樓宇變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)設計

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，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(jiān)控系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速實現(xiàn)恒壓供水、滿足節(jié)能降耗的要求。而且有利于實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化及遠程監(jiān)測。用水量變化具有隨機性，用水高峰時水壓不足，低谷時又造成能量浪費。變頻恒壓供水系統(tǒng)根據(jù)公共管網(wǎng)的壓力變化，通過PLC和變頻器自動調(diào)節(jié)水泵的增減、水泵電機的運行方式及電機的轉(zhuǎn)速。實現(xiàn)恒壓供水，既防止了能量空耗，義避免出現(xiàn)電機啟動時沖擊電流對設備的影響。
2、工作原理
變頻恒壓供水系統(tǒng)采用一臺變頻器拖動兩臺大功率電動機，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。
啟動方式：為避免啟動時的沖擊電流，電機采用變頻啟動方式，從變頻器的輸出端得到逐漸上升的頻率和電壓。啟動前變頻器要復位。
變頻調(diào)速：根據(jù)供水管網(wǎng)流zui、壓力變化自動控制變頻器輸出頻率，從而調(diào)節(jié)電動機和水泵的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)恒壓供水。如設備的輸出電壓和頻率上升到工頻仍不能滿足供水要求時，PLC發(fā)出指令i號泵自動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(jù)恒壓的需要，采取無主次切換。即“先開先停”的原則接入和退出。在PL C的程序中，通過設置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數(shù)。由給定頻率是否達到上限頻率或下限頻率來判斷增泵或減泵。在用水量較小的情況下，采用輔助泵工作。
為了避免一臺泵長期工作，任一泵不能連續(xù)變頻運行超過3小時。當工頻泵臺數(shù)為零，有一臺運行于變頻狀態(tài)時，啟動計時器，當達到3小時時，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)，或輔助泵啟動時，計時器停止計時并清零。
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(tǒng)從自動轉(zhuǎn)入手動方式。
3、PLC控制電路
系統(tǒng)采用S7-200PLC作下位機。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入／輸出(I／o)點，同時還可以擴展I／O模塊和各種功能模塊。輸入點為6個，其中水位上、下限信號分別為10．0、10．1。輸出點為l0個，O0．0 O1．0對應PLC的輸出端子。對變頻器的復位是由輸出點O1．0通過一個中間繼電器KA的觸點來實現(xiàn)的。根據(jù)控制系統(tǒng)l／O點及地址分配可知，系統(tǒng)共有5個開關量輸入點，9個開關量輸出點，1個模擬量輸入點和1個模擬量輸出點?？梢赃x用CPU224PLC(14DI／10DO)，再擴展一個模擬量模塊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)進行通信，也可以用于兩個CP U之間簡單的數(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從站只響應來自主站的申請。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(shù)據(jù)，讀取水壓，頻率，變頻泵號，工頻臺數(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。通過設定特殊存儲字節(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(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中的數(shù)據(jù)通過指令的通信端口(PORT)發(fā)送出去，發(fā)送完成時將產(chǎn)生一個中斷事件，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的*個數(shù)據(jù)指明了要發(fā)送的字節(jié)數(shù)。應用接收指令(RCV)，可以通過指令的通信端口(PORT)接收信息并存儲與接收《PLC&FA) 2006年1月數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(TBL)中，接收完成也將產(chǎn)生一個中斷事件，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的*個數(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，程序采用前導符，PLC地址，靜止線接收，結(jié)束字符。首字符的確認可通過設置前導符來完成，并且通過比較還可以剔除部分干擾字符。首字符確認：

靜止線是通訊過程中的一個檢測用時間，即設定的數(shù)據(jù)傳輸過程中無任何數(shù)據(jù)的任意2點的間隔時間。靜止線的設計和處理包括長度的確定及定時器和接收器的設計。



對不方便設置尾字符的，可以采用計數(shù)的方式對中間字符進行接收，計數(shù)到則執(zhí)行一個專門中斷程序來執(zhí)行接收結(jié)束的處理。對尾字符的判斷處理采用以下流程進行處理。校驗采用從PLC地址號開始，與數(shù)據(jù)(不包括兩個連續(xù)的尾字符)進行異或校驗。每接收一個字符就進行尾字符判斷，如果不是尾字符則在接收的同時進行異或校驗。
5、監(jiān)控程序設計
上位機的程序流程圖如圖l所示。根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行判斷，如接收到的是讀寫錯誤，則要求重發(fā)。如為寫成功，則開啟定時器l，定時采樣；如讀成功，接收到的是采樣數(shù)據(jù)則進行顯示和調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡進行數(shù)字處理，處理完畢發(fā)送頻率和設定壓力值， 并開啟定時器2，等待響應。
系統(tǒng)主窗體四個按鈕控件，分別為參數(shù)設置、實時監(jiān)測、啟動和關閉系統(tǒng)。參數(shù)設置界面如圖2所示。用戶可根據(jù)實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(shù)：主要是對壓力顯示進行校正，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(tǒng)重新啟動，各參數(shù)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(shù)后，按下此按鈕，壓力設定值和校正系數(shù)才能通過串口發(fā)送給下位機。

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