【導讀】城市供水系統(tǒng)的建設是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到用戶的正常工作和生活。節(jié)能、能適應供水廠復雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。本文首先根據(jù)管網(wǎng)和水泵的運行特性曲線，闡明了供水系統(tǒng)的變頻調(diào)速節(jié)能原理；因此本文以采用變頻器和PLC組合構成系統(tǒng)的方式，以某居民小區(qū)水泵電動。機控制系統(tǒng)為對象，逐步闡明如何實現(xiàn)水壓恒定供水。進行了控制系統(tǒng)的主電路設計，控制電路設計。對輸入輸出點進行了統(tǒng)計，共有。的本身自有的軟啟動功能實現(xiàn)水泵電機的啟動。在控制過程中，電控系統(tǒng)由S7-200完。求，結(jié)合變頻器的功能參數(shù)表預置了相關的參數(shù)。在介紹了PLC的編程方法的基礎上，圖，利用PLCSIM仿真軟件進行了仿真，仿真的結(jié)果表明了設計程序的正確性。頻供水的工作狀態(tài)。最后對恒壓供水進行了經(jīng)濟效益分析，分析的結(jié)果表明具有明顯

　　

【正文】 I/ O 分配如表 所示。 表 I/ O 分配表 I O A B C D F 32 則其梯形圖如圖 所示 : 圖 綠燈常亮梯形圖 其它常用的編程方法還有順序控制設計法，功能模塊設計法等，在此不再一一詳細介紹 [18]。 本設計采用的是 邏輯代數(shù)設計法。 編程軟件的簡單介紹 STEP7Micro/WIN32編程軟件是基于 Windows的應用軟件，由西門子公司專為 S7200系列 PLC設計開發(fā)，它功能強大，主 要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進行操作，用戶使用起來更加方便。 STEP7Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應用軟件的任務，例如創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設置 PLC的工作方式，參數(shù)和運行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。 軟件的功能的實現(xiàn)可 以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進行，部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進行。 S7200PLC使用 STEP7Micro/WIN32編程軟 33 件進行編程。單擊圖 進入如圖 ，在此界面可完成 主程序，子程序，中斷程序的編制與修改，完成 圖 STEP7編程軟件圖標 程序編制后單擊保存，再單擊下載，程序即可供 PLC使用。 圖 STEP7Micro/WIN32操作界面 恒壓供水系統(tǒng)梯形圖的設計 在控制系統(tǒng)中，變頻器通過對電機出廠 壓力點處設置的壓力變送器反饋信號，進行單閉環(huán)控制。 PLC程序設計的主要任務是接受外部開關信號的輸入以及水池水位信號，判斷當前的系統(tǒng)狀態(tài)是否正常，然后執(zhí)行程序，由輸出信號去控制接觸器、繼電器和變頻器等器件，以完成相應的控制任務， PLC主要控制任務就是根據(jù)實際情況實現(xiàn)工頻和變頻的切換。 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，經(jīng)過化簡后的各變量的邏輯表達式如下： I I I I? () I I I I? () 33 T I I I? () I I? () 34 0 C I I I? () 34 T I I I? () 1 CI? () ? ?0 .20 .0 0 .0 0 .5 0 .7Q M M M I?? () M M I? () M M I? () M M I? () I I?? () I I?? () 根據(jù)邏輯表達式 （ ） ~（ ） ，設計的梯形圖如圖 。 35 36 37 圖 主程序 程序的仿真與調(diào)試 仿真軟件的簡介 由于實驗室的條件有限，本次設計采用 S7PLCSIM進行仿真。 S7PLCSIM是STEP7中 的一個非常實用的軟件。我們可以把它作為一臺仿真的 PLC，用于運行和測試用戶程序。因為這中仿真完全是用 STEP7軟件進行，因此無需連接任何 S7硬件，就可以在 PG/PC上仿真一個完整的 S7CPU，包括地址和 I/O。 S7PLCSIM提供了一個簡潔的操作界面，可以監(jiān)視或者修改程序中的參數(shù)，比如直接對數(shù)字量進行操作。下面我進行仿真的地一步，打開軟件，如圖 示。 38 圖 S7PLCSIM軟件的界面 恒壓供水系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試 在編程窗口中把程序下載到仿真 PLC中，如圖 。 圖 程序裝載界面 39 點擊開始按鈕， 1泵開始變頻運行，如圖 。 圖 1泵變頻運行 變頻器達到上限， 1泵工頻運行， 2泵變頻運行，如圖 411所示。 40 圖 1泵工頻運行， 2泵變頻運行 當水泵出現(xiàn)故障，啟動備用泵，圖 412為 1泵出現(xiàn)故障的界面。 圖 412 1泵出現(xiàn)故障 恒壓變頻供水系統(tǒng)的 WinCC界面設計 WinCC軟件簡介 工控組態(tài)軟件 WinCC是一個集成的人機界面（ HMI）系統(tǒng)和監(jiān)控管理（ SCADA）系統(tǒng)。 WinCC是 Windows Control Center (視窗控制中心 )的簡稱。它集成了 SCADA、 組態(tài)、腳本語言和 OPC等先進技術，提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息歸檔、以及報表等功能模塊。 首先創(chuàng)建通訊驅(qū)動程序：建立 S7200與 WinCC之間的通訊。其次建立變量標簽：每個標簽需要對每個變量的標簽名，數(shù)據(jù)類型，地址進行設置。最后 建立過程畫面。 使用 WinCC中的圖形編輯器可以繪制各種元素和圖形。該控制系統(tǒng)畫面主要有主畫面、參數(shù)設置、供電回路、實時曲線、報表統(tǒng)計、歷史記錄查詢、故障報警等畫面 組成，在上位機上可以顯示各個電機的電流、頻率、水位、水壓、工頻和變頻運行的時間以及各泵的運行狀態(tài)等參數(shù)。建立好 WinCC和 PLC的通訊聯(lián)系后， PLC上的事件順序?qū)⑹强梢暫涂刹僮鞯?。組態(tài)軟件畫面主要由以上七塊組成。在實際運行中為了防止有人誤操作而對系統(tǒng)產(chǎn)生傷害，我們對不同的操作者的權限作出規(guī)定，對不同的操作人員設定不同的操作密碼和相應的操作權限，這 41 樣可以防止有人誤操作而對系統(tǒng)產(chǎn)生傷害 [19]。 恒壓供水系統(tǒng)的 WinCC界面設計 監(jiān)控主畫面的簡單繪制過程如下： 從“開始”菜單里啟動 WinCC的資源 管理器窗口，如圖 。 圖 WinCC資源管理器窗口 在資源管理器窗口里點擊新建按鈕，出現(xiàn)如圖 ，輸入項目的名稱，并選擇好保存的路徑，單擊“創(chuàng)建”按鈕，一個新的工程就建立了。 42 圖 創(chuàng)建新項目窗口 新項目建立好后，就要進行變量的添加，以便在以后的過程中隨時調(diào)用這些變量。添加變量的方法是在圖 ，出現(xiàn)如圖 所示的窗口。在窗口的右半部分右擊，再新建變量，并選擇好變量的類型，最后保存即可。 圖 415 新建變量窗口 添加好變量后 ，就要進行主畫面的繪制了。在圖 413所示的窗口中雙擊圖形編輯器，出現(xiàn) ，在該窗口中，可以對主畫面的名稱進行更改，在本設計中，把它重命名為“ zhuhuamian”名稱。 43 圖 新建主畫面窗口 在圖 “ zhuhuamian”，在彈出的窗口中即可進行主畫面繪制。完整的主畫面如圖 。 圖 監(jiān)控主畫面 1泵變頻的界面如圖 。 44 圖 1泵變頻畫面 1工頻、 2變頻的界面如圖 。 圖 1泵 工頻， 2泵變頻畫面 1泵故障、 2變頻的界面如圖 。 45 圖 1泵故障， 2泵變頻畫面 經(jīng)濟效益分析 從流體力學原理知道，水泵供水流量與電動機轉(zhuǎn)速及功率的關系為 1122Qn? 21122()Hn? 31122()Pn? 式中 Q 為供水流量， H 為揚程， P 為電動機軸功率， n 為電動機轉(zhuǎn)速。 本設計系統(tǒng)共有 2臺 30KW的水泵電動機，假設沒天運行 16h，其中 4h為額定轉(zhuǎn)速，其余 12h為 80%額定轉(zhuǎn)速運行，一年 365天節(jié)約電能為 ? ? 3803 0 1 2 1 3 6 5100W ??? ? ? ? ?????kW h=64124 kW h 46 若每 1 kW h電價為 元，一年可節(jié)約電費為 64124元 = 通過市場調(diào)查，本套恒壓供水系統(tǒng)的成本約為 5萬元左右，兩年即可收回投資，運行多年經(jīng)濟效 益將十分可觀。 47 第五章 總結(jié)與期望 總結(jié) 本課題主要研究的是某小區(qū)的恒壓供水。為此設計了一套具有高性能的變頻器控制系統(tǒng)來代替原有的手動啟動、閥門控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)重點是根據(jù)系統(tǒng)運行的需求，自動調(diào)節(jié)輸出頻率控制電動機的轉(zhuǎn)速，從而保持系統(tǒng)工況壓力的穩(wěn)定。 根據(jù)供水的要求，此裝置屬于一拖二閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，且變頻器帶動的電機可實現(xiàn)無級調(diào)速。減少系統(tǒng)波動現(xiàn)象和對電源電網(wǎng)的沖擊。此裝置在變頻器出現(xiàn)故障時，可自動關閉電動閥門，系統(tǒng)退出變頻式運行，以避免中斷供水。 在工頻方式運行下，系統(tǒng)帶有降壓啟動裝置，在工頻啟 動時，由于啟動電流過大，而避免對電網(wǎng)沖擊的影響，并可延長電機的使用壽命。裝置啟動時，電動機與電動閥門同時開啟，停止時先關閉電動閥門，電動機延時停止，防止水錘現(xiàn)象，延長水泵使用壽命。 展望 現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制、調(diào)節(jié)和設備狀態(tài)監(jiān)控功能，將來還可以通過對更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過開發(fā)上位機的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)具有綜合功能的供水自動化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力 .這部份工作有待在以后的學習與工作中來進一步開展下去。 隨著各方面技術的發(fā)展以及網(wǎng)絡 技術被廣泛的應用，與此同時能量卻日益緊缺，在這種情況下，變頻恒壓供水系統(tǒng)的使用肯定會越來越普及，當然對恒壓供水控制技術將提出更高的要求。如對系統(tǒng)采用基于 GPRS 的無線方式進行數(shù)據(jù)的傳輸、通過網(wǎng)絡對系統(tǒng)進行遠程診斷和維護等。另外本文的設計、控制方法完全可以用于恒風壓控制，進而實現(xiàn)風機的變頻節(jié)能，因為風機和水泵的能耗大約占整個電能能耗的三分之一左右。所以變頻恒壓供水技術在逐漸走向成熟的過程中，仍然有必要對其進行更深入的研究。 48 參考文獻 [1] 金傳偉，毛宗源 ． 變頻調(diào)速技術在水泵控制系統(tǒng)中的應用 ． 電子技 術應用，2021， : 3839 [2] 馬桂梅，譚光儀 .陳次昌泵變頻調(diào)速時的節(jié)能方案討論 .四川工業(yè)學院學報 .2021， : 57 [3] 崔金貴 .變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應用的理論探討 .蘭州鐵道學院學報 .2021， : 8488 [4] 吳民強 .泵與風機節(jié)能技術水利電力出版社， 1994:26 [5] 張燕賓 .變頻調(diào)速應用實踐機械工業(yè)出版社， 2021:244251 [6] 付娟 .交流調(diào)速技米電子工業(yè)出版社， 2021:17 [7] 葉汝裕 .水泵風機的節(jié)電及技術改造重慶大 學出版社， 1998:14 [8] 徐士鳴 .泵與風機原理與應用 .大連理工大學出版社， 1992:1224 [9] 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng)機械工業(yè)出版社， 1992:1019 [10] 周玉國 .變頻調(diào)速節(jié)能分梳東北電力技術， 2021， :44 [11] 吳浩烈 .電機及電力拖動基鹼重慶大學出版社， 1996:173174 [12] 黃俊，王兆安 .電力電子變流技術 .機械工業(yè)出版， 1933:197206 [13] 胡躍冰 .水泵電機變頻調(diào)速的節(jié)能與計算節(jié)能技術， 2021， :48 [14] 中國工空信息網(wǎng) [15] 西門子（中國）自動化網(wǎng) [16] 張春光 .全自動變頻調(diào)速供水泵運行工況與節(jié)能分析 .節(jié)能技術， 2021，:4l44 [17] 任國 .泵變頻調(diào)速節(jié)能的理論分析與應甩計算技術與自動么， 1994，:3739 [18] 陸秀令 . 幾種常用的可編程控制器梯形圖的設計方法 .機床電器 ,2021,:4348 49 [19] 陳懷忠 . 西門子 PLC和 WinCC SCADA 在變頻恒壓供水系統(tǒng)中的應用 . 自動化儀表， 2021， :3439 致 謝 對于這次畢業(yè)設計的順利完成，我首先要感謝陸秀令副教授，是他細心的給我講解了許多關于 PLC、變頻器、供水原理相關的知識，并在設計過程中所遇到的難題都給了非常重要的意見，本次設計能夠有較好的主體框架也得益于陸秀令副教授的指導，導師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神與為人師表的風范，使我受益匪淺，在此，謹向羅教授表示我最衷心的感謝