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城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系統(tǒng)的設(shè)計城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系統(tǒng)的設(shè)計/NUMPAGES8城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系統(tǒng)的設(shè)計城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系統(tǒng)的設(shè)計城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系統(tǒng)的設(shè)計0引言
城市供水管網(wǎng)是結(jié)構(gòu)復雜、規(guī)模巨大的管線網(wǎng)絡系統(tǒng),是城市賴以生存的血脈。近年來,隨著技術(shù)進步和改造資金投入,多數(shù)供水企業(yè)建立了供水數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制系統(tǒng)(SCADA),實現(xiàn)了水源和原水輸送系統(tǒng)監(jiān)測、凈水構(gòu)筑物和工藝設(shè)備監(jiān)控以及供水管網(wǎng)測壓等功能,但閥門啟閉和調(diào)節(jié)還必須依靠操作工人到現(xiàn)場手動完成。管網(wǎng)閥門是供水系統(tǒng)中的重要設(shè)施,起到輸送、關(guān)斷、調(diào)節(jié)供水流量、壓力和改變流向等管網(wǎng)調(diào)控作用,是供水系統(tǒng)暢通輸配和管網(wǎng)搶修、維護、改造的重要保證措施。因此閥門作為管網(wǎng)中的一個重要設(shè)備,如何更好地管理,對搞好管網(wǎng)建設(shè)及運行管理顯得越來越重要。
1供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)
通常供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由四部分組成(如圖1所示):管網(wǎng)參數(shù)測量,閥門智能控制系統(tǒng),管網(wǎng)監(jiān)測中心,閥門電動執(zhí)行機構(gòu)。其原理是通過傳感器遠程采集管網(wǎng)系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù),經(jīng)有線或無線等方式將信號傳遞到企業(yè)管網(wǎng)控制中心和閥門智能控制系統(tǒng),閥門智能控制系統(tǒng)根據(jù)傳送來的適時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù),控制電動執(zhí)行機構(gòu)進行閥門調(diào)節(jié)。其中閥門智能控制系統(tǒng)是控制的核心部分。2管網(wǎng)參數(shù)測量
供水管網(wǎng)監(jiān)測點一般要求測量壓力、流量、流速、流向四路數(shù)據(jù)。所以現(xiàn)場需要配置壓力、流量、流速、流向變送器,然后通過有線或無線的方式把參數(shù)信號發(fā)送到閥門智能控制終端或管網(wǎng)監(jiān)測中心。對主管道應分段測量,如圖2所示。
閥門V1的參數(shù)監(jiān)測模塊位于閥門V2前方,閥門V2的參數(shù)監(jiān)測模塊位于閥門V3前方。如此類推,這樣參數(shù)監(jiān)測模塊才能準確地把主管道L1,L2,…段的參數(shù),反饋給閥門智能控制系統(tǒng)和管網(wǎng)監(jiān)測中心3閥門智能控制系統(tǒng)
閥門智能控制系統(tǒng)可獨立地對傳遞來的管網(wǎng)參數(shù)信號進行處理,根據(jù)處理后的結(jié)果向閥門電動執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行信號,還可以把參數(shù)上傳到管網(wǎng)監(jiān)測中心。閥門智能控制系統(tǒng)可由計算機系統(tǒng)、單片微型機系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等來實現(xiàn)。本文以單片機為控制核心并給出了針對某一測量點的設(shè)計方案。
3.1硬件設(shè)計
閥門智能控制系統(tǒng)主要包括主控制器CPU、A/D、D/A、8255A、6264SRAM、按鍵輸入電路、LED顯示電路、報警電路、時鐘和復位電路,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
系統(tǒng)以AT89C52單片機為核心,配合相應的傳感器將檢測到的壓力、流量、流速、流向四路數(shù)據(jù)經(jīng)變送器處理后,轉(zhuǎn)換成0~5V標準信號,送ADC0809芯片進行A/D轉(zhuǎn)換,單片機每隔500ms循環(huán)采樣一次,采樣5次后進行中值濾波,經(jīng)數(shù)據(jù)變換后,在LED上顯示各參數(shù)的實際值(工程量),并將信息發(fā)送到管網(wǎng)監(jiān)測中心。同時檢測值與給定值進行比較,根據(jù)比較結(jié)果輸出控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出控制電壓,驅(qū)動閥門電動執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對閥門的自動調(diào)節(jié)。
為了增加系統(tǒng)的靈活性,設(shè)計了一個4×4的矩陣式鍵盤。鍵碼0~9為輸入的數(shù)字量,按“A”鍵,顯示壓力;按“B”鍵,顯示流量;按“C”鍵,顯示流速;按“D”鍵,顯示流向;按“E”鍵,撤銷報警;按“F”鍵,投入報警。
3.2軟件設(shè)計
系統(tǒng)應用程序由主程序及中斷服務程序兩大部分組成。
3.2.1主程序
主程序程序框圖如圖4所示。包括三個主要環(huán)節(jié):一是實現(xiàn)各種初始化,包括設(shè)置堆棧指針、8255A芯片初始化、定時器/計數(shù)器0初始化、以及開中斷、定時器/計數(shù)器啟動等。二是實現(xiàn)顯示(按照人機對話功能顯示各種不同參數(shù))。三是不斷進行鍵盤掃描,判斷是否有鍵按下,若無鍵按下,則返回顯示;如有鍵按下,則根據(jù)所按鍵實現(xiàn)相應的人機對話功能。3.2.2中斷服務程序
中斷服務程序主要包括采樣、數(shù)據(jù)處理、報警、控制算法及控制值輸出等環(huán)節(jié),均以調(diào)用子程序?qū)崿F(xiàn),程序框圖如圖5所示。4管網(wǎng)監(jiān)測中心
管網(wǎng)監(jiān)測中心的信息處理系統(tǒng)可由計算機系統(tǒng)實現(xiàn)。通過RS422/RS485/Lonworks等不同的網(wǎng)絡接口,使閥門終端接入網(wǎng)絡中。管網(wǎng)監(jiān)測中心根據(jù)傳遞來的管網(wǎng)參數(shù),通過后臺監(jiān)控軟件可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的記錄、分析處理、在控制中心的顯示屏上實時顯示出管網(wǎng)運行狀態(tài)及各種所需數(shù)據(jù),并提供出解決方案。如果數(shù)據(jù)異常,可發(fā)出報警提示職守人員。管網(wǎng)監(jiān)測中心對閥門電動執(zhí)行機構(gòu)的控制權(quán)高于閥門智能控制系統(tǒng)。
5閥門電動執(zhí)行機構(gòu)
閥門電動執(zhí)行機構(gòu)中的閥門采用電磁閥。電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備,用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥里有密閉的腔,在的不同位置開有通孔,每個孔都通向不同的油管,腔中間是閥,兩面是兩塊電磁鐵,哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊。通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔,然后通過油的壓力來推動油剛的活塞,活塞又帶動活塞桿,活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。另外,閥門還需配置手動調(diào)節(jié)的手柄,以備系統(tǒng)出現(xiàn)故障時以手動調(diào)節(jié)閥門。
6結(jié)語
城市供水管網(wǎng)檢測及閥門智能控制系
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