閥開度進行控制，經實驗證明在運行過程中，超調壓力不會超過設置壓力值的3%。3、加壓站的變頻能耗降低
本發明之自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置中，由于采用自動控制，不會造成因調節閥開度過大，使加壓站里的加壓泵進水壓力低造成負載加大從而浪費電能。4、自動化程度和可靠性高、操作簡單
使用本發明之自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，只需按下操作面板的參數設置 按鈕，即進入壓力控制值設置狀態或壓力控制參數設置狀態，此時，操作者只需操作操作面板的觸摸屏或PC電腦，即可對壓力控制設置狀態參數進行壓力控制，壓力控制過程是全自動的，可靠性高，不需要使用其它設備，操作起來非常方便。5、人機界面友好
使用本發明之自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置過程中，可通過操作面板(觸摸屏或PC電腦的顯示屏)上實時顯示壓力的動態值和設置控制值，再通過操作面板的觸摸屏或PC電腦設置壓力參數過程中，也可通過觸摸屏或PC電腦顯示設置的參數值，操作過程一目了然，人機界面友好。6、本發明之自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置整體結構簡單、參數調節穩定性好、工作可靠、調整方便。下面結合附圖和實施例對本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置及控制方法作進一步說明。


圖I是本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置的結構方框 圖2是本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制方法的PID控制原理方框 圖3是本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制方法的PID控制流程框圖。
具體實施例方式 如圖I所示，本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，是一種閉環模糊PID恒壓控制裝置，該蓄水控制裝置包括PLC控制系統I、壓力變送器、電動調節閥及操作面板，PLC控制系統I包括CPU模塊及分別與CPU模塊連接的電源模塊、以太網通訊模塊、模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II、模擬量輸出模塊，壓力變送器安裝在上級自來水管網與加壓泵之間的管道的外側管壁上，壓力變送器的輸出端與模擬量輸入模塊I的輸入端連接，電動調節閥安裝在上級自來水管網與蓄水池之間的管道中，上級自來水管網即與自來水用戶網連接的上一級管網，電動調節閥的輸出端與模擬量輸入模塊II的輸入端連接，模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II通過背板總線與CPU模塊連接，模擬量輸出模塊通過背板總線與CPU模塊連接，模擬量輸出模塊的輸出端與電動調節閥的輸入端連接，操作面板與以太網通訊模塊連接。PLC控制系統I的CPU模塊、電源模塊、以太網通訊模塊、模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II、模擬量輸出模塊分別設置在PLC背板上，并通過PLC背板相連。所述模擬量輸入模塊I為8路12位4_20mA 2線制模擬量輸入模塊，壓力變送器為2線制4-20mA壓力變送器，壓力變送器通過2芯電纜與模擬量輸入模塊I輸入端的I路模擬量輸入通道端子(圖中未示出)連接。模擬量輸入模塊II為8路12位4-20mA 4線制模擬量輸入模塊，電動調節閥的輸出端通過多芯電纜與模擬量輸入模塊II輸入端的I路模擬量輸入通道(圖中未示出)連接，電動調節閥的輸入端與模擬量輸出模塊的I路模擬量輸出通道(圖中未示出)連接。電源模塊為DC24V直流電源模塊，PLC控制系統內部所有模塊由DC24V直流電源模塊通過PLC背板供電。所述PLC控制系統I為S7-300系列PLC，CPU模塊為CPU315-2DP，電源模塊為PS307，以太網通訊模為CP343-1 Lean，模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II及模擬量輸出模塊均為SM331。PLC控制系統I的各模塊全部插到PLC背板，PLC背板選用型號為DIN導軌，并將PLC安裝固定，配上各種安裝和連接附件(插接件及導線)；然后給電源模塊供AC220V的交流電做電源。本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制方法，該控制方法是利用本發明上述由PLC控制系統、壓力變送器、電動調節閥及操作面板組成的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控 制裝置對自來水加壓泵站管網余壓蓄水過程進行自動控制，包括設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數、上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集、壓力控制信息處理、壓力控制值輸出控制、顯示監視；其步驟如下(控制方法的PID控制原理及控制流程框圖可參見圖2、3所示)
步驟I :設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數由操作面板(可以是觸摸屏或PC電腦)輸入上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數，PLC控制系統通過其內部的以太網通訊模塊與操作面板通訊，讀取操作面板上的上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數，通過PLC背板將上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數傳給CPU模塊；
步驟2 :上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集，上級自來水管網壓力采集通過裝在上級自來水管網與加壓泵之間的壓力變送器采集上級自來水管網當前壓力值，采集到的當前壓力值經過壓力變送器內部芯片轉換成標準4-20mA模擬量傳輸信號，通過2芯電纜傳輸到PLC控制系統的模擬量輸入模塊I，當前壓力值信號再經PLC控制系統的模擬量輸入模塊I將數據傳給PLC控制系統的CPU模塊計算；電動調節閥工作狀態采集電動調節閥當前工作狀態信息(即電動調節閥的當前開度)數據通過多芯電纜傳輸到PLC控制系統I的模擬量輸入模塊II，通過PLC控制系統的模擬量輸入模塊II傳給PLC控制系統的CPU模塊，供監視使用；
步驟3 :壓力控制信息處理根據上級自來水管網壓力控制值、壓力控制參數、上級自來水管網當前壓力值、電動調節閥當前工作狀態信息數據，由PLC控制系統的CPU模塊通過模糊PID算法計算得出壓力控制值；
步驟4 :壓力控制值輸出控制PLC控制系統的CPU模塊將步驟3中計算得到的壓力控制值，通過PLC背板通訊將壓力控制值傳輸給PLC控制系統的模擬量輸出模塊，通過PLC控制系統的模擬量輸出模塊將壓力控制值轉換為電動調節閥的開度設定值，模擬量輸出模塊輸出控制電動調節閥的開度設定值，電動調節閥根據開度設定值打開相應的開度實現對上級自來水管網壓力的控制，以達到自動調節壓力的目的；
步驟5 :顯示監視在操作面板的顯示屏(圖中未示出)上顯示工作狀態、上級自來水管網壓力控制值、實際壓力值和電動調節閥工作狀態信息、壓力控制參數。
作為本發明的變換形式，PLC控制系統I中各模塊的型號并不限于上述實施例所列舉的型號，也可為與上述型號具有相同或相似性能的其它型號的裝置，只要在本發明的范圍內所做的變換均屬于本發明的范疇。
權利要求
1.一種自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，其特征在于，該蓄水控制裝置包括PLC控制系統、壓力變送器、電動調節閥及操作面板，PLC控制系統包括CPU模塊及分別與(PU模塊連接的電源模塊、以太網通訊模塊、模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II、模擬量輸出模塊，壓力變送器安裝在上級自來水管網與加壓泵之間的管道的外側管壁上，壓力變送器的輸出端與模擬量輸入模塊I的輸入端連接，電動調節閥安裝在上級自來水管網與蓄水池之間的管道中，電動調節閥的輸出端與模擬量輸入模塊II的輸入端連接，模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II通過背板總線與CPU模塊連接，模擬量輸出模塊通過背板總線與CPU模塊連接，模擬量輸出模塊的輸出端與電動調節閥的輸入端連接，操作面板與以太網通訊模塊連接。
2.如權利要求I所述的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，其特征在于，所述模擬量輸入模塊I為8路12位4-20mA 2線制模擬量輸入模塊，壓力變送器為2線制4_20mA壓力變送器，壓力變送器通過2芯電纜與模擬量輸入模塊I輸入端連接。
3.如權利要求I所述的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，其特征在于，所述模擬量輸入模塊II為8路12位4-20mA 4線制模擬量輸入模塊，電動調節閥的輸出端通過多芯電纜與模擬量輸入模塊II輸入端連接。
4.如權利要求I所述的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，其特征在于，所述電源模塊為DC24V直流電源模塊。
5.如權利要求I所述的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置，其特征在于，所述PLC控制系統為S7-300系列PLC，CPU模塊為CPU315-2DP，電源模塊為PS307，以太網通訊模為CP343-1 Lean，模擬量輸入模塊I、模擬量輸入模塊II及模擬量輸出模塊均為SM331。
6.一種自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制方法，其特征在于，該控制方法是利用本發明上述由PLC控制系統、壓力變送器、電動調節閥及操作面板組成的自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置對自來水加壓泵站管網余壓蓄水過程進行自動控制，包括設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數、上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集、壓力控制信息處理、壓力控制值輸出控制、顯示監視；其步驟如下 步驟I :設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數由操作面板輸入上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數，PLC控制系統通過其內部的以太網通訊模塊與操作面板通訊，讀取操作面板上的上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數； 步驟2 :上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集，上級自來水管網壓力采集通過裝在上級自來水管網與加壓泵之間的壓力變送器采集上級自來水管網當前壓力值，經PLC控制系統的模擬量輸入模塊I將當前壓力值傳給PLC控制系統的CPU模塊計算；電動調節閥工作狀態采集電動調節閥當前工作狀態信息數據通過PLC控制系統的模擬量輸入模塊II傳給PLC控制系統的CPU模塊； 步驟3 :壓力控制信息處理根據上級自來水管網壓力控制值、壓力控制參數、上級自來水管網當前壓力值、電動調節閥當前工作狀態信息數據，由PLC控制系統的CPU模塊通過模糊PID算法計算得出壓力控制值； 步驟4 :壓力控制值輸出控制PLC控制系統的CPU模塊將步驟3中計算得到的壓力控制值通過PLC控制系統的模擬量輸出模塊輸出控制電動調節閥的開度設定值，電動調節閥根據開度設定值打開相應的開度實現對上級自來水管網壓力的控制；步 驟5 :顯示監視在操作面板上顯示工作狀態、上級自來水管網壓力控制值、實際壓力值和電動調節閥工作狀態信息、壓力控制參數。
全文摘要
本發明自來水加壓泵站管網余壓蓄水控制裝置及控制方法，涉及工業控制裝置及控制方法，該蓄水控制裝置包括PLC控制系統、壓力變送器、電動調節閥及操作面板，PLC控制系統包括CPU模塊及分別與CPU模塊連接的電源模塊、以太網通訊模塊、模擬量輸入模塊Ⅰ、模擬量輸入模塊Ⅱ、模擬量輸出模塊。該控制方法是利用上述控制裝置對自來水加壓泵站管網余壓蓄水過程進行自動控制，包括設置上級自來水管網壓力控制值和壓力控制參數、上級自來水管網壓力采集及電動調節閥工作狀態采集、壓力控制信息處理、壓力控制值輸出控制、顯示監視。本發明能達到高精度恒壓控制、提高用戶供水安全性、自動化程度和可靠性高、操作簡單等效果。
文檔編號E03B11/16GK102776921SQ20121025707
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者寧甲宇, 龐斌, 洪光明, 黎瑞榮 申請人:柳州高新區歐亞自動化設備有限責任公司