【正文】 個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。如圖35為恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。~~。單刀雙擲開關(guān)SA打至1端時(shí)開啟手動(dòng)控制模式，此時(shí)可以通過開關(guān)分別控制三臺(tái)水泵電機(jī)在工頻下的運(yùn)行和停止。只有當(dāng)SB2按下時(shí)才會(huì)切斷電路，KM1線圈失電，電機(jī)M1停止運(yùn)行。（2）自動(dòng)控制：正常情況下供水系統(tǒng)工作在自動(dòng)狀態(tài)。水泵工頻運(yùn)行信號(hào)，水泵變頻運(yùn)行信號(hào)。KM2線圈得電，1水泵變頻運(yùn)行指示燈HL2點(diǎn)亮，同時(shí)KM2的常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)KMKM1的電氣互鎖。水池水位上下限報(bào)警指示燈HL7點(diǎn)亮；，變頻器故障報(bào)警指示燈HL8點(diǎn)亮；，白天供水模式指示燈HL9點(diǎn)亮；，報(bào)警電鈴HA響起；，中間繼電器KA的線圈得電，常開觸點(diǎn)KA閉合使得變頻器的頻率復(fù)位；處于自動(dòng)控制狀態(tài)下，自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈HL10一直點(diǎn)亮。白天，小區(qū)的用水量大，系統(tǒng)高恒壓值運(yùn)行；夜間，小區(qū)用水量小，系統(tǒng)低恒壓值運(yùn)行。倒泵只用于系統(tǒng)只有一臺(tái)變頻泵長(zhǎng)時(shí)間工作的情況下。(4) 三臺(tái)水泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能，對(duì)水泵的操作要有手動(dòng)/自動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。根據(jù)控制要求和設(shè)計(jì)要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如表32所示。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個(gè)輸入量，其中包括4個(gè)數(shù)字輸入量和1個(gè)模擬輸入量。I2圖36 PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖2泵變頻運(yùn)行信號(hào)自動(dòng)控制接頭變頻器頻率復(fù)位控制信號(hào)3泵變頻運(yùn)行信號(hào)3泵工頻運(yùn)行信號(hào)2泵工頻運(yùn)行信號(hào)1泵變頻運(yùn)行信號(hào)61泵工頻運(yùn)行信號(hào)水池水位超限報(bào)警信號(hào)變頻器故障報(bào)警器信號(hào)白天模式運(yùn)行信號(hào)電鈴報(bào)警信號(hào)RAA+ADATARBB+BomplexRCC+omplexComplexRDDomplexD+omplexML+omplex地M0V0I0增益偏移配置輸入變頻器+壓力變送器輸出壓力信號(hào)SA1SUSB7水位上下限信號(hào)SLHL水位比較器液位變送器2RS485Q11M2ML+MQ0地NL1AC1LI1I0除此之外，本變頻恒壓供水系統(tǒng)有11個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和1個(gè)模擬量輸出信號(hào)。圖36只是簡(jiǎn)單的表明PLC及擴(kuò)展模塊的外圍接線情況，并不是嚴(yán)格意義上的外圍接線情況。11XXX：住宅小區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合泵站的控制要求，對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下[12]：(1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)水泵工作不能滿足恒壓要求時(shí)，需啟動(dòng)第二臺(tái)水泵。這一功能可通過比較指令實(shí)現(xiàn)。(2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)均為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有個(gè)管理規(guī)范。具體的操作是：將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。(3) 程序的結(jié)構(gòu)及程序功能的實(shí)現(xiàn)由于模擬量單元及PID調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個(gè)恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定的。程序中使用的PLC元件及其功能如表41所示。S7200系列PLC采用STEP7Micro/WIN32編程軟件。可以說，S7200系列PLC可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。PLC在系統(tǒng)中的作用是控制交流接觸器組進(jìn)行工頻變頻的切換和水泵工作數(shù)量的調(diào)整。是否要自動(dòng)運(yùn)行?是否收到下限頻率是否收到上限頻率否是開始（手動(dòng)運(yùn)行模式）根據(jù)輸入按鈕，執(zhí)行相應(yīng)的操作否是是未啟動(dòng)圖41 PLC程序圖流程圖否已啟動(dòng)啟動(dòng)變頻器保持原有運(yùn)行狀態(tài)執(zhí)行減泵程序執(zhí)行加泵程序系統(tǒng)起動(dòng)之后，將檢測(cè)是自動(dòng)運(yùn)行模式還是手動(dòng)運(yùn)行模式。如果是自動(dòng)運(yùn)行模式，則系統(tǒng)根據(jù)程序及相關(guān)的輸入信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的操作。在自動(dòng)運(yùn)行模式中，如果PLC接到頻率上限信號(hào)，則執(zhí)行增泵程序，增加水泵的工作數(shù)量。如果沒接到信號(hào)，就保持現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)[13]。如圖42所示，本設(shè)計(jì)主程序大體包括以下幾部分[14]：(1)系統(tǒng)初始化程序在系統(tǒng)開始工作的時(shí)候，先要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動(dòng)的時(shí)候，先對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對(duì)變頻器變頻運(yùn)行的上下限頻率、PID控制的各參數(shù)進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進(jìn)行中斷連接。在初始化后緊接著要設(shè)定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號(hào)和工頻泵投入臺(tái)數(shù)。(3)水泵的軟啟動(dòng)程序增減泵或倒泵時(shí)復(fù)位變頻器為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備，同時(shí)變頻泵號(hào)加一，并產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)和下一臺(tái)水泵變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)，延時(shí)后啟動(dòng)運(yùn)行。(4)各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯程序各水泵變頻運(yùn)行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進(jìn)行說明。 3泵變頻運(yùn)行1泵變頻運(yùn)行開始結(jié)束是否有工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖幾號(hào)泵變頻運(yùn)行工頻泵數(shù)是否大于0工頻泵數(shù)是否大于12泵是否變頻運(yùn)行2泵工頻運(yùn)行圖44 2泵工頻運(yùn)行控制流程圖否是否是否是否是是否有變頻啟動(dòng)脈沖信號(hào)開始否是否無變頻器復(fù)位脈沖變頻泵號(hào)是否為2 系統(tǒng)是否無故障2＃泵是否工頻運(yùn)行是是否否是2＃泵變頻運(yùn)行否否是結(jié)束是圖43 2泵變頻運(yùn)行控制流程圖(5) 各水泵工頻運(yùn)行控制邏輯程序水泵的工頻運(yùn)行不但取決于變頻泵的泵號(hào)，還取決于工頻泵的臺(tái)數(shù)。產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻運(yùn)行啟動(dòng)脈沖后，若當(dāng)前2泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0，或者當(dāng)前3泵處于變頻運(yùn)行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1，KM1線圈得電，使得KM1常開觸點(diǎn)閉合，1水泵工頻運(yùn)行，同時(shí)KM1常閉觸點(diǎn)打開防止KM2線圈得電，從而實(shí)現(xiàn)變頻和工頻之間實(shí)現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM1的常開觸點(diǎn)還可實(shí)現(xiàn)自鎖功能。當(dāng)故障信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)的指示燈會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時(shí)報(bào)警電鈴響起。故障發(fā)生后重新設(shè)定變頻泵號(hào)和工頻泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，在故障結(jié)束后產(chǎn)生故障結(jié)束脈沖信號(hào)。其中圖42是以2泵為例的變頻運(yùn)行控制流程圖，圖43是以2泵為例的工頻運(yùn)行控制流程圖。詳細(xì)的主程序梯形圖請(qǐng)參考附錄。假設(shè)所選變頻器的輸出頻率范圍為0~100HZ，則上下限給定值分別為16000和6400。圖45 初始化子程序SBR_0梯形圖(2) PID控制中斷子程序首先將由AIW0輸入的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，經(jīng)過PID運(yùn)算后，再將標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化成輸出值，由AQW0輸出模擬信號(hào)。圖46 PID控制中斷子程序INT_0梯形圖3XXX：住宅小區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第5章 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件的簡(jiǎn)介組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。本設(shè)計(jì)中選擇北京亞控公司的“組態(tài)王”軟件制作監(jiān)控系統(tǒng)。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設(shè)備文件夾中的“COM1”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的對(duì)話框中設(shè)置波特率為19200bit/s，如圖51所示。圖52 通信協(xié)議的設(shè)置 新建工程與組態(tài)變量雙擊““啟動(dòng)工程管理器，新建一個(gè)工程，名為“恒壓供水控制系統(tǒng)”，雙擊新建工程打開工程瀏覽器，點(diǎn)擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標(biāo)，右面工作區(qū)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)定義好的內(nèi)存變量。用同樣的方法組態(tài)所有變量（見圖54）。(2) 制作動(dòng)態(tài)監(jiān)控畫面利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進(jìn)行動(dòng)畫連接。(4) 按鈕、指示燈組態(tài)設(shè)定按鈕或文字鏈接的對(duì)象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當(dāng)和外部的一些智能儀表、PLC等進(jìn)行連接時(shí)，會(huì)大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮?jiǎn)潔性；指示燈組態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。為了加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)還為不同的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限。系統(tǒng)運(yùn)行主監(jiān)控界面如圖55所示，主界面實(shí)時(shí)顯示了當(dāng)前時(shí)間，設(shè)定的水壓值和當(dāng)前水壓值，系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)運(yùn)行情況，三臺(tái)水泵變頻/工頻運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行頻率，各設(shè)備的故障報(bào)警顯示等。它是以PLC和變頻器為核心、借助于PLC強(qiáng)大而靈活的控制功能和內(nèi)置PID的變頻器優(yōu)良的變頻調(diào)速性能，實(shí)現(xiàn)了恒壓供水的控制。恒壓供水在日常生活中非常重要，基于PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)的小區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)可靠性高、效率高、節(jié)能效果顯著、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快。對(duì)整個(gè)供水過程來說，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，可根據(jù)不同季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，既節(jié)約用水，又節(jié)約電能，達(dá)到更優(yōu)的節(jié)能方式，實(shí)現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。因此，還有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水控制系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐中。從論文的構(gòu)思、擬定提綱到論文的不斷完善以及定稿，他們都給了我耐心細(xì)致的指導(dǎo)，為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)，可以說本文的字里行間都浸透著導(dǎo)師的汗水和心血。同時(shí)也感謝所有關(guān)心和幫助我的熱心的同學(xué)和朋友們，正因?yàn)橛辛怂麄兊膸椭推谕?，使我在做論文期間遇到困難時(shí)，從未感到過無助或喪失信心。41XXX：住宅小區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[1] 韓安榮. 通用變頻器及其應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2002:79~80.[2] 陳新恩,王永祥. 基于S7200的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[J]. 制造業(yè)電氣，2006, 25(6):3739[3] 龍章眷. PLC與變頻器在自動(dòng)恒壓供水設(shè)備中的應(yīng)用[J]. 科技信息，2007(3):179~182.[4] 馬桂梅,譚光儀. 泵變頻調(diào)速時(shí)的節(jié)能方案討論[J]. 四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,3:5~7.[5] 吳陽. 恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化, 2010(2):170~172.[6] 吳浩烈. 電機(jī)及電力拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]. 重慶:重慶大學(xué)出版社,1996:173~174.[7] 趙華軍. 基于通用變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電工程技術(shù),2007( 2):30~31.[8] 馬寧. S7200 PLC和MM440變頻器的原理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006:5361[9] Ostrirov,VN. the theory of Frequency control water supply in the building water supply applications. Elektrichestvo,2003 (4):68~71.[10] 吳志敏,陽勝峰. 西門子PLC與變頻器、接觸器觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M]. 北京：中國(guó)電 力出版社，2009:133~134.[11] Lewis B W, candello M R. Automatic frequency control water supply system design and Discussion. Journal of the New England water works Association, 1998, 112(3):227~240.[12] MK Chung. Optimum values of design variables versus specific speed for centrifugal Pumps [J], Proceeding of the Institution of Mechanieal Engineers, 1999, 3:219227.[13] 張萬忠. 可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2005:155~162.[14] 韓焱青. PLC控制變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)[J]. 武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào),2000(4):71~73.5XXX：住宅小區(qū)恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)附 錄變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖如圖f1所示：圖f1 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序梯形圖