畢業(yè)論文-基于PLC的恒壓供水系統(tǒng)

西南科技大學本科生畢業(yè)論文基于PLC的樓宇恒壓供水控制系統(tǒng)設(shè)計摘要：近年來，隨著我國的社會主義市場經(jīng)濟的發(fā)展越來越快，人們對供水質(zhì)量和可靠性的要求不斷提高；并且水資源的依賴程度也越來越高。然而傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)普遍存在著一下缺點：供水系統(tǒng)的自動化程度低、可靠性差、水電資源浪費嚴重、供水效率低,同時，水泵長期高速運轉(zhuǎn)后軸承可能發(fā)熱磨損嚴重，將會影響到水泵使用壽命，也使系統(tǒng)的維護工作變得更加復(fù)雜.本次設(shè)計是基于PLC恒壓供水系統(tǒng)，為了改善上述傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的缺陷，以恒定管網(wǎng)末端供水壓力作為目標，運用現(xiàn)代變頻技術(shù)來實現(xiàn)恒壓供水。本次設(shè)計的供水系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動力及控制線路、水泵以及整個過程的監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)組成,用戶可通過實驗設(shè)備控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來控制系統(tǒng)的運行.此系統(tǒng)能提升動態(tài)供水的可靠性和穩(wěn)定性，真正做到了供水和用水的動態(tài)平衡。關(guān)鍵詞：恒壓供水;PLC；變頻調(diào)速；OPC監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)DesignofConstantPressureWaterofBuildingsSupplyingsystemBasedonPLCAbstract：Inrecentyears,asChina'sdevelopmentofthesocialistmarketeconomy,fasterandfaster,itrequireswatertocontinuouslyimprovethequalityandreliability;anddependenceonwaterresourcesisincreasing.However,theprevalenceofconventionalwatersupplysystemaboutdisadvantages：lowdegreeofautomationofwatersupplysystems，poorreliability，hydropowerseriouswasteofresources,lowwaterefficiency,whilethehigh—speedoperationlongafterthewaterpumpbearingsmaywearseriousheatwillaffectthelifeofthepump，alsomakessystemmaintenanceworkhasbecomemorecomplex.ThisdesignisbasedonPLCconstantpressurewatersupplysysteminordertoimprovetheabove-mentioneddefectsoftraditionalwatersupplysystemstotheendofthepipenetworkwaterpressureconstantasthetarget，theuseofmoderntechnologytoachievefrequencyconversionconstantpressurewatersupply。ThedesignofthewatersupplysystemconsistsofPLC，inverter，pressuretransmitters，levelsensors,powerandcontrollines，pumpsandmonitoringconfigurationsystemconsistingoftheentireprocess，theusercancontrollightslaboratoryequipmentincaseboardandbuttons,switchestocontroltheoperationofthesystem。Thissystemcanimprovethereliabilityandstabilityofdynamicwatersupply，watersupplyandtrulydynamicequilibriumofwater.Keywords:constantpressurewatersupply;PLC;frequencycontrolofmotorspeed;OPCconfigurationsoftware第1章緒論1.1課題的提出我國的“十一五計劃”提出了節(jié)能減排，是我國未來發(fā)展的長遠規(guī)劃，是社會主義發(fā)展的長遠規(guī)劃，是造福子孫后代,利國利民的一項偉大舉措，節(jié)能減排工作，利在當代，功在千秋，不僅關(guān)系到我國人民的生活質(zhì)量,同時也與全世界人民的生活息息相關(guān)［7］。然而，當節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實時，中國這個水資源和電能短缺的國家,長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后,自動化程度低，水資源浪費嚴重。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水供給量常常高于需求量,出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同時有可能導(dǎo)致水管爆破和用水設(shè)備的損壞.在恒壓供水技術(shù)出現(xiàn)以前，出現(xiàn)過不同的供水方式.以下作就逐一分析。（1）一臺恒速泵直接供水系統(tǒng)這種供水方式,水泵從蓄水池中抽水加壓直接送往用戶，有的甚至連蓄水池也沒有，直接從城市公用水網(wǎng)中抽水，嚴重影響城市公用管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。這種供水方式，水泵整日不停運轉(zhuǎn)，有的可能在夜間用水低谷時段停止運行。這種系統(tǒng)形式簡單、造價最低,但耗電、耗水嚴重，水壓不穩(wěn)，供水質(zhì)量極差。(2)恒速泵+水塔的供水方式這種方式是水泵先向水塔供水，再由水塔向用戶供水。此方式較之前者供水壓力比較穩(wěn)定.但這種供水方式基建設(shè)備投資最大，占地面積也最大;水壓不可調(diào)，不能兼顧近期與遠期的需要；而且系統(tǒng)水壓不能隨系統(tǒng)所需流量和系統(tǒng)所需要壓力下降而下降，故還存在一些能量損失和二次污染問題。而且在使用過程中，如果該系統(tǒng)水塔的水位監(jiān)控裝置損壞的話，水泵不能進行自動的開、停,這樣水泵的開、停，將完全由人操作，這時將會出現(xiàn)能量的嚴重浪費和供水質(zhì)量的嚴重下降。（3）射流泵十水箱的供水方式這種方式是利用射流泵本身的獨特結(jié)構(gòu)進行工作，利用壓差和來水管粗，出水管細的變徑工藝來實現(xiàn)供水，但是由于其技術(shù)和工藝的不完善，加之該方式會出現(xiàn)有壓無量（流量)的現(xiàn)象，無法滿足高層供水的需要。（4)恒速泵十高位水箱的供水方式這種方式原理與水塔是相同的，只是水箱設(shè)在建筑物的頂層.高層建筑還可分層設(shè)立水箱.占地面積與設(shè)備投資都有所減少,但這對建筑物的造價與設(shè)計都有影響，同時水箱受建筑物的限制,容積不能過大，所以供水范圍較小。一些動物甚至人都可能進入水箱污染水質(zhì).水箱的水位監(jiān)控裝置也容易損壞，這樣系統(tǒng)的開、停,將完全由人工操作，使系統(tǒng)的供水質(zhì)量下降能耗增加。（5)恒速泵十氣壓罐供水方式這種方式是利用封閉的氣壓罐代替高位水箱蓄水,通過監(jiān)測罐內(nèi)壓力來控制泵的開、停。罐的占地面積與水塔水箱供水方式相比較小，而且可以放在地上，設(shè)備的成本比水塔要低得多.而且氣壓罐是密封的，所以大大減少了水質(zhì)因異物進入而被污染的可能性。但氣壓罐供水的方式也存在著許多缺點，在介紹完變頻調(diào)速供水方式后，再將二者作一比較［14]。1.2課題研究的背景及意義由于以前采用的供水方式存在很多缺點。比如可靠性比較差,運行的效率普遍不高，基本上沒有實現(xiàn)自動化，已經(jīng)跟不上飛速發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)腳步，勢必逃脫不了被淘汰的命運。為了改變這一現(xiàn)狀，提高其自動化是必由之路。以變頻器為核心結(jié)合PLC組成的控制系統(tǒng)具有高可靠性、強抗干擾能力、組合靈活、編程簡單、維修方便和低成本等諸多特點，這就使變頻恒壓供水系統(tǒng)集變頻技術(shù)、電氣技術(shù)、防雷避雷技術(shù)、現(xiàn)代控制、遠程監(jiān)控技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控；同時系統(tǒng)具有良好節(jié)能性，這在能量日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計該系統(tǒng)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。且具有廣闊的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益與社會效益。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動控制、變壓變頻比控制及各種保護功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中,變頻器僅作為執(zhí)行機構(gòu)，為了滿足供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定,需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。從查閱的資料的情況來看，國外的恒壓供水工程在設(shè)計時都采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式,幾乎沒有用一臺變頻器拖動多臺水泵機組運行的情況，因而投資成本高。即1968年，丹麥的丹佛斯公司發(fā)明并首家生產(chǎn)變頻器（丹佛斯是傳動產(chǎn)品全球五大核心供應(yīng)商之一）后，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和變頻恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及自動化程度高等方面的優(yōu)點以及顯著的節(jié)能效果被大家發(fā)現(xiàn)和認可后，國外許多生產(chǎn)變頻器的廠家開始重視并推出具有恒壓供水功能的變頻器,像瑞典、瑞士的ABB集團推出了HVAC變頻技術(shù)，法國的施耐德公司就推出了恒壓供水基板，備有“變頻泵固定方式”,“變頻泵循壞方式”兩種模式。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元,便可直接控制多個內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多七臺電機（泵）的供水系統(tǒng).這類設(shè)備雖然說是微化了電路結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本，但其輸出接口的擴展功能缺乏靈活性，系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)定性不高，與別的監(jiān)控系統(tǒng)（如BA系統(tǒng)）和組態(tài)軟件難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并且限制了帶負載的容量，因此在實際使用時其范圍將會受到限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外品牌的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管的管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制,有的采用可編程控制器(PLC）及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn);有的采用單片機及相應(yīng)的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗干擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標來說,還遠遠沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生）電氣公司和成都希望集團〔森蘭牌變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器（2.2kw-30kw),無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多四臺水泵的循壞切換、定時起動、停止和定時循環(huán)(月麥丹佛斯公司的VLT系列變頻器可實現(xiàn)七臺水泵機組的切換）。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所[4].可以看出,目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計中，對于能適應(yīng)不同的用水場合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）的變頻但壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制的研究還是不夠的。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能,使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實踐中。1.4設(shè)計內(nèi)容概況本次研究設(shè)計對象是針對樓宇用水,面向廣大普通住宅用戶并根據(jù)實驗室已有設(shè)備設(shè)計的一個恒壓供水系統(tǒng).研究內(nèi)容主要有：了解恒壓供水系統(tǒng)的運行工藝情況，以PLC和變頻器為主，結(jié)合水泵機組和壓力表等設(shè)備，組成一個恒壓供水系統(tǒng)；確定工況的轉(zhuǎn)換方式，完成上下位機程序的編寫；對PID調(diào)節(jié)參數(shù)進行設(shè)定，實驗變頻恒壓供水；解PLC與計算機如何通信，選擇通信方式并且確定通信協(xié)議，開發(fā)基于OPC組態(tài)軟件的監(jiān)控界面，完成系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)試,實現(xiàn)對供水系統(tǒng)遠程啟停、監(jiān)控和管理。從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和節(jié)能性，更大強度的滿足樓宇內(nèi)用戶各方面長期用水需求。1.5論文結(jié)構(gòu)安排本論文總體結(jié)構(gòu)分為五章第1章緒論本章主要介紹了恒壓供水系統(tǒng)的重要性，課題的研究背景，以及本次課題的研究背景和主要內(nèi)容.第2章系統(tǒng)總體分析本章主要介紹了供水系統(tǒng)的需求分析,如何滿足這些需求，通過變頻器來調(diào)節(jié)水泵工作速度的理論依據(jù)，以及本系統(tǒng)各個部分的總體控制結(jié)構(gòu)。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計本章詳細介紹了本系統(tǒng)所構(gòu)成器件的選型及介紹.第4章系統(tǒng)運行的軟件設(shè)計本章詳細分析了PLC軟件設(shè)計以及PID的參數(shù)整定。第5章系統(tǒng)監(jiān)控的軟件設(shè)計本章詳細分析了OPC監(jiān)控組態(tài)軟件的設(shè)計,系統(tǒng)運行結(jié)果的監(jiān)控分析。第6章項目分析本章分析了該系統(tǒng)投入使用的可行性分析及如何加強系統(tǒng)的抗干擾能力。第2章系統(tǒng)總體分析2.1變頻恒壓供水系統(tǒng)概論在我們通常所說的供水系統(tǒng)中，廣為使用的一種方式就是恒壓供水系統(tǒng)。但是人們用水的習慣是不規(guī)律的，用水量每時每刻都在不停的發(fā)生變化。采用恒速泵供水的方式，管道網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的壓力是可以通過切換水泵來進行控制的,但是想讓管道內(nèi)的水壓保持穩(wěn)定是不可能的.而且水泵的電機如果一直處于啟動和停止切換的狀態(tài),勢必增大設(shè)備損壞的可能性,減短設(shè)備使用壽命,而且不節(jié)能，對人們的供水也不穩(wěn)定.如果是通過調(diào)節(jié)閥門，控制水流量的方法來保證管道的壓力，不僅會增大機械的損耗，讓設(shè)備維護的工作量變大，增大設(shè)備的維護成本，而且這種方式不夠精確，還容易造成能源的無謂損耗。不斷啟動和停止水泵的電機，肯定會引起水錘效應(yīng)，從而給整個管道網(wǎng)絡(luò)和閥門等帶來損耗和破壞。我們從系統(tǒng)的實際應(yīng)用來分析，確定本研究的需求以及功能的實現(xiàn)［8］.2。2供水系統(tǒng)的基本需求分析根據(jù)實驗室現(xiàn)有設(shè)備，可確定本供水系統(tǒng)內(nèi)含有3臺水泵，一臺主生活水泵，一臺副生活水泵，一臺消防水泵.我們控制的目標一般都選擇管道出口處的壓力信號，比較我們設(shè)定的壓力值和采樣值,通過計算后結(jié)合PID調(diào)節(jié)的方式來保證壓力值在管道出口處是穩(wěn)定不變的，這就可以稱之為恒壓供水.整個系統(tǒng)中,水泵工作的臺數(shù)、工頻工作還是變頻工作，均需要我們根據(jù)實際的情況來決定，這樣就確定了主回路的控制方式,再通過PLC的控制來滿足用戶的實際需求。所以我們首先要做的就是了解用戶有哪些實際需求。2.2.1工作水泵臺數(shù)在供水系統(tǒng)工作時,通過水網(wǎng)端口壓力傳感器反饋的信號,經(jīng)過變頻器中內(nèi)置的PID控制器運算后必須要能及時準確反饋信號至PLC,然后由PLC來控制電動機的啟動和停止，即控制工作水泵的臺數(shù)，以來達到恒壓的效果.2.2。2工作頻率控制方式必須要在變頻和工頻之間可以進行轉(zhuǎn)換。這樣做是為了讓系統(tǒng)更加可靠，一旦變頻器發(fā)生了故障，或者設(shè)備需要進行維護,需要關(guān)閉變頻器時候，及時切換到工頻就不會對供水造成影響。2.2.3火災(zāi)時要求遇到火災(zāi)的時候，要求我們的系統(tǒng)對消防報警的信號也要能夠做出反應(yīng)。供水系統(tǒng)遇到火災(zāi)，收到消防信號的時候，必須馬上停止正常的運行,將供水的重點放到消防系統(tǒng)中來，幫助消防撲滅火災(zāi)。這樣就要求我們的PLC在控制的時候，程序中要實現(xiàn)平時正常的供水和緊急情況下對消防進行供水兩種供水模式.消防的信號作為這兩種供水模式切換的判斷依據(jù)。2.3恒壓供水系統(tǒng)的理論分析2。3.1水泵的工作原理因為本次設(shè)計是針對樓宇供水，所以所用水泵主要是離心泵。普通的離心泵的構(gòu)造如圖2—1所示.圖2—1水泵構(gòu)造圖在開動水泵前,泵里灌滿了水，當水泵轉(zhuǎn)動時，葉輪旋轉(zhuǎn),水在離心力的作用下被甩出去，獲得一定的速度.利用蝸殼后端的擴散管或?qū)~的截面逐漸擴大，將速度能轉(zhuǎn)換為壓力能，順著水管把水送出去，這就是離心泵的壓水原理。在離心泵內(nèi)充滿液體的情況下，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，葉輪槽道中的液體的離心力的作用下甩向外轉(zhuǎn)流進泵殼。葉輪中心原來被水占有的地方就變成真空，壓力降低，而泵吸入口液面有大氣壓力的作用，葉輪中心的壓力低于吸入管內(nèi)的壓力，液體就在這個壓力差的作用下由吸入管流入葉輪。液體在離心力的作用下，又被甩出去，并通過蝸殼、擴散管等的作用將其速度能轉(zhuǎn)換為壓力能把液體送出。這樣，連續(xù)不斷地把液體壓出去又吸上來，使液體增加能量，達到提升、輸送液體的作用.這就是離心泵的工作原理。2.3.2電動機的調(diào)速原理水泵一般采用的是三相異步電動機，電機轉(zhuǎn)速公式為n=60f×（1-s)/p（2-1)在公式（2-1)中，f是HYPERLINK”http：///z/Search。e？sp=S交流電＆ch=w.search。yjjlink＆cid=w.search。yjjlink”交流電頻率，通常為50hz；s為HYPERLINK”http：///z/Search。e？sp=S轉(zhuǎn)差率&ch=w。search。yjjlink&cid=w.search.yjjlink”轉(zhuǎn)差率，一般取0.01-0。02；p為電機的電磁極對數(shù),2極電機p為1，4極p為2.根據(jù)公式，很容易得知調(diào)速，其實就是調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速公式里的那幾個參數(shù)。變極調(diào)速的基本原理是:如果電網(wǎng)頻率不變，電動機的同步轉(zhuǎn)速與它的極對數(shù)成反比。因此，變更電動機繞組的結(jié)線方式，使其在不同的極對數(shù)下運行，其同步轉(zhuǎn)速便會隨之改變。

變壓調(diào)速是異步電機調(diào)速系統(tǒng)中比較簡便的一種。由電氣傳動原理可知，當異步電機的等效電路參數(shù)不變時，在相同的轉(zhuǎn)速下,電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的二次方成正比，因此，改變定子外加電壓就可以改變機械特性的函數(shù)關(guān)系,從而改變電機在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子外電路上接入可變電阻，通過對可變電阻的調(diào)節(jié)，改變電動機機械特性斜率來實現(xiàn)調(diào)速的一種方式。

串級調(diào)速的基本原理是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)通過二極管或晶閘管整流橋，將轉(zhuǎn)差頻率交流電變?yōu)橹绷麟?再經(jīng)可控逆變器獲得可調(diào)的直流電壓作為調(diào)速所需的附加直流電動勢，將轉(zhuǎn)差功率變換為機械能加以利用或使其反饋回電源而進行調(diào)速的一種方式。變頻調(diào)速是利用電動機的同步轉(zhuǎn)速隨頻率變化的特性，通過改變電動機的供電頻率進行調(diào)速的方法。當轉(zhuǎn)速變化不大時，異步電動機的轉(zhuǎn)速n基本上與電源頻率f成正比，連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑的改變電動機的轉(zhuǎn)速.但是，單一的調(diào)節(jié)電源頻率，將導(dǎo)致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了各種性能好、工作可靠的變頻調(diào)速電源裝置，它們促進了變頻調(diào)速的廣泛應(yīng)用［9］。2.3。3恒壓供水系統(tǒng)的節(jié)能原理供水系統(tǒng)的揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤岬?，由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量大小主要取決于用戶的用水情況，因此,揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Qu間的關(guān)系H=f（Qu）.而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表面閥門在某一開度下?lián)P程H與流量Q之間的關(guān)系，如圖2—2所示。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。由于閥門開度的改變，實際上市改變了在某一揚程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量Qc之間的關(guān)系H=f（Qc）。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交叉點,稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖A點所示.在這一點，用戶的用水流量Qu和供水系統(tǒng)的供水流量Qc處于平衡狀態(tài)，供述系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)得以穩(wěn)定運行。圖2-2供水系統(tǒng)的基本特征圖2。4變頻恒壓供水系統(tǒng)控制方案的確定2。4。1供水系統(tǒng)方案的選擇根據(jù)恒壓供水的相關(guān)原理，我們可以知道這個系統(tǒng)包含了壓力變送器及傳感器,恒壓控制單元,變頻器，水泵機組和低壓電器等部分.而對于恒壓供水設(shè)計的主要目的是，通過對恒定電壓的控制單元的使用,使得變頻器有效地控制著一臺水泵或者是閉環(huán)控制多臺水泵,管網(wǎng)和水泵電機的軟啟動,工作狀態(tài)在工頻和變頻之間轉(zhuǎn)換,最后需要能夠運行數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)有關(guān)任務(wù)的需要,以及考慮到對于該系統(tǒng)的設(shè)計同現(xiàn)場的環(huán)境等因素,則出現(xiàn)以下有效途徑可以作為參考。一、壓力傳感器，水泵機組以及含供水基板的變頻器相組合這個相對單一的組合控制系統(tǒng),主要是采用在一個變頻器供水基板上同時融合Pm調(diào)節(jié)器以及可進行設(shè)計的控制器等硬件，而電子控制系統(tǒng)如PLC，PID等功能，通過設(shè)定的指令代碼來控制。這個系統(tǒng)確實簡化了電路的結(jié)構(gòu)，讓設(shè)備的成本得到了有效的控制，但是比較麻煩的地方在于壓力設(shè)定和顯示壓力的反饋值，而且不是自動在不同時期實現(xiàn)不同的恒定電壓的要求。要保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，動態(tài)性能很困難，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)優(yōu)化難度也比較大，調(diào)整的范圍是很小的。而且其輸出的接口缺乏靈活的擴展功能，難以進行數(shù)據(jù)的通信，其負載的容量也受到了限制。綜上所述，它僅適用于小容量且要求不高的地方。二、通用變頻器+單片機+人機界面+壓力傳感器這種控制系統(tǒng)具有很高的控制精度，其對于算法的控制也具有很高的靈活性，而且易于調(diào)整參數(shù)，具有較高的性能和較低的成本?？稍O(shè)計時間相對較長，當程序經(jīng)過固化后會帶來相應(yīng)的問題，對于后期所出現(xiàn)的問題在修改過程中有一定的難度，在現(xiàn)場進行調(diào)試時也會出現(xiàn)一些麻煩以及不夠靈活的問題。最為重要的是當變頻器處于大功率工作的狀態(tài)之下會產(chǎn)生極大的干擾，因此為了確保該系統(tǒng)的可靠運行，抗干擾的措施必不可少.如果是容量比較小的特定領(lǐng)域變頻恒壓供水系統(tǒng),可以考慮使用這個系統(tǒng).三、通用變頻器+PLC+人機界面+壓力傳感器第三種控制系統(tǒng)最主要的優(yōu)點就是操作方便靈活，更為重要的是可以便利的運用通信接口，用戶能夠較為方便的對其他系統(tǒng)交流信息，適用性高。用戶可以通過系列化、模塊化的PLC來靈活的控制系統(tǒng)，達到各種規(guī)模的組合要求.我們通過對硬件的設(shè)計來選擇可編程序控制器及其外部的接線形式.假如控制需求一旦發(fā)生改變，我們也可以很容易地通過改變計算機內(nèi)存里面的控制程序以此滿足要求，所以具有非常便利的現(xiàn)場調(diào)試特性?？删幊绦蚩刂破骶哂袕娏业目垢蓴_作用，穩(wěn)定性強，這個組合在同種狀態(tài)下使得它的可靠性大大提高。所以，這種組合可以被應(yīng)用到所有不同要求的恒壓供水系統(tǒng)中,并具有與供水單元容量大小無關(guān)的優(yōu)勢[9］。從整個系統(tǒng)的在現(xiàn)場適用性、抗干擾性和控制方式的靈活性來綜合考慮，選擇了通用變頻器、PLC、人機界面和壓力傳感器的方案。供水方式的控制圖如下圖2-3所示：圖2—3供述方式控制圖2.4。2恒壓供水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變頻恒壓供水系統(tǒng)原理如圖2—4所示,其主要有PLC、變頻器、壓力變送器、液位傳感器、動力機控制線路以及泵組組成。用戶通過控制柜面板上的指示燈和按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運行。通過安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器,把出口壓力信號變成4—20mA標準信號送入變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)PID運算與給定壓力參數(shù)進行比較，得到4-20mA參數(shù)，4-20mA信號送至變頻器?？刂葡到y(tǒng)由變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)供水量,根據(jù)用水量的不同,變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速不同、工作頻率也不同,在變頻器設(shè)置中設(shè)定一個上限頻率和下限頻率檢測，當用水量大時,變頻器迅速上升到上限頻率，此時，變頻器輸出一個開關(guān)信號給PLC；當用水出于低峰時，變頻器輸出達到下限頻率，變頻器也輸出一個開關(guān)信號給PLC;兩個信號不會同時產(chǎn)生。當產(chǎn)生任何一個信號時，信號即反饋給PLC，PLC通過設(shè)置內(nèi)部程序驅(qū)動I/O端口開關(guān)量的輸出來實現(xiàn)切換交流接觸器組，以此協(xié)議投入工作的水泵電動機臺數(shù)，并完成電機的啟停、變頻與工頻的切換.通過調(diào)整投入工作的水泵電動機臺數(shù)和控制電機組中一臺電機的變頻轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)管網(wǎng)的工作壓力穩(wěn)定，進而達到恒壓供水的目的。PLCPLC變頻器(PID)水泵上位機OPC組態(tài)監(jiān)控軟件壓力傳感器上位機手動操作圖2—4供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.4.3恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)措施變頻恒壓供水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)措施包括以下兩種,分別是單臺變頻器調(diào)節(jié)單臺水泵以及單臺變頻器調(diào)節(jié)多臺水泵的方案。1.單臺變頻器調(diào)節(jié)單臺水泵在國內(nèi),通常將一臺變頻器控制一臺水泵成為單臺變頻器調(diào)節(jié)單臺水泵.由于全部變頻系統(tǒng)中，變頻器、控制器、電機均無備份設(shè)備,出現(xiàn)問題無法切換,故目前多適用于用水量不大,對供水的可靠性要求不高的場合。本系統(tǒng)不予考慮.2.單臺變頻器調(diào)節(jié)多臺水泵對于大部分供水系統(tǒng)而言,最適合的就是單臺變頻器同時調(diào)節(jié)多臺水泵的控制方案了,同時也是現(xiàn)如今較為先進的一種方案.結(jié)合實驗室現(xiàn)有設(shè)備，接下來我們就以單臺變頻器調(diào)節(jié)2臺水泵的方案進行解釋.該方案的調(diào)節(jié)機理如圖2—5所示.主水泵變頻運行主水泵變頻運行副水泵停止運行主水泵工頻運行副水泵變頻運行主水泵工頻運行副水泵變頻運行主水泵變頻運行副水泵停止運行狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)4狀態(tài)3圖2-5調(diào)節(jié)機理框圖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作機理如下：按照系統(tǒng)所需水量的變化，調(diào)整系統(tǒng)來調(diào)節(jié)2臺水泵按1-2—3—4—1的順序依次運行，使得正常供水得到有效地保障。在工作初期，該系統(tǒng)所需的水量較少,這時變頻器只調(diào)節(jié)主水泵工作，副水泵停止工作，此時就調(diào)節(jié)系統(tǒng)到1狀態(tài)。隨著所需水量的擴大，變頻器所輸出頻率也不短加大，故而使得主泵電機的轉(zhuǎn)速也有所提高,變頻器輸出的頻率達到最大時，此時就說明單靠主水泵的運行己完全達不到系統(tǒng)的用水需要，這樣,我們就得調(diào)整系統(tǒng)，主水泵便由原來的變頻電源向平常的交流電源發(fā)生轉(zhuǎn)變，此時變頻電源啟動副水泵，使得系統(tǒng)在狀態(tài)2運行。系統(tǒng)經(jīng)過用水高峰以后，用水量便開始下降，變頻器所輸出頻率也隨著相應(yīng)的降低，當降低到之前所設(shè)定頻率時，就可以說明就只要主水泵工作就完全能夠達到所需用水量，這樣一來，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使得副水泵電機停止運行,主水泵電機繼續(xù)保持變頻電源,這樣一來，就將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到狀態(tài)3之下。如果繼續(xù)加大用水量,此時變頻器的輸出頻率也要相應(yīng)加大，這樣就加大了主水泵電機的轉(zhuǎn)速,變頻器的輸出頻率達到最大時，說明單靠1臺水泵工作已經(jīng)完全達不到系統(tǒng)的用水需要，這樣一來，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，主水泵便將變頻電源變?yōu)橐话愕慕涣麟娫?，通過變頻器電源來使得副水泵電機啟動，將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到狀態(tài)4之下。如果將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到狀態(tài)4之下時，隨著用水量的下降，變頻器的輸出頻率也跟著降低，當降低到之前所設(shè)定的頻率后,這就說明單靠1臺水泵的運行就完全能夠達到系統(tǒng)的供水需要,這樣一來，經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，終止副水泵電機的運行,此時對主水泵電機的供電還是靠變頻器，這樣又將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到了狀態(tài)1。經(jīng)過這樣反反復(fù)復(fù)的運行，來達到系統(tǒng)的供水需求。當發(fā)生火災(zāi)時,應(yīng)及時且能可靠啟動消防水泵，但不能停止生活供水。系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1PLC3.1.1PLC的簡介可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，HYPERLINK”http：///view/13561.htm"PLC），它采用一類可存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。3.1。2PLC的組成可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的HYPERLINK”/view/3314.htm"計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：1.電源可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10％（+15％）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。2.中央處理單元（CPU)HYPERLINK”http：///view/363896.htm”中央處理單元（CPU)是可編程邏輯HYPERLINK”http：///view/122229.htm"控制器的控制中樞.它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤.當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入HYPERLINK”/view/300881.htm”I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi).等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此HYPERLINK”http：///subview/556681/10555639。htm”循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。3.存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器.輸入輸出HYPERLINK”/view/159864.htm"接口電路（1）現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。（2)現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)HYPERLINK”http：///view/6159.htm"寄存器、選通電路和中斷請求電路集成,作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號.5。功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。6。通信模塊3.1。3PLC的工作原理當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期.在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段.1。輸入采樣階段在輸入采樣階段,可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。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。2.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,然后根據(jù)/view/2287790。htm"梯形圖所規(guī)定的,即：變頻器。3。2.3本次設(shè)計變頻器的選型本系統(tǒng)要實現(xiàn)監(jiān)控,所以變頻器應(yīng)具有通訊功能。根據(jù)控制功能的不同,通用變頻器種類不同。由于本次設(shè)計采用的PLC是浙江中控PAC240型號,為了方便PLC和變頻器之間的通信，且充分利用實驗室設(shè)備,我們選擇施耐德ATV312HU15N4變頻器。對于此次所選的施耐德ATV312HU15N4變頻器,其性能描述如下所示：（1）提供簡易型和多功能下載器，方便參數(shù)配置;（2）全部涂層,適應(yīng)各種惡劣環(huán)境,變頻器頂部提供IP41防護等級；（3）可拆卸端子模塊化設(shè)計,節(jié)省成本，安裝方便；（4）同級別最高耐壓，標準電壓波動-15％～10%，允許電壓跌落50%；（5）M2和N4內(nèi)置EMC濾波器;（6）最寬工作溫度,—10℃~+50℃不降容，最高可達+60℃；（7）超強輸出特性，內(nèi)置制動單元，過力矩至170％～200%;（8）并排安裝,節(jié)省空間.在本設(shè)計中變頻器用于維持供水系統(tǒng)運行的平穩(wěn)可靠，實現(xiàn)真正意義上的無人職守的全自動循環(huán)倒泵、變頻運行,保證各臺水泵運行效率的最優(yōu)和設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)啟動平穩(wěn),消除啟動大電流沖擊,降低泵的平均轉(zhuǎn)速，從而可延長泵的使用壽命，可以消除啟動和停機時的水錘效應(yīng)。施耐德ATV312HU15N4變頻器的結(jié)構(gòu)框圖如下圖3—2,端子的功能表如下表3—2和表3—3所示.圖3—2變頻器結(jié)構(gòu)圖表3—2變頻器電源端子功能表名稱功能R/L1-S/L2—T/L3電源PO直流母線+極性PA/+到制動電阻(+極）的輸出PB到制動電阻（+極）的輸出PC/—直流母線—極性續(xù)表3—2變頻器電源端子功能表U/T1—V/T2-W/T3到電機的輸出接地端子表3-3變頻器產(chǎn)品型號及參數(shù)名稱功能性能R1A—CR1共用C/O觸點帶有電阻性負載時的最大開關(guān)容量：250VAC和30V時為5A；帶有電感性負載時的最大開關(guān)容量：250VAC和30V時為1。5AR2AR2C繼電器R2N/O觸點COM模擬I/O公共端0VAI1模擬輸入電壓模擬輸入0-10V（最高安全電壓30V）10V給定電位計電源+10V（8%—0％），最大10mA，防止短路和過載AI2模擬輸入電壓雙極模擬輸入0（最高安全電壓）AI2極性會影響設(shè)定點方向，也影響操作方向AI3模擬輸入電流模擬輸入X—YmA,X—Y可為0-20mACOM模擬I/O公共端0VAOV模擬輸出電壓模擬輸出0至10V，最低負載阻抗470Ω或模擬輸出X-YmA,X和Y可設(shè)定為0至20mA；模擬輸出可配置為AOC的24V邏輯輸出AOC模擬輸出電流24V邏輯輸入電流24V防止短路和過載，最低為19V，最高30VLI1—LI6邏輯輸入可編程邏輯輸入；24V電源；狀態(tài)：正邏輯時，如果〈5V,則為0；CLI邏輯輸入公共端RJ45通訊端口遠程操作面板,配置裝在工具的接口3。3開關(guān)3.3。1斷路器低壓斷路器也陳空氣開關(guān)或自動開關(guān)，是一種既有手動開關(guān)又能自動進行欠電壓、失電壓、過載和短路保護功能的電氣。低壓斷路器具有多種保護功能、動作值可調(diào)、分段能力高、操作方便、安全等優(yōu)點。低壓斷路器由操作機構(gòu)、觸頭、保護裝置、滅弧系統(tǒng)等組成，斷路器選取原則:一斷路器的額定電壓和額定電流應(yīng)大于或等于線路、設(shè)備正常工作的電壓和電流；二斷路器的極限通斷能力應(yīng)大于或等于電路最大短路電流；三欠電壓脫扣器的額定電壓的等于線路的額定電壓四過電流脫扣器的額定電流大于或等于線路的最大負債電流。根據(jù)以上要求，現(xiàn)選擇型號為DZ47LE—32C16斷路器。3.3.2選擇開關(guān)選擇開關(guān)是結(jié)合分接選擇器和切換開關(guān)兩者功能，且能承載、通斷電流的一種開關(guān)裝置，此種開關(guān)的選擇只需要根據(jù)開關(guān)的操作方式、電壓等級及其尺寸。在項目作為PLC電源開關(guān)，變頻器手動與自動選擇開關(guān)，水泵手動、自動及停止狀態(tài)切換開關(guān)，其特點有:1.具有兩種和三種狀態(tài)切換;2.運行在220VAC電壓等級；3.開孔尺寸為ф22。綜合以上考慮，選擇常用品牌上海二工產(chǎn)品,型號為LA39-02X/31和LA39—03XS/31。3。3。3按鈕按鈕與選擇開關(guān)功能類似，是一種手動能承載、通斷電流的開關(guān)裝置。在作為水泵手動啟動器件，它應(yīng)滿足以下功能：1.具有兩種狀態(tài)切換且具有帶自鎖功能;2。運行在220VAC電壓等級；3。開孔尺寸為ф22.同理，選用二工型號為LA39-11T/g31產(chǎn)品。3.4直流開關(guān)電源開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制電力電子器件的開通和關(guān)斷的時間比率，使輸出電壓為直流。為向PLC提供穩(wěn)定、可靠地直流電源，對于開關(guān)電源的選取要遵循一定的標準:1。根據(jù)使用要求，確定輸入、輸出電壓和電流；2.電源的尺寸、安裝方式和安裝孔位；3。根據(jù)電路需求確定有幾路輸出，各路輸出是否需要電氣隔離；4。根據(jù)當?shù)仉娔苤笜舜_定輸入電壓范圍；5。電源的冷卻方式：自然冷卻或強制風冷；6.開關(guān)電源的金屬外殼電源外殼與底連接。根據(jù)以上標準,現(xiàn)選擇型號為CL-A-70-24開關(guān)電源。3。5水泵機組水泵揚程，水泵轉(zhuǎn)速水泵流量與轉(zhuǎn)速正相關(guān)，同時其揚程與流量正相關(guān),因此調(diào)節(jié)水泵揚程即調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。通過利用變頻器調(diào)節(jié)電量頻率實現(xiàn)控制水泵揚程,即可實現(xiàn)恒壓供水。離心泵有。圖5—2新建窗口3。組態(tài)IO設(shè)備點擊“數(shù)據(jù)庫”-“設(shè)備驅(qū)動"—“MUDBUS”—“MUDBUS儀表”—“MUDBUSTCP/IP通訊”，右擊鼠標“添加設(shè)備驅(qū)動"，彈出如下圖5-3所示設(shè)置窗口1，設(shè)備名稱可以自行命名，本系統(tǒng)中設(shè)置為“PAC240"，“數(shù)據(jù)更新周期”設(shè)置為50毫秒，“超過時間設(shè)置"為8秒,“故障后恢復(fù)查詢”中“周期”設(shè)置為300秒,“最長時間”設(shè)置為60分鐘，根據(jù)PLC在機架中位置，將“設(shè)備地址”設(shè)置為2，“連接方式”設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)TCP，然后點擊下一步。圖5—3設(shè)置窗口1彈出如下圖5—4所示設(shè)置窗口2，“設(shè)備IP地址”寫入對應(yīng)PLC以太網(wǎng)模塊的IP地址，本系統(tǒng)此處設(shè)置為“10。10。70。131”，端口號設(shè)置為“502”，其余不勾選，點擊下一步彈出如圖5-5設(shè)置窗口3，點擊完成，則IO設(shè)備組態(tài)完畢。圖5-4設(shè)置窗口2圖5-5設(shè)置窗口34。OPC連接點擊“數(shù)據(jù)庫"-“設(shè)備驅(qū)動”—“OPC"-“MICSROSOFT”-“OPC（CLIENT)”點擊“OPC（CLIENT)”右擊添加設(shè)備驅(qū)動,添加名為“20105199”的新驅(qū)動，彈出如下圖5-6所示，OPC服務(wù)器選擇下拉菜單中的“ Supcon。OptiSys。1”，“服務(wù)類型”選擇本地,操作類型選擇“異步”，點擊確定，即OPC連接設(shè)置完成。圖5—6OPC定義窗口5.上位機和下位機的連接點擊本地連接設(shè)置屬性中，寫入設(shè)置好的TCP/IP協(xié)議,點擊確定，即連接完成,如下圖5—7所示。圖5—7本地連接地址修改好之后，點開OptiSYSOpcServer(OPC）下方就會出現(xiàn)授權(quán)成功的畫面,如圖5-8所示.若連接不成功，則可能會有有三種情況：一是IP地址不對（地址：），二是網(wǎng)線接口連接不上，三是下位機沒有供電。圖5-8授權(quán)成功5。2.2OPC與PLC中數(shù)據(jù)的連接1.授權(quán)成功后的顯示在授權(quán)成功后,OPC中會顯示出PLC控制的一些數(shù)據(jù)，如圖5-9所示。但是這些OPC中所顯示的數(shù)據(jù)中，既有數(shù)字量也有模擬量。其中數(shù)字量是不可控制的,我們需要監(jiān)控的是模擬量。圖5-9OPC中數(shù)據(jù)顯示2.數(shù)據(jù)連接為了實現(xiàn)操作和監(jiān)控，我們需要在OPC數(shù)據(jù)庫中設(shè)置點組態(tài)，通過數(shù)據(jù)連接將OPC中的數(shù)據(jù)與PLC中的數(shù)據(jù)連接起來。由于上位機點組態(tài)較多,重復(fù)的工作量較大,所以這里只舉實際壓力值為例，來說明OPC和PLC數(shù)據(jù)連接這個過程。點擊數(shù)據(jù)庫，雙擊點組態(tài)，出現(xiàn)新建數(shù)據(jù)庫表格，在1號點名處雙擊新建點名出現(xiàn)如圖5—10點組態(tài)設(shè)置窗口1所示，選擇插入模擬點，點擊繼續(xù)。圖5-10點組態(tài)設(shè)置窗口1彈出點組態(tài)設(shè)置窗口2，將該點命名為“yl”，意為在運行時候裝置實際的壓力值。在數(shù)據(jù)連接欄中選擇I/O連接，并在設(shè)備中選擇我們已經(jīng)建立的名為“20105199"的設(shè)備驅(qū)動,如圖5—11點組態(tài)設(shè)置窗口2所示。圖5—11點組態(tài)設(shè)置窗口2在上述窗口中點擊增加連接項按鈕，彈出如圖點組態(tài)設(shè)置窗口3。圖5—11點組態(tài)設(shè)置窗口3在數(shù)據(jù)項瀏覽中選擇已經(jīng)授權(quán)了的壓力的模擬量“YL_M",點擊確定即可。說明這一項數(shù)據(jù)連接成功。其余各項數(shù)據(jù)均以此方式連接，最終數(shù)據(jù)連接完成圖如下圖5—12所示。圖5—12OPC數(shù)據(jù)連接完成5.2。3創(chuàng)建上位機界面在前期的準備工作就都已經(jīng)完成后，我們要做的就是在窗口中對本次設(shè)計中所需的元件進行設(shè)計，本次設(shè)計監(jiān)控畫面內(nèi)容包含：主生活水泵、輔生活水泵以及消防水泵。繪制監(jiān)控畫面需要在子圖這一菜單中添加各種所需設(shè)備圖形然后再對其進行動畫連接和程序的編寫。子圖菜單中含有基本的所需模塊，非常方便我們創(chuàng)建和使用。最后可以做出整個上位機界面，如圖5—13恒壓供水控制面板所示。圖5-13恒壓供水系統(tǒng)上位機控制面板5.2系統(tǒng)的運行模式在本次恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計中具有手動控制和遠程控制兩種控制模式,這樣不僅提高了系統(tǒng)的可操作性，也使系統(tǒng)的控制方式多樣化，更加使得系統(tǒng)操作更加簡潔、方便.5.2.1手動控制模式手動控制模式是指在控制箱體上具有手動操作按鈕、開關(guān)，能就地控制系統(tǒng)運行.此次系統(tǒng)設(shè)計中有以下設(shè)備用到了手動開關(guān):斷路器開關(guān)控制系統(tǒng)電源上；PLC開端的選擇開關(guān)；控制變頻器遠程、手動選擇開關(guān)；手動選擇系統(tǒng)水泵遠程、手動和停止的三態(tài)常閉選擇開關(guān)；手動控制水泵運行的按鈕.只要將水泵控制開關(guān)旋轉(zhuǎn)至手動端,我們就可以通過操作按鈕來實現(xiàn)系統(tǒng)生活主水泵變頻運行/停止，生活輔水泵變頻運行/停止，消防水泵變頻運行/停止以及生活主水泵、生活副水泵和消防水泵三者同時運行/停止。5。2.2遠程控制模式遠程控制是指操作人員在不控制手動裝置的基礎(chǔ)上使用相關(guān)軟件遠程設(shè)定設(shè)備運行狀態(tài)，在本次設(shè)計中，我們采用了中控監(jiān)控軟件，對生活主水泵、生活副水泵及消防水泵運行、停止狀態(tài)做遠程控制，同時根據(jù)要求設(shè)定系統(tǒng)運行頻率及管網(wǎng)設(shè)定壓力。本次恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計是基于OptiVIEW實時數(shù)據(jù)開發(fā)系統(tǒng)，OptiVIEW實時數(shù)據(jù)庫開發(fā)系統(tǒng)是一個集成開發(fā)環(huán)境。從功能上分析，OptiVIEW可分為組態(tài)和運行兩個部分;從結(jié)構(gòu)層次上分析，它包含IO驅(qū)動、實時數(shù)據(jù)庫以及人機界面三部分.設(shè)計者在這個環(huán)境中完成界面的設(shè)計、動畫連接的定語、數(shù)據(jù)庫的配置等等.利用人機界面開發(fā)可以更加方便的生成各種復(fù)雜生動的畫面，可以逼真的反映現(xiàn)場數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中有擁有多種數(shù)據(jù)類型,可以完成統(tǒng)計、查找、管理、事故追憶、趨勢分析等功能,能滿足各種工業(yè)現(xiàn)場的需要。利用OptiVIEW實時數(shù)據(jù)庫可以創(chuàng)建用戶安全管理系統(tǒng)，并可以輕松實現(xiàn)分布式管理，構(gòu)建更多復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫平臺。在恒壓供水控制面板上,如圖所示，一共有主生活水泵開關(guān)、副生活水泵開關(guān)、消防水泵開關(guān)、全部開、全部關(guān),五個按鍵。共同控制著主生活水泵啟停、副生活水泵啟停、消防水泵啟停。還有主生活水泵顯示燈,用于確定主生活水泵是否工作。為紅色時不工作，為綠色時工作（主生活水泵模擬值為1時為真,顯示為綠色。為0時為假，顯示為紅色）。如下圖5—14所示。圖5—14顯示燈設(shè)置圖副生活、消防水泵指示燈同理?？刂七@五部分啟動程序分別如下所示：主生活水泵啟/停ifshsbzk。pv==1then shsbzk.pv=0;elseshsbzk。pv=1;endif副生活水泵啟/停ifshsbfk.pv==1then shsbfk.pv=0；elseshsbfk.pv=1；endif3。消防水泵啟/停ifshsbxk。pv==1then shsbxk。pv=0;elseshsbxk.pv=1；endif4。三臺水泵全部啟動Shsbzk。pv=1；Shsbfk.pv=1;Shsbxk。pv=1；5。三臺水泵全部停止Shsbzk。pv=0；Shsbfk。pv=0;Shsbxk。pv=0;5。3系統(tǒng)的運行結(jié)果分析在本次系統(tǒng)中，我們運用監(jiān)控畫面對供水系統(tǒng)各部分運行進行控制:主生活水泵、輔生活水泵、消防水泵的運行/停止；也可以遠程監(jiān)控可實時對供水系統(tǒng)進行監(jiān)控與操作,能夠發(fā)現(xiàn)其是否發(fā)生故障；在發(fā)生火災(zāi)時，能夠及時且可靠啟動消防水泵，并且不停止生活供水.如,在只需要主生活水泵就可以滿足用水條件的情況下,我們只需要點擊主生活水泵旁的按鈕就可以打開主生活水泵,指示燈變亮，實際水壓表和變頻器實際頻率顯示當前數(shù)值，如圖5-15所示。圖5—14主生活水泵運行監(jiān)控顯示圖在發(fā)生緊急事件時，如遇到火災(zāi)，需要開啟所有水泵，在上圖5—14基礎(chǔ)上可以直接點擊上位機板塊的“全開”按鍵，就可以達到預(yù)計效果。如圖5—15所示。圖5-15所有水泵全部運行監(jiān)控顯示圖經(jīng)測試，系統(tǒng)運行正確,實現(xiàn)了要求.第6章項目分析6。1項目的可行性分析6.1.1項目需求可行性分析此次系統(tǒng)設(shè)計項目是基于國內(nèi)現(xiàn)有供水系統(tǒng)的缺點進行開發(fā)，這些缺點包括:城市供水管網(wǎng)壓力有限；城市供水壓力不能根據(jù)用戶需求動態(tài)改變；城市供水系統(tǒng)不能遠程控制.在這樣的背景下,我們要想提高供水系統(tǒng)性能，就必須結(jié)合當下技術(shù)改善系統(tǒng)功能.同時，當代變頻技術(shù)的發(fā)展有了一定完善。因此，我們可以借助變頻技術(shù)實現(xiàn)供水系統(tǒng)動態(tài)性能、穩(wěn)定性能改善和自動化程度提高。6。1.2項目技術(shù)可行性分析項目技術(shù)方面如前面第3、4、5章的具體介紹，并且模擬運行結(jié)果可以實現(xiàn)我們預(yù)先的設(shè)置需求，即該項目技術(shù)上可行.6.2加強系統(tǒng)的抗干擾能力在實際操作中難免會有一些現(xiàn)實因素在使得工作系統(tǒng)得到阻礙，這些干擾因素需要我們特別注意，當然設(shè)計中的可編程序控制器以及PID調(diào)節(jié)器都是較好抵御阻礙的技術(shù)，即便如此，我們還要從下面幾個方面注意如何加強我們的抗干擾性能.一．電用設(shè)備在長期工作后總會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，因此需要很好的保護電用設(shè)備的運行，在工作設(shè)備間要常常進行通風以便及時散熱。二．在安排具體設(shè)備的時候，要注意哪些有電磁干擾，要盡量避免，還要注意適當?shù)脑O(shè)計距離，即顯示遠輸送壓力表要盡量和電流信號以及壓力開關(guān)量信號的傳輸電纜縮短距離，以及水泵與控制系統(tǒng)也要盡量縮短距離。三．在選擇設(shè)備時要選用質(zhì)量可靠的設(shè)施，并要注意各個軟件之間的聯(lián)系.四．注意防雷。如果電源由電纜輸送，則將防雷裝置安在控制室，以保護設(shè)備。如果電源由外部架空進來，則需要在進線處安裝防雷裝置.結(jié)論本設(shè)計是基于PLC和變頻技術(shù)，將兩種技術(shù)融合在一起，因此控制系統(tǒng)具有了重量輕、體積小、噪聲低、可靠性高、高效節(jié)能、自動化程度高等優(yōu)點.使整個管網(wǎng)受到了所設(shè)計系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié),使節(jié)能節(jié)水的恒壓管理得以實現(xiàn).系統(tǒng)以PLC為核心，可實現(xiàn)復(fù)雜的智能算法,從而進一步改善系統(tǒng)的控制性能，同時利用PLC豐富的接口和通訊功能可以方便地實現(xiàn)遠程監(jiān)控和故障診斷。系統(tǒng)以變頻器為控制機構(gòu)，可對水泵實現(xiàn)限流啟動減小啟動對系統(tǒng)的沖擊，同時利用變頻器變頻作用控制系統(tǒng)水壓。因?qū)崿F(xiàn)了恒壓自動控制,不需要操作人員頻繁操作，節(jié)省了人力，提高了供水質(zhì)量,減輕了勞動強度，可實現(xiàn)無人值班，節(jié)約管理費用。對整個供水過程來說，系統(tǒng)的可擴展性好，管理人員可根據(jù)每個季節(jié)的用水情況，選擇不同的壓力設(shè)定范圍，不但節(jié)約了用水，而且節(jié)約了電能，達到了更優(yōu)的節(jié)能方式，實現(xiàn)供水的最優(yōu)化控制和穩(wěn)定性控制。此外，本文所提到的PID控制算法是很容易的，是現(xiàn)有系統(tǒng)