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(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)的自動化及遠(yuǎn)程監(jiān)測。用水量變化具有隨機(jī)性,用水高峰時水壓不足,低谷時又造成能量浪費(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PLC和變頻器自動調(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)啟動時沖擊電流對設(shè)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(jī),可在變頻和工頻兩種方式下運(yùn)行;一臺低功率的電機(jī),作為輔助泵電機(jī)。
啟動方式:為避免啟動時的沖擊電流,電機(jī)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(fù)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(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,PLC發(fā)出指令i號泵自動切換到工頻電源運(yùn)行,待I號泵*退出變頻運(yùn)行,對變頻器復(fù)位后。2號泵投入變頻運(yùn)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(shè)置變頻泵的工作號和工頻泵的臺數(shù)。由給定頻率是否達(dá)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(yùn)行超過3小時。當(dāng)工頻泵臺數(shù)為零,有一臺運(yùn)行于變頻狀態(tài)時,啟動計時器,當(dāng)達(dá)到3小時時,變頻泵的泵號改變,即切換到另一臺泵上。當(dāng)有泵運(yùn)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(jī)。S7-200PLC硬件系統(tǒng)包含一定數(shù)量的輸入/輸出(I/o)點(diǎn),同時還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能模塊。輸入點(diǎn)為6個,其中水位上、下限信號分別為10.0、10.1。輸出點(diǎn)為l0個,O0.0 O1.0對應(yīng)PLC的輸出端子。對變頻器的復(fù)位是由輸出點(diǎn)O1.0通過一個中間繼電器KA的觸點(diǎn)來實(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個開關(guān)量輸入點(diǎn),9個開關(guān)量輸出點(diǎn),1個模擬量輸入點(diǎn)和1個模擬量輸出點(diǎn)。可以選用CPU224PLC(14DI/10DO),再擴(kuò)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(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(yīng)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(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。通過設(shè)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(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(yīng)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(dǎo)符,PLC地址,靜止線接收,結(jié)束字符。首字符的確認(rèn)可通過設(shè)置前導(dǎo)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(rèn):
靜止線是通訊過程中的一個檢測用時間,即設(shè)定的數(shù)據(jù)傳輸過程中無任何數(shù)據(jù)的任意2點(diǎn)的間隔時間。靜止線的設(shè)計和處理包括長度的確定及定時器和接收器的設(shè)計。
對不方便設(shè)置尾字符的,可以采用計數(shù)的方式對中間字符進(jìn)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(jìn)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(jìn)行異或校驗。每接收一個字符就進(jìn)行尾字符判斷,如果不是尾字符則在接收的同時進(jìn)行異或校驗。
5、監(jiān)控程序設(shè)計
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(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, 并開啟定時器2,等待響應(yīng)。
系統(tǒng)主窗體四個按鈕控件,分別為參數(shù)設(shè)置、實(shí)時監(jiān)測、啟動和關(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,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)才能通過串口發(fā)送給下位機(jī)。
為系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測界面,可顯示當(dāng)前的實(shí)際水壓和頻率值,三個指示燈主要接收PLC回送的信息,實(shí)時監(jiān)測各泵的運(yùn)行情況。正常顯示為綠色;故障時,相應(yīng)的控件變成紅色顯示。
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