专利名称：自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种工业控制装置及控制方法，特别是一种自来水管网余压蓄水控制装置及控制方法。
背景技术：
自来水供水中，每天都有用水低峰期和用水高峰期。当用水低峰期的时候，用户用水少，管网压力需求低；当用水高峰期的时候，用户用水多，管网压力需求高。而由于管网管道物理特性限制，上级自来水管网压力不会根据用水高低峰期进行升压，上级自来水管网供水量不会根据用水高低峰期而大幅度加大供水量，于是出现了低峰期时管网压力高于需求值，压力浪费；高峰期时管网压力低于需求值，压力不足。为了保证管网供水压力，在长距离管道后安排加压泵站对自来水进行加压，另外还要在加压泵站里安排蓄水池，用于低峰期的时候打开上级自来水管网侧的进水阀门让水进入蓄水池进行蓄水，高峰期时从蓄水池 往外抽水做临时水源和加压源之一。由于进水阀门是在上级自来水管网侧，当阀门打开的时候会造成上级自来水管网压力下降；如果阀门开的太大，上级自来水管网压力会下降太大，提供给加压站当前需要的压力会不足，影响加压站对下级管网的供水效果。目前大多数蓄水池的进水控制都是采用人工控制，低峰期的时候人工打开进水阀门，高峰期的时候关上进水阀门。由于采用人工控制，阀门开度完全由工人经验来决定，因此开度开小时，使蓄水速度降低，使高峰期来临时蓄水池里可用的水不够；开度开大时，造成加压站里的加压泵负载加大从而浪费电能，甚至出现不能对下级管网提供足够的水量，影响用户用水；而且下级压力需求变化的时候不能立刻做出相应变化，使蓄水效果最佳化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术余压蓄水时由于靠人工调节引起的加压效果不理想或者影响用户用水的问题，提供一种能达到高精度恒压控制的效果、有效提高用户供水安全性、能耗低、自动化程度和可靠性高、操作简单的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置及控制方法。本发明为实现上述目的采用的技术方案是一种自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，该蓄水控制装置包括PLC控制系统、压力变送器、电动调节阀及操作面板，PLC控制系统包括CPU模块及分别与CPU模块连接的电源模块、以太网通讯模块、模拟量输入模块I、模拟量输入模块II、模拟量输出模块，压力变送器安装在上级自来水管网与加压泵之间的管道的外侧管壁上，压力变送器的输出端与模拟量输入模块I的输入端连接，电动调节阀安装在上级自来水管网与蓄水池之间的管道中，电动调节阀的输出端与模拟量输入模块II的输入端连接，模拟量输入模块I、模拟量输入模块II通过背板总线与CPU模块连接，模拟量输出模块通过背板总线与CPU模块连接，模拟量输出模块的输出端与电动调节阀的输入端连接，操作面板与以太网通讯模块连接。
其中所述模拟量输入模块I为8路12位4_20mA 2线制模拟量输入模块，压力变送器为2线制4-20mA压力变送器，压力变送器通过2芯电缆与模拟量输入模块I输入端连接。其中所述模拟量输入模块II为8路12位4_20mA 4线制模拟量输入模块，电动调节阀的输出端通过多芯电缆与模拟量输入模块II输入端连接。其中所述电源模块为DC24V直流电源模块。其中所述PLC控制系统为S7-300系列PLC，CPU模块为CPU315-2DP，电源模块为PS307,以太网通讯模为CP343-1 Lean，模拟量输入模块I、模拟量输入模块II及模拟量输出模块均为SM331。本发明还提供了该自来水加压泵站管网余压蓄水的控制方法，该控制方法是利用本发明上述由PLC控制系统、压力变送器、电动调节阀及操作面板组成的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置对自来水加压泵站管网余压蓄水过程进行自动控制，包括设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数、上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集、压力控制信息处理、压力控制值输出控制、显示监视；其步骤如下
步骤I :设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数由操作面板输入上级自来水管网压力控制值和压力控制参数，PLC控制系统通过其内部的以太网通讯模块与操作面板通讯，读取操作面板上的上级自来水管网压力控制值和压力控制参数；
步骤2 :上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集，上级自来水管网压力采集通过装在上级自来水管网与加压泵之间的压力变送器采集上级自来水管网当前压力值，经PLC控制系统的模拟量输入模块I将当前压力值传给PLC控制系统的CPU模块计算；电动调节阀工作状态采集电动调节阀当前工作状态信息数据通过PLC控制系统的模拟量输入模块II传给PLC控制系统的CPU模块；
步骤3 :压力控制信息处理根据上级自来水管网压力控制值、压力控制参数、上级自来水管网当前压力值、电动调节阀当前工作状态信息数据，由PLC控制系统的CPU模块通过模糊PID算法计算得出压力控制值；
步骤4 :压力控制值输出控制PLC控制系统的CPU模块将步骤3中计算得到的压力控制值通过PLC控制系统的模拟量输出模块输出控制电动调节阀的开度设定值，电动调节阀根据开度设定值打开相应的开度实现对上级自来水管网压力的控制；
步骤5 :显示监视在操作面板上显示工作状态、上级自来水管网压力控制值、实际压力值和电动调节阀工作状态信息、压力控制参数。 由于采用了上述装置及方法，本发明与现有其它同类技术相比较具有如下有益效果:
I、提高用户供水安全性
使用本发明之自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置后，由于通过压力变送器采集上级自来水管网压力信号传给PLC控制系统的CPU模块，CPU模块根据压力自动控制电动调节阀的开度，使加压泵站上级自来水管网水压稳定，杜绝了开度开大时，造成加压站里因进水压力过低或者进水水量不足引起对下级管网供水不足而引起的供水安全问题。2、能达到高精度恒压控制的效果
本发明之自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置中，电动调节阀与CPU模块之间通过模拟量输入模块II连接，获得电动调节阀当前工作状态信息(即电动调节阀的当前开度)，通过操作面板设置压力控制值，作为压力控制信息处理时模糊PID算法的控制参数依据；压力变送器采集上级自来水管网压力值后将标准信号送入模拟量输入模块I，模拟量输入模块I再将信号送给CPU模块，PLC控制系统通过模糊PID运算后通过模拟量输出模块将控制信号输出给电动调节阀进而对电动调节阀开度进行控制，经实验证明在运行过程中，超调压力不会超过设置压力值的3%。3、加压站的变频能耗降低
本发明之自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置中，由于采用自动控制，不会造成因调节阀开度过大，使加压站里的加压泵进水压力低造成负载加大从而浪费电能。4、自动化程度和可靠性高、操作简单
使用本发明之自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，只需按下操作面板的参数设置 按钮，即进入压力控制值设置状态或压力控制参数设置状态，此时，操作者只需操作操作面板的触摸屏或PC电脑，即可对压力控制设置状态参数进行压力控制，压力控制过程是全自动的，可靠性高，不需要使用其它设备，操作起来非常方便。5、人机界面友好
使用本发明之自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置过程中，可通过操作面板(触摸屏或PC电脑的显示屏)上实时显示压力的动态值和设置控制值，再通过操作面板的触摸屏或PC电脑设置压力参数过程中，也可通过触摸屏或PC电脑显示设置的参数值，操作过程一目了然，人机界面友好。6、本发明之自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置整体结构简单、参数调节稳定性好、工作可靠、调整方便。下面结合附图和实施例对本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置及控制方法作进一步说明。
图I是本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置的结构方框 图2是本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制方法的PID控制原理方框 图3是本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制方法的PID控制流程框图。
具体实施例方式 如图I所示，本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，是一种闭环模糊PID恒压控制装置，该蓄水控制装置包括PLC控制系统I、压力变送器、电动调节阀及操作面板，PLC控制系统I包括CPU模块及分别与CPU模块连接的电源模块、以太网通讯模块、模拟量输入模块I、模拟量输入模块II、模拟量输出模块，压力变送器安装在上级自来水管网与加压泵之间的管道的外侧管壁上，压力变送器的输出端与模拟量输入模块I的输入端连接，电动调节阀安装在上级自来水管网与蓄水池之间的管道中，上级自来水管网即与自来水用户网连接的上一级管网，电动调节阀的输出端与模拟量输入模块II的输入端连接，模拟量输入模块I、模拟量输入模块II通过背板总线与CPU模块连接，模拟量输出模块通过背板总线与CPU模块连接，模拟量输出模块的输出端与电动调节阀的输入端连接，操作面板与以太网通讯模块连接。PLC控制系统I的CPU模块、电源模块、以太网通讯模块、模拟量输入模块I、模拟量输入模块II、模拟量输出模块分别设置在PLC背板上，并通过PLC背板相连。所述模拟量输入模块I为8路12位4_20mA 2线制模拟量输入模块，压力变送器为2线制4-20mA压力变送器，压力变送器通过2芯电缆与模拟量输入模块I输入端的I路模拟量输入通道端子(图中未示出)连接。模拟量输入模块II为8路12位4-20mA 4线制模拟量输入模块，电动调节阀的输出端通过多芯电缆与模拟量输入模块II输入端的I路模拟量输入通道(图中未示出)连接，电动调节阀的输入端与模拟量输出模块的I路模拟量输出通道(图中未示出)连接。电源模块为DC24V直流电源模块，PLC控制系统内部所有模块由DC24V直流电源模块通过PLC背板供电。所述PLC控制系统I为S7-300系列PLC，CPU模块为CPU315-2DP，电源模块为PS307，以太网通讯模为CP343-1 Lean，模拟量输入模块I、模拟量输入模块II及模拟量输出模块均为SM331。PLC控制系统I的各模块全部插到PLC背板，PLC背板选用型号为DIN导轨，并将PLC安装固定，配上各种安装和连接附件(插接件及导线)；然后给电源模块供AC220V的交流电做电源。本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制方法，该控制方法是利用本发明上述由PLC控制系统、压力变送器、电动调节阀及操作面板组成的自来水加压泵站管网余压蓄水控 制装置对自来水加压泵站管网余压蓄水过程进行自动控制，包括设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数、上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集、压力控制信息处理、压力控制值输出控制、显示监视；其步骤如下(控制方法的PID控制原理及控制流程框图可参见图2、3所示)
步骤I :设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数由操作面板(可以是触摸屏或PC电脑)输入上级自来水管网压力控制值和压力控制参数，PLC控制系统通过其内部的以太网通讯模块与操作面板通讯，读取操作面板上的上级自来水管网压力控制值和压力控制参数，通过PLC背板将上级自来水管网压力控制值和压力控制参数传给CPU模块；
步骤2 :上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集，上级自来水管网压力采集通过装在上级自来水管网与加压泵之间的压力变送器采集上级自来水管网当前压力值，采集到的当前压力值经过压力变送器内部芯片转换成标准4-20mA模拟量传输信号，通过2芯电缆传输到PLC控制系统的模拟量输入模块I，当前压力值信号再经PLC控制系统的模拟量输入模块I将数据传给PLC控制系统的CPU模块计算；电动调节阀工作状态采集电动调节阀当前工作状态信息(即电动调节阀的当前开度)数据通过多芯电缆传输到PLC控制系统I的模拟量输入模块II，通过PLC控制系统的模拟量输入模块II传给PLC控制系统的CPU模块，供监视使用；
步骤3 :压力控制信息处理根据上级自来水管网压力控制值、压力控制参数、上级自来水管网当前压力值、电动调节阀当前工作状态信息数据，由PLC控制系统的CPU模块通过模糊PID算法计算得出压力控制值；
步骤4 :压力控制值输出控制PLC控制系统的CPU模块将步骤3中计算得到的压力控制值，通过PLC背板通讯将压力控制值传输给PLC控制系统的模拟量输出模块，通过PLC控制系统的模拟量输出模块将压力控制值转换为电动调节阀的开度设定值，模拟量输出模块输出控制电动调节阀的开度设定值，电动调节阀根据开度设定值打开相应的开度实现对上级自来水管网压力的控制，以达到自动调节压力的目的；
步骤5 :显示监视在操作面板的显示屏(图中未示出)上显示工作状态、上级自来水管网压力控制值、实际压力值和电动调节阀工作状态信息、压力控制参数。
作为本发明的变换形式，PLC控制系统I中各模块的型号并不限于上述实施例所列举的型号，也可为与上述型号具有相同或相似性能的其它型号的装置，只要在本发明的范围内所做的变换均属于本发明的范畴。
权利要求
1.一种自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，其特征在于，该蓄水控制装置包括PLC控制系统、压力变送器、电动调节阀及操作面板，PLC控制系统包括CPU模块及分别与(PU模块连接的电源模块、以太网通讯模块、模拟量输入模块I、模拟量输入模块II、模拟量输出模块，压力变送器安装在上级自来水管网与加压泵之间的管道的外侧管壁上，压力变送器的输出端与模拟量输入模块I的输入端连接，电动调节阀安装在上级自来水管网与蓄水池之间的管道中，电动调节阀的输出端与模拟量输入模块II的输入端连接，模拟量输入模块I、模拟量输入模块II通过背板总线与CPU模块连接，模拟量输出模块通过背板总线与CPU模块连接，模拟量输出模块的输出端与电动调节阀的输入端连接，操作面板与以太网通讯模块连接。
2.如权利要求I所述的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，其特征在于，所述模拟量输入模块I为8路12位4-20mA 2线制模拟量输入模块，压力变送器为2线制4_20mA压力变送器，压力变送器通过2芯电缆与模拟量输入模块I输入端连接。
3.如权利要求I所述的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，其特征在于，所述模拟量输入模块II为8路12位4-20mA 4线制模拟量输入模块，电动调节阀的输出端通过多芯电缆与模拟量输入模块II输入端连接。
4.如权利要求I所述的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，其特征在于，所述电源模块为DC24V直流电源模块。
5.如权利要求I所述的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置，其特征在于，所述PLC控制系统为S7-300系列PLC，CPU模块为CPU315-2DP，电源模块为PS307，以太网通讯模为CP343-1 Lean，模拟量输入模块I、模拟量输入模块II及模拟量输出模块均为SM331。
6.一种自来水加压泵站管网余压蓄水控制方法，其特征在于，该控制方法是利用本发明上述由PLC控制系统、压力变送器、电动调节阀及操作面板组成的自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置对自来水加压泵站管网余压蓄水过程进行自动控制，包括设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数、上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集、压力控制信息处理、压力控制值输出控制、显示监视；其步骤如下 步骤I :设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数由操作面板输入上级自来水管网压力控制值和压力控制参数，PLC控制系统通过其内部的以太网通讯模块与操作面板通讯，读取操作面板上的上级自来水管网压力控制值和压力控制参数； 步骤2 :上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集，上级自来水管网压力采集通过装在上级自来水管网与加压泵之间的压力变送器采集上级自来水管网当前压力值，经PLC控制系统的模拟量输入模块I将当前压力值传给PLC控制系统的CPU模块计算；电动调节阀工作状态采集电动调节阀当前工作状态信息数据通过PLC控制系统的模拟量输入模块II传给PLC控制系统的CPU模块； 步骤3 :压力控制信息处理根据上级自来水管网压力控制值、压力控制参数、上级自来水管网当前压力值、电动调节阀当前工作状态信息数据，由PLC控制系统的CPU模块通过模糊PID算法计算得出压力控制值； 步骤4 :压力控制值输出控制PLC控制系统的CPU模块将步骤3中计算得到的压力控制值通过PLC控制系统的模拟量输出模块输出控制电动调节阀的开度设定值，电动调节阀根据开度设定值打开相应的开度实现对上级自来水管网压力的控制；步 骤5 :显示监视在操作面板上显示工作状态、上级自来水管网压力控制值、实际压力值和电动调节阀工作状态信息、压力控制参数。
全文摘要
本发明自来水加压泵站管网余压蓄水控制装置及控制方法，涉及工业控制装置及控制方法，该蓄水控制装置包括PLC控制系统、压力变送器、电动调节阀及操作面板，PLC控制系统包括CPU模块及分别与CPU模块连接的电源模块、以太网通讯模块、模拟量输入模块Ⅰ、模拟量输入模块Ⅱ、模拟量输出模块。该控制方法是利用上述控制装置对自来水加压泵站管网余压蓄水过程进行自动控制，包括设置上级自来水管网压力控制值和压力控制参数、上级自来水管网压力采集及电动调节阀工作状态采集、压力控制信息处理、压力控制值输出控制、显示监视。本发明能达到高精度恒压控制、提高用户供水安全性、自动化程度和可靠性高、操作简单等效果。
文档编号E03B11/16GK102776921SQ20121025707
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者宁甲宇, 庞斌, 洪光明, 黎瑞荣 申请人:柳州高新区欧亚自动化设备有限责任公司