樓宇變頻恒壓供水監控系統設計

1、引言
在供水系統中，恒壓供水是指在供水網(wǎng)系中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。本文采用計算機(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監控系統，通過(guò)變頻調速實(shí)現恒壓供水、滿(mǎn)足節能降耗的要求。而且有利于實(shí)現生產(chǎn)的自動(dòng)化及遠程監測。用水量變化具有隨機性，用水高峰時(shí)水壓不足，低谷時(shí)又造成能量浪費。變頻恒壓供水系統根據公共管網(wǎng)的壓力變化，通過(guò)PLC和變頻器自動(dòng)調節水泵的增減、水泵電機的運行方式及電機的轉速。實(shí)現恒壓供水，既防止了能量空耗，義避免出現電機啟動(dòng)時(shí)沖擊電流對設備的影響。
2、工作原理
變頻恒壓供水系統采用一臺變頻器拖動(dòng)兩臺大功率電動(dòng)機，可在變頻和工頻兩種方式下運行；一臺低功率的電機，作為輔助泵電機。
啟動(dòng)方式：為避免啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，電機采用變頻啟動(dòng)方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動(dòng)前變頻器要復位。
變頻調速：根據供水管網(wǎng)流zui、壓力變化自動(dòng)控制變頻器輸出頻率，從而調節電動(dòng)機和水泵的轉速，實(shí)現恒壓供水。如設備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿(mǎn)足供水要求時(shí)，PLC發(fā)出指令i號泵自動(dòng)切換到工頻電源運行，待I號泵*退出變頻運行，對變頻器復位后。2號泵投入變頻運行。
多泵切換：根據恒壓的需要，采取無(wú)主次切換。即“先開(kāi)先停”的原則接入和退出。在PL C的程序中，通過(guò)設置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數。由給定頻率是否達到上限頻率或下限頻率來(lái)判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。
為了避免一臺泵長(cháng)期工作，任一泵不能連續變頻運行超過(guò)3小時(shí)。當工頻泵臺數為零，有一臺運行于變頻狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)計時(shí)器，當達到3小時(shí)時(shí)，變頻泵的泵號改變，即切換到另一臺泵上。當有泵運行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動(dòng)時(shí)，計時(shí)器停止計時(shí)并清零。
故障處理：能對水位下限，變頻器、P L C故障等報警。P L C故障，系統從自動(dòng)轉入手動(dòng)方式。
3、PLC控制電路
系統采用S7-200PLC作下位機。S7-200PLC硬件系統包含一定數量的輸入／輸出(I／o)點(diǎn)，同時(shí)還可以擴展I／O模塊和各種功能模塊。輸入點(diǎn)為6個(gè)，其中水位上、下限信號分別為10．0、10．1。輸出點(diǎn)為l0個(gè)，O0．0 O1．0對應PLC的輸出端子。對變頻器的復位是由輸出點(diǎn)O1．0通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現的。根據控制系統l／O點(diǎn)及地址分配可知，系統共有5個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，9個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，1個(gè)模擬量輸入點(diǎn)和1個(gè)模擬量輸出點(diǎn)?？梢赃x用CPU224PLC(14DI／10DO)，再擴展一個(gè)模擬量模塊EM235(4AI／lAO)。
4、PLC通信程序
S7-200PLC硬件功能完善，指令系統豐富?？蔀橛脩?hù)提供多種通訊方式：PPI方式，MPI方式， 自由通訊口方式等。應用自由通訊口方式，使S7-200PLC可以與任何通信協(xié)議已知，具有串口通訊的智能設備和控制器(如打印機、變頻器、上位PC機等)進(jìn)行通信，也可以用于兩個(gè)CP U之間簡(jiǎn)單的數據交換。該通信方式使可通信的范圍大大增大， 使控制系統配置更加靈、方便。
采用PLC 自由通訊口方案，PLC工作于從站，PC處于主站模式，PLC從站只響應來(lái)自主站的申請。主站向PLC從站發(fā)送指令格式的報文，讀指令00為向從站PLC申請產(chǎn)生于PLC的數據，讀取水壓，頻率，變頻泵號，工頻臺數，輔助泵狀態(tài)等數據；寫(xiě)指令01為向PLC傳送產(chǎn)生于主站的數據，包括壓力設定值和控制器輸出值。在自由口通信模式下，通信協(xié)議*由用戶(hù)程序控制。通過(guò)設定特殊存儲字節SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允許自由口模式，用戶(hù)程序可以通過(guò)使用發(fā)送中斷、接收中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)對通信口操作。
應用發(fā)送指令(XMT)，可以將發(fā)送數據緩沖區(TBL)中的數據通過(guò)指令的通信端口(PORT)發(fā)送出去，發(fā)送完成時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)中斷事件，數據緩沖區的*個(gè)數據指明了要發(fā)送的字節數。應用接收指令(RCV)，可以通過(guò)指令的通信端口(PORT)接收信息并存儲與接收《PLC&FA) 2006年1月數據緩沖區(TBL)中，接收完成也將產(chǎn)生一個(gè)中斷事件，數據緩沖區的*個(gè)數據指明了要發(fā)送的字節數。

為了保證通訊接收的可靠性，程序采用前導符，PLC地址，靜止線(xiàn)接收，結束字符。首字符的確認可通過(guò)設置前導符來(lái)完成，并且通過(guò)比較還可以剔除部分干擾字符。首字符確認：

靜止線(xiàn)是通訊過(guò)程中的一個(gè)檢測用時(shí)間，即設定的數據傳輸過(guò)程中無(wú)任何數據的任意2點(diǎn)的間隔時(shí)間。靜止線(xiàn)的設計和處理包括長(cháng)度的確定及定時(shí)器和接收器的設計。



對不方便設置尾字符的，可以采用計數的方式對中間字符進(jìn)行接收，計數到則執行一個(gè)專(zhuān)門(mén)中斷程序來(lái)執行接收結束的處理。對尾字符的判斷處理采用以下流程進(jìn)行處理。校驗采用從PLC地址號開(kāi)始，與數據(不包括兩個(gè)連續的尾字符)進(jìn)行異或校驗。每接收一個(gè)字符就進(jìn)行尾字符判斷，如果不是尾字符則在接收的同時(shí)進(jìn)行異或校驗。
5、監控程序設計
上位機的程序流程圖如圖l所示。根據接收到的數據進(jìn)行判斷，如接收到的是讀寫(xiě)錯誤，則要求重發(fā)。如為寫(xiě)成功，則開(kāi)啟定時(shí)器l，定時(shí)采樣；如讀成功，接收到的是采樣數據則進(jìn)行顯示和調用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數字處理，處理完畢發(fā)送頻率和設定壓力值， 并開(kāi)啟定時(shí)器2，等待響應。
系統主窗體四個(gè)按鈕控件，分別為參數設置、實(shí)時(shí)監測、啟動(dòng)和關(guān)閉系統。參數設置界面如圖2所示。用戶(hù)可根據實(shí)際情況修改壓力設定值。
主要控件功能包括：
(1)壓力設定值：壓力設定值范圍：0．30 0．60Mpa。
(2)校正系數：主要是對壓力顯示進(jìn)行校正，使壓力顯示與壓力表顯示一致。
(3)復位按鏹：運行中按下，籽使系統重新啟動(dòng)，各參數回到初始設置
(4)設定按鈕：在文本框輸入壓力設定值和校正系數后，按下此按鈕，壓力設定值和校正系數才能通過(guò)串口發(fā)送給下位機。

為系統實(shí)時(shí)監測界面，可顯示當前的實(shí)際水壓和頻率值，三個(gè)指示燈主要接收PLC回送的信息，實(shí)時(shí)監測各泵的運行情況。正常顯示為綠色；故障時(shí)，相應的控件變成紅色顯示。