樓宇變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、引言
在供水系統(tǒng)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(jì)算機(jī)(PC)、可編程控制器(PLC)、變頻器組成變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓供水、滿足節(jié)能降耗的要求。而且有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。用水量變化具有隨機(jī)性，用水高峰時(shí)水壓不足，低谷時(shí)又造成能量浪費(fèi)。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)公共管網(wǎng)的壓力變化，通過(guò)PLC和變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的增減、水泵電機(jī)的運(yùn)行方式及電機(jī)的轉(zhuǎn)速。實(shí)現(xiàn)恒壓供水，既防止了能量空耗，義避免出現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流對(duì)設(shè)備的影響。
2、工作原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)大功率電動(dòng)機(jī)，可在變頻和工頻兩種方式下運(yùn)行；一臺(tái)低功率的電機(jī)，作為輔助泵電機(jī)。
啟動(dòng)方式：為避免啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流，電機(jī)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(fù)位。
變頻調(diào)速：根據(jù)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(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。如設(shè)備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時(shí)，PLC發(fā)出指令i號(hào)泵自動(dòng)切換到工頻電源運(yùn)行，待I號(hào)泵*退出變頻運(yùn)行，對(duì)變頻器復(fù)位后。2號(hào)泵投入變頻運(yùn)行。
多泵切換：根據(jù)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(shè)置變頻泵的工作號(hào)和工頻泵的臺(tái)數(shù)。由給定頻率是否達(dá)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(tái)泵長(zhǎng)期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運(yùn)行超過(guò)3小時(shí)。當(dāng)工頻泵臺(tái)數(shù)為零，有一臺(tái)運(yùn)行于變頻狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，當(dāng)達(dá)到3小時(shí)時(shí)，變頻泵的泵號(hào)改變，即切換到另一臺(tái)泵上。當(dāng)有泵運(yùn)行于工頻狀態(tài)，或輔助泵啟動(dòng)時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)并清零。
故障處理：能對(duì)水位下限，變頻器、P L C故障等報(bào)警。P L C故障，系統(tǒng)從自動(dòng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)方式。
3、PLC控制電路
系統(tǒng)采用S7-200PLC作下位機(jī)。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入／輸出(I／o)點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)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(hào)分別為10．0、10．1。輸出點(diǎn)為l0個(gè)，O0．0 O1．0對(duì)應(yīng)PLC的輸出端子。對(duì)變頻器的復(fù)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(xiàn)的。根據(jù)控制系統(tǒng)l／O點(diǎn)及地址分配可知，系統(tǒng)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)。可以選用CPU224PLC(14DI／10DO)，再擴(kuò)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(tǒng)豐富。可為用戶提供多種通訊方式：PPI方式，MPI方式， 自由通訊口方式等。應(yīng)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(shè)備和控制器(如打印機(jī)、變頻器、上位PC機(jī)等)進(jìn)行通信，也可以用于兩個(gè)CP U之間簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換。該通信方式使可通信的范圍大大增大， 使控制系統(tǒng)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(yīng)來(lái)自主站的申請(qǐng)。主站向PLC從站發(fā)送指令格式的報(bào)文，讀指令00為向從站PLC申請(qǐng)產(chǎn)生于PLC的數(shù)據(jù)，讀取水壓，頻率，變頻泵號(hào)，工頻臺(tái)數(shù)，輔助泵狀態(tài)等數(shù)據(jù)；寫指令01為向PLC傳送產(chǎn)生于主站的數(shù)據(jù)，包括壓力設(shè)定值和控制器輸出值。在自由口通信模式下，通信協(xié)議*由用戶程序控制。通過(guò)設(shè)定特殊存儲(chǔ)字節(jié)SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允許自由口模式，用戶程序可以通過(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(duì)通信口操作。
應(yīng)用發(fā)送指令(XMT)，可以將發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)的*個(gè)數(shù)據(jù)指明了要發(fā)送的字節(jié)數(shù)。應(yīng)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(chǔ)與接收《PLC&FA) 2006年1月數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中，接收完成也將產(chǎn)生一個(gè)中斷事件，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的*個(gè)數(shù)據(jù)指明了要發(fā)送的字節(jié)數(shù)。

為了保證通訊接收的可靠性，程序采用前導(dǎo)符，PLC地址，靜止線接收，結(jié)束字符。首字符的確認(rèn)可通過(guò)設(shè)置前導(dǎo)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(rèn)：

靜止線是通訊過(guò)程中的一個(gè)檢測(cè)用時(shí)間，即設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中無(wú)任何數(shù)據(jù)的任意2點(diǎn)的間隔時(shí)間。靜止線的設(shè)計(jì)和處理包括長(zhǎng)度的確定及定時(shí)器和接收器的設(shè)計(jì)。



對(duì)不方便設(shè)置尾字符的，可以采用計(jì)數(shù)的方式對(duì)中間字符進(jìn)行接收，計(jì)數(shù)到則執(zhí)行一個(gè)專門中斷程序來(lái)執(zhí)行接收結(jié)束的處理。對(duì)尾字符的判斷處理采用以下流程進(jìn)行處理。校驗(yàn)采用從PLC地址號(hào)開(kāi)始，與數(shù)據(jù)(不包括兩個(gè)連續(xù)的尾字符)進(jìn)行異或校驗(yàn)。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(yàn)。
5、監(jiān)控程序設(shè)計(jì)
上位機(jī)的程序流程圖如圖l所示。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如接收到的是讀寫錯(cuò)誤，則要求重發(fā)。如為寫成功，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(shù)據(jù)則進(jìn)行顯示和調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)字處理，處理完畢發(fā)送頻率和設(shè)定壓力值， 并開(kāi)啟定時(shí)器2，等待響應(yīng)。
系統(tǒng)主窗體四個(gè)按鈕控件，分別為參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、啟動(dòng)和關(guān)閉系統(tǒng)。參數(shù)設(shè)置界面如圖2所示。用戶可根據(jù)實(shí)際情況修改壓力設(shè)定值。
主要控件功能包括：
(1)壓力設(shè)定值：壓力設(shè)定值范圍：0．30 0．60Mpa。
(2)校正系數(shù)：主要是對(duì)壓力顯示進(jìn)行校正，使壓力顯示與壓力表顯示一致。
(3)復(fù)位按鏹：運(yùn)行中按下，籽使系統(tǒng)重新啟動(dòng)，各參數(shù)回到初始設(shè)置
(4)設(shè)定按鈕：在文本框輸入壓力設(shè)定值和校正系數(shù)后，按下此按鈕，壓力設(shè)定值和校正系數(shù)才能通過(guò)串口發(fā)送給下位機(jī)。

為系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面，可顯示當(dāng)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(jiān)測(cè)各泵的運(yùn)行情況。正常顯示為綠色；故障時(shí)，相應(yīng)的控件變成紅色顯示。