【正文】 在此主分站中采用 CPU224 XP 的 PLC， 及一塊 模擬量的控制用擴(kuò)展模塊EM235 來實(shí)現(xiàn) ，其 廠區(qū)主控制室控制系統(tǒng)的 PLC 選型如表 31 所示： 表 31 廠區(qū)主控制室控制系統(tǒng)的 PLC選型 輸入信號(hào) 數(shù)量（個(gè)） 輸出信號(hào) 數(shù)量（個(gè)） 蓄水池 水位信號(hào) 1（ AI） 低 水位報(bào)警信號(hào) 1 出水管路流量 1（ AI） 高水位報(bào)警信號(hào) 1 管路流量報(bào)警信號(hào) 1 故障報(bào)警信號(hào) 1 合計(jì) 數(shù)字 0 I/4 O ；模擬 2 I 此站中的 PLC 外部接線圖如圖 32 所示 ， 其中 ， 為 故障 報(bào)警， 為管路流量報(bào)警 。控制程序?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄累計(jì)。在 STEP7 中，有 3 種編程語言可用來編程，分別是梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）和 功能塊（ FBD） ， 這里我們采用梯形圖編程。 系統(tǒng)根據(jù)蓄水池、各個(gè)水源井的水位和壓力控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)水源井中水泵運(yùn)行狀態(tài)的改變。 電控柜主要的元器件主要包括 PLC和各種電氣控制元器件。缺點(diǎn)是半雙工數(shù)字中 繼方式的實(shí)時(shí)性較差，并且需要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等處理工作 ,有一定的軟件工作量，而且無法實(shí)現(xiàn)話音中繼，因此需要中繼的分站不能與中心自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 24 站及其他分站進(jìn)行通話。采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳電臺(tái)實(shí)時(shí)上傳至 主分站 。通過自控系統(tǒng)的 PLC或利用變頻器本體的 PID 調(diào)節(jié)，可以讓變頻器自動(dòng)調(diào)速，保持 水源井水位穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)取水泵房的無人值守，高效、優(yōu)質(zhì)供水。 在本系統(tǒng)中需要輸入輸出的信號(hào)如表 1 所示： 表 21 水源地控制系統(tǒng)的 PLC選型 輸入信號(hào) 數(shù)量 （個(gè)） 輸出信號(hào) 數(shù)量（個(gè)） 主 水泵 起動(dòng)信號(hào) 1 主 電機(jī)啟動(dòng)信號(hào) 1 水泵停止信號(hào) 1 主 電機(jī)停止信號(hào) 1 深水井水位信號(hào) 1（ AI） 水位報(bào)警信號(hào) 1 主 水泵運(yùn)行信號(hào) 1 PLC 報(bào)警信號(hào) 1 主 電機(jī)電壓信號(hào) 1（ AI） 管路流量報(bào)警 1 主 電機(jī)電流信號(hào) 1（ AI） 變頻器控制信號(hào) 1（ AO） 自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 20 管路流量信號(hào) 1（ AI） 備用電機(jī)啟動(dòng)信號(hào) 1 備用水泵起動(dòng)信號(hào) 1 備用電機(jī)停止信號(hào) 1 備用水泵運(yùn)行信號(hào) 1 備用電機(jī)電壓信號(hào) 1（ AI） 備用電機(jī)電流信號(hào) 1（ AI） 自動(dòng) /就地 /遠(yuǎn)程 3 合計(jì) 數(shù)字 8 I/ 7 O。 C 數(shù)傳電臺(tái)： 因各分站系統(tǒng)在環(huán)境較惡劣的野外，且與自來水公司相距 較遠(yuǎn) ， 因此，需要 選擇環(huán)境特性良好的 、功率較大的、 守候電流較小的數(shù)傳電臺(tái) 。 自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 17 第 2 章 水源地 分站 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 水源地分站系統(tǒng)的 概述 水源地分站系統(tǒng)的 主要功能是完成站內(nèi)供水泵 的 工作狀態(tài)、運(yùn)行電流、工作電壓、供水流量、壓力等數(shù)據(jù)的采集， 實(shí) 時(shí)向 自來水公司的 供水調(diào)度 SCADA 系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)，接受反饋回來的信息；同時(shí)隨時(shí)接受、執(zhí)行 自來水公司的 供水調(diào)度主機(jī)發(fā)來的指令，將所采集的有關(guān)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)?自來水公司的主 控室。 變送器的應(yīng)用 變送器（ transmitter） ： 將物理測量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。 根據(jù) 所采集的不同參數(shù)，選擇相應(yīng)的傳感器 有 溫度、壓力、流量等 傳感器 。電源及鍵盤均自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 15 帶有電子鎖開關(guān)，可防止非法開、關(guān)和非法鍵盤輸入。 工控機(jī)（ Industrial Personal Computer— IPC）即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種加固的增強(qiáng)型 個(gè)人計(jì)算機(jī) ，專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的 ， 它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在 工業(yè) 環(huán)境中可靠運(yùn)行 ， 并在 屏幕上顯示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。 該 控制系統(tǒng) 通過組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)下列 功能 ： 1. 運(yùn)行方式：自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作相結(jié)合 。 4. 實(shí)時(shí)多任務(wù) ： 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視（ SCADA）、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示與人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等多個(gè)任務(wù) 可以通過組態(tài)，在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。 組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。同時(shí)也減少了一些硬件的投入。 水泵屬于典型的二次方律負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，機(jī)械特性曲線如圖 13（ A）所示；其功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，功率特性曲線如圖（ B）所示。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤 差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error）。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。與外界的聯(lián)系基本上分為三部分：一是主電路接線端，包括工頻電網(wǎng)的輸入端（ R、 S、 T） ，接電動(dòng)機(jī)的輸出端（ U、 V、 W）；二是控制端子，包括外部信號(hào)控制變頻器的端子，變頻器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機(jī)或其他變頻器的通訊接口；三是操作面板，包括液晶顯示屏和鍵盤。 根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況， PLC 我們采用西門子S7200 系列的相關(guān)產(chǎn)品。這時(shí)，才是 PLC 的真正 輸出。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。 5. 體積小，重量輕，能耗低 ： 復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用 PLC 后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼 電器，小型的 PLC 的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的 1/2 至 1/10。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。從 PLC的機(jī)外電路來說，使用 PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。 5. 數(shù)據(jù)處理 ： 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。日精電臺(tái)功耗非常小，守候電流是一般同類產(chǎn)品的產(chǎn)品的 1/3 不到，發(fā)射電流也要低 30%以上，因?yàn)橥耆?FET 而不是晶體管產(chǎn)品。 圖 11 日精 ND250A SCADA 系統(tǒng)主要傳輸途徑是無線數(shù)傳電臺(tái) 。 其監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖 01 所示： 自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 3 圖 01 自來水廠的系統(tǒng)監(jiān)控圖 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由位于水廠區(qū)的上位 PC 機(jī)、 主分站 PLC 和 五 個(gè) 水源地的 五 個(gè)從站 PLC構(gòu)成（見圖 1）。 2. 操作站： 中心控制室由一臺(tái)工控機(jī)、一套 PLC 設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)等組成 。當(dāng) PLC 或無線數(shù)字傳輸電臺(tái)處于編程狀態(tài)或出現(xiàn)故障時(shí)可以采用就地控制方式。不同于一般的控制系統(tǒng)，這種新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅降低了故障率和檢修的時(shí)間，也降低了停水次數(shù)，提高了對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。host puter 自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 目 錄 前 言 ...................................................................... 1 第 1章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 ....................................................... 4 數(shù)傳電臺(tái)日精 ND250A ................................................. 4 P L C 控制 ......................................................... 5 P L C 的概述 ................................................. 5 P L C 的特點(diǎn) ................................................. 6 P L C 的應(yīng)用 ................................................. 7 變頻器的介紹 ....................................................... 9 變頻調(diào)速技術(shù) ................................................. 9 PID 調(diào)節(jié)技術(shù) ................................................. 9 變頻調(diào)速技術(shù)與 PID 調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用 ............................ 11 上位機(jī)及組態(tài)軟件 .................................................. 12 組態(tài)軟件的概述 .............................................. 12 組態(tài)軟件的特點(diǎn) .............................................. 13 組態(tài)軟件與工控機(jī)的應(yīng)用 ...................................... 14 其它組成部分 ...................................................... 15 傳感器的應(yīng)用 ................................................ 15 變送器的應(yīng)用 ................................................ 15 第 2章 水源地分站系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................ 17 水源地分站系統(tǒng)的概述 .............................................. 17 分站電控柜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................... 18 分 站變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................ 21 無線傳輸系統(tǒng)的概述 ................................................ 21 數(shù)傳電臺(tái) ND250A 的應(yīng)用 ............................................. 22 第 3章 廠區(qū)主分站 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................... 25 廠區(qū)主分站系統(tǒng)的概述 .............................................. 25 廠區(qū)主分站電控柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................ 25 廠區(qū)主分站上位控制 的設(shè)計(jì) .......................................... 26 第 4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ..................................................... 27 P L C 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) .............................................. 27 順序控制的設(shè)計(jì)方法 .......................................... 27 順序控制梯形圖的設(shè)計(jì)方法 .................................... 28 自來水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) ............................................ 28 結(jié) 論 ..................................................................... 33 附 錄 ..................................................................... 34 參考文獻(xiàn) ...........................