【正文】 的現場采集通過 4路模擬量輸入模塊 EM235實 現。在使用安裝之前，我們應先認識學習一下其原理安裝結構圖（如圖 27 所示）。 蓄水池的水位和出水管管路流量這兩 路模擬信號的現場采集通過 4 路模擬量輸入模塊 EM235實現。 P L C 系統(tǒng)軟件的設計 本系統(tǒng) PLC的編程使用 STEP 7Micro/WIN 進行 編寫，實現 PLC 對過程數據的初步處理。 圖 31 廠區(qū)主分站系統(tǒng)組成 廠區(qū) 主分站 電控柜 系統(tǒng)的設計 廠區(qū)主分站 電控柜 主要 具有兩部分功能：一是 對廠區(qū)蓄水池的儲水量和進水管的水流量 進行現場的 檢測與控制； 二是 通過 大功率的數傳電臺 實現 與各個 分站 進行 連接，將各 現自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 26 場 設備 的 狀態(tài)信號傳送到 各分站，并執(zhí)行相應的動作 。各分站點使用 PLC 負責采集供水管網的壓力、流量、液位以及控制泵房 抽 水泵的啟動、復位、停止等。 自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 19 圖 22 電氣控制系統(tǒng)主電路 檢測需要的所有信號，經傳感器檢測，送入相應的信號變送器變成標準的 4~20mA 信號或 1~5V信號，由變送器送入 S7200 控制器配置的 I/O 模塊，實現對原始一次信號的采集 和 對所檢測信號的采集與傳輸，包括所需要的電氣參數、水泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障等信號，同時能實現遠程操作或自動化運行控制。其中，用液位 =容積顯示控制儀 WPH80/H90 來顯示深水井的水位變化，用流量積算顯示控制儀 WPL80、 L90 來顯示抽供水管路的管路流量變化，用 PID 參數自整定控制儀 /PID 光柱顯示控制儀來顯示水泵電機的電壓電流信號。并根據參數實際值與設定值的偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行機構的動 作，從而完成控制任務。 因此，本系統(tǒng)采用 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司 的通用版本的 MCGS 作為工控機的應用軟件。 3. 通用性 ： 用戶根據工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件 提供的底層設備（如 PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/O 驅動程序、開放式的數據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線并存、具有多媒體功能和網絡功能的工程 ，不受行業(yè)限制。這就產生了“組態(tài)”這種技術，它充分的利用了計算機技術，又對 硬件進行了有效的管理。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。 2. 積分（ I）控制 ： 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。 變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變成電壓、頻率可調的交流電的變換器。在此期間， CPU按照 I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這很適合多品種、小批量的生產場合。 PLC 由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部 電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。 另外，其通信配套產品，如天線、饋線、電源、避雷器、高頻接插件、串口連接線、防水膠帶等等也一應俱全，與電臺的匹配非常好。 本自來水公司的抽供水系統(tǒng)是在無線數字傳輸電臺 日精 ND250A的基礎上，通過對現場儀器儀表數據信息的采集和監(jiān)控，運用 PLC 控制系統(tǒng)及 變頻控制的方式 實現對該公司分散在幾公里范圍內的五個水源地的 儲水量情況進行監(jiān)測與控制，并通過廠區(qū) 主分站 的上位機 實時 地 顯示情況 ，并 對廠區(qū)蓄水池的蓄水量狀況 進行水源地抽水量的調配控制。遠程控制是通過主控室的 PLC 主 操作站控制深井泵的啟停，就地控制是用控制柜上的按鈕控制泵的啟停。VFC。在此過程中，系統(tǒng)需要根據水源地現場所采集到的 自來水的流量、 地下水的水量、管道壓力等情況 ， 同時還要考慮用電時刻中的波峰與波谷時段情況， 通過 變頻器控制實現水泵電機的 運轉 ，從而達到 經濟 節(jié)能的效果。不同于一般的控制系統(tǒng)，這種新的網絡系統(tǒng)不僅降低了故障率和檢修的時間，也降低了停水次數，提高了對系統(tǒng)的反應時間。 2. 操作站： 中心控制室由一臺工控機、一套 PLC 設備和數據傳輸電臺等組成 。 圖 11 日精 ND250A SCADA 系統(tǒng)主要傳輸途徑是無線數傳電臺 。 目前， PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 5. 數據處理 ： 現代 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。 根據本系統(tǒng)的實際情況， PLC 我們采用西門子S7200 系列的相關產品。當被控對象的結構和參數不能完全掌握，或得不到精確的數學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用 PID 控制技術最為方便。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，抑制誤差的作用就應該是零。 水泵屬于典型的二次方律負載，其轉矩與轉速的二次方成正比，機械特性曲線如圖 13（ A）所示；其功率與轉速的三次方成正比，功率特性曲線如圖（ B）所示。 組態(tài)軟件的應用領域很廣，它可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領域的數據采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域。 該 控制系統(tǒng) 通過組態(tài)軟件可以實現下列 功能 ： 1. 運行方式：自動運行和手動操作相結合 。電源及鍵盤均自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 15 帶有電子鎖開關，可防止非法開、關和非法鍵盤輸入。 變送器的應用 變送器（ transmitter） ： 將物理測量信號或普通電信號轉換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設備。 C 數傳電臺： 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 ， 因此，需要 選擇環(huán)境特性良好的 、功率較大的、 守候電流較小的數傳電臺 。通過自控系統(tǒng)的 PLC或利用變頻器本體的 PID 調節(jié)，可以讓變頻器自動調速，保持 水源井水位穩(wěn)定，實現取水泵房的無人值守，高效、優(yōu)質供水。缺點是半雙工數字中 繼方式的實時性較差，并且需要進行數據存儲等處理工作 ,有一定的軟件工作量，而且無法實現話音中繼，因此需要中繼的分站不能與中心自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 24 站及其他分站進行通話。 系統(tǒng)根據蓄水池、各個水源井的水位和壓力控制原則，自動實現各個水源井中水泵運行狀態(tài)的改變?？刂瞥绦驅⑺脝⑼４螖导斑\行時間和管路使用次數及流量等參數自動記錄累計。 2. 全雙工模擬中繼 ： 找一個制高點架設一個全雙工模擬中繼臺（最好配上具有良好隔離度、低插入損耗的雙工器，這樣只需架設一條天線），該中繼臺的作用是把中心站（或分站）發(fā)來的載波信號不經過解調恢復成數據信號這一過程，直接把接收機收到的模擬信號同時調制到發(fā)射機上轉發(fā)給分站（或中心站）。 根據本控制系統(tǒng)的要求，我們在此采用 西門子 的 MicroMaster430 型變頻器 。 E 天饋系統(tǒng)：一般采用定向高增益天線及低損耗饋線并配上優(yōu)質的高頻接插件，有條件架高的盡量架高，以確保信號質量；多雷地區(qū)應配上同軸避雷器； 每個分站的定向天線一般應對準中心站的全向天線。 一般分為：溫度/濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流量變送器，重量變送器等。 其它組成部分 本系統(tǒng) 除了以上的幾個 重要的組成部分外，還有一些其它的 硬件設備。 3. 實時監(jiān)控：動態(tài)顯示 水源井 的液 壓 、閥泵的開 /關狀態(tài)等，模擬水流、自動控制泵閥的開關、流量的大小和 電機電流 等。圖形界面系統(tǒng)用于生成現場過程圖形畫面；實時數據庫系統(tǒng)用于實時存儲現場控制點的參數；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應用程序交換和數據；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需要的控制策略。由于負載的轉矩與轉速的平方成正比，當工作頻率高于額定工作頻率時，負載的轉矩有可能大大超過變頻器額定轉矩，使電 機過載。所以對有較大慣性或滯 后的被控對象，比例+微分（ PD）控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 PID 控制，實際中也有 PI 和 PD 控制。電機交流變頻調速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境 、推動技術進步的一種主要手段。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情 況下，該輸入均能被讀入。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系 統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 6 電鍍流水線等。其 工作頻率大多使用 220240MHz 或 400470MHz 頻段，具有數話兼容、數據傳輸實時性好、專用數據傳輸通道、一次建設投資、沒有運行使用費、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。 工控機選用研華公司的工業(yè)控制計算機， PLC 選用西門子公司的 S7200 系列，監(jiān)控軟件選用 MCGS 組態(tài)軟件，上位機與 PLC 之間通過 自由端口 進行通信，可通過上位機的控制界面實現對控制對象的實時監(jiān)控功能 , 實現了對水廠各個系統(tǒng)的實時監(jiān)測，以及對歷史數據的記錄和對相關被控對象的報警等相關功能。當一個遠端出現故障時，中心點會通過無線傳輸回的數據進行分析，找到出故障的地點，從而能在最短的時間內解決問題，恢復供水，提高了整體的服務水平，從而實現了水廠的信息化、現代化。同時 ， 該 系統(tǒng)具有 的 強大的報警和故障診斷功能 , 可以 方便工程師對系統(tǒng) 的 故障進行分析和維 修 ；而且系統(tǒng)在軟硬件產品的設計和選型中 , 采用 了 應用較為廣泛 的產品 , 并考慮一定的余地 ,為將來系統(tǒng)的擴建打下 了 基礎。 also considering a space left, it lays the foundation for expansion the system in the future. Keywords: data radio station。同時，根據廠區(qū)蓄水池的蓄水量給出水源井深井泵的調度信號；當出現現場故障時能及時停泵，并給出報警、保護信號，實現供水的統(tǒng)一調度。 本課題中的 自來水廠按功 能分為兩部分，一部分是水源地；另一部分是水廠區(qū)，二者分 散 分布，且相距較遠 。如圖 11 所示： 日精 ND250A 等系列的數傳電臺是日本原裝產品，有國家信息產業(yè)部無線電管理局頒發(fā)的“型號核準證”，出廠標準符合歐洲工 業(yè)級標準的，并且是環(huán)保產品（無鉛，符合歐洲 RoHS 環(huán)保指令），所有技術指標完全符合甚至高于國家標準，日精的 ND889A、 ND886A、ND250A 系列數傳電臺是目前唯一通過中國國家電科院測試并允許在電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)中使用的超短波數傳電臺，因為電力部門涉及到用電控制問題，關系到用電安全，因此對電臺的可靠性及技術指標要求高于相關國家標準，尤其是對高低溫環(huán)境特性及電磁兼容性（抗干擾）指標的要求非常高。 PLC 廠家都生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可編 程控制器用于模擬量控制。新近生產的 PLC都具有通信接口，通信非常方便。 4. 系統(tǒng)的設計、 安裝、調試 工作量小，維護方便，容易改造 ： PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O映象區(qū)或系統(tǒng) RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。用電機變頻調速來代替原有閥門調節(jié)流量，我國每年可節(jié)約用電 300400 億千瓦小時。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。 PID 控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。 上位機及 組態(tài) 軟件 組態(tài)軟件的概述 如何對一個系統(tǒng)進行有效的管理和應用，而不必有過多的投入，充分利用現代計算機技術的應用和發(fā)展。組態(tài)軟件有以下的特點： 1. 系統(tǒng)的可擴充性 ： 用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級 。 6. 保存數據：系統(tǒng)具有自動保存數據和 與其它應用程序交換數據的功能。它是實現自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。其中， 壓力變送器的作用是檢測管網水壓 及水源井的水位壓力的 。 其 電氣控制系統(tǒng)主電路如圖 22 所示： 現場電控柜主要的元器件主要包括 PLC 和各種電氣控制元器件。記錄的數據存放在中心臺計算機的數據庫中，可以隨時查詢或打印，其它計算機也可以通過網絡進行數據查詢。