基于PLC的智能建筑变频恒压供水.doc

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1、基于PLC的智能建筑变频恒压供水系统设计1 绪论1.1课题研究的背景我国长期以来在城市供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化水平低。泵站担负着工农业和生活用水的重要任务，运行中需大量消耗大量的能量，提高了泵站的效率：减少能源消耗，有很大的意义在国民经济上。调节水压传统方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量的能耗，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命；后者又需要大量的占地与投资。因此，对供水系统的能量模型的研究，有很大的潜力，是降低能源消耗，保障供水的意义很大。变频调速式的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动

2、方式为软启动，设备运行非常平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，方便地实现供水系统的集中管理与监控;同时系统具有良好节能性，这在能量日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。本次的设计正是为了能更好的解决此类问题而进行的，采用以 PLC 为控制核心，通过变频调速实现恒压供水。1.2 国内外变频供水系统现状变频恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制

3、、变压变频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看国外变频供水系统在设计时主要采用一台变频器只带一台水泵机组的方式。这种方式运行安全可靠，变压方式更灵活。此方式的缺点必是电机数量和变频的数量一样多，投资成本高。如法国的施耐德公司就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循坏方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压

4、供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多七台电机(泵)的供水系统。目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求低的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。但在大功率大容量变频器上，国产变频器有待于进一步改进和完善。1.3 设计任务及要求该设计主要通过研究PLC来控制变频器实现恒压供水，通过设计了解并熟悉PLC的工作原理，编程原理以及编程方法。对供水系统的构成、工作原理、节能原理及相关技术进行分析，并对变频恒压

5、供水系统的控制方案、系统设计等问题进行了研究与设计。承担对本恒压供水系统的硬件选型与软件设计工作，并且承担系统软件和硬件的调试工作，并满足正常运行需要。2 恒压供水系统2.1 变频恒压供水系统随着变频技术的发展和人们对生活饮用水品质要求的不断提高，变频恒压供水系统以其环保、节能和高品质的供水质量等特点，广泛应用于多层住宅小区及高层建筑的生活、消防供水中。变频恒压供水的调速系统可以实现水泵电机无级调速，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水压恒定以满足用水要求，是当今最先进、合理的节能型供水系统。在实际应用中如何充分利用专用变频器内置的各种功能，对合理设计变频恒压供水设

6、备、降低成本、保证产品质量等有着重要意义。变频恒压供水方式与过去的水塔或高位水箱以及气压供水方式相比，不论是设备的投资，运行的经济性，还是系统的稳定性、可靠性、自动化程度等方面都具有无法比拟的优势，而且具有显著的节能效果。目前变频恒压供水系统正向着高可靠性、全数字化微机控制、多品种系列化的方向发展。追求高度智能化、系列化、标准化，是未来供水设备适应城镇建设中成片开发、智能楼宇、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。变频恒压供水系统具有以下特点:(1)供水系统的控制对象是用户管网的水压，它是一个过程控制量，同其他一些过程控制量一样，对控制作用的响应具有滞后性。同时用于水泵转速控制的变频器也存在一

7、定的滞后效应。(2)用户管网中因为有管阻、水锤等因素的影响，同时又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵转速的变化与管网压力的变化成正比，因此变频调速恒压供水系统是一个线性系统。(3)变频调速恒压供水系统要具有广泛的通用性，面向各种各样的供水系统，而不同的供水系统管网结构、用水量和扬程等方面存在着较大的差异，因此其控制对象的模型具有很强的多变性。(4)在变频调速恒压供水系统中，由于有定量泵的加入控制，而定量泵的控制(包括定量泉的停止和运行)是时时发生的，同时定量泵的运行状态直接影响供水系统的模型参数，使其不确定性地发生变化，因此可以认为，变频调速恒压供水系统的控制对象是时时变化的。(5)当出现意外

8、的情况(如突然停水、断电、泵、变频器或软启动器故障等)时，系统能根据泵及变频器或软启动器的状态，电网状况及水源水位，管网压力等工况点自动进行切换，保证管网内压力恒定。在故障发生时，执行专门的故障程序，保证在紧急情况下的仍能进行供水。(6)水泵的电气控制柜，其有远程和就地控制的功能和数据通讯接口，能与控制信号或控制软件相连，能对供水的相关数据进行实时传送，以便显示和监控以及报表打印等功能。(7)用变频器进行调速，用调节泵和固定泵的组合进行恒压供水，节能效果显著，对每台水泵进行软启动，启动电流可从零到电机额定电流，减少了启动电流对电网的冲击同时减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使

9、用寿命。2.2 课题研究的对象此次设计研究的对象是智能楼宇的供水系统。由于高层楼宇对水压的要求高，在水压低时，高层用户将无法正常用水甚至出现无水的情况，水压高时将造成能源的浪费。自来水厂送来的水先储存的水池中再通过水泵加压送给用户。通过水泵加压后，必须恒压供给每一个用户。2.3 变频恒压供水控制方式的选择目前国内变频恒压供水设备电控柜的控制方式有：（1）逻辑电子电路控制方式这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节，往往采用一台泵固定于变频状态，其余泵均为工频状态的方式。因此，控制精度较低、水泵切换时水压波动大、调试较麻烦、工频泵起动时有冲击、抗干扰能力较弱，但其成本较低。（2）单

10、片微机电路控制方式这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水情况时，调试较麻烦；追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗干扰能力都不太好。（3）带PID回路调节器或可编程序控制器(PLC)的控制方式该方式变频器的作用是为电机提供可变频率的电源。实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压，压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节

11、器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来讲。既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入，输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。若采用带有模拟量输入，数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口端另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为模拟量。如果采用一个开关量输入，输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入，输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低

12、给水设备成本的一个关键环节。（4）新型变频调速供水设备针对传统的变频调速供水设备的不足之处，国内外不少生产厂家近年来纷纷推出了一系列新型产品。这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。考虑以上四种方案后，此次设计采用第四种方案。如图2-1示。图2-1 供水系统方案图2.4 变频构成恒压供水系统的及工作原理2.4.1 系统的构成图2-2 系统原理图整个系统由三台水泵，一台变频

13、调速器，一台PLC和一个压力传感器及若干辅助部件构成。三台水泵中每台泵的出水管均装有手动阀，以供维修和调节水量之用，三台泵协调工作以满足供水需要；变频供水系统中检测管路压力的压力传感器，一般采用电阻式传感器(反馈05V电压信号)或压力变送器(反馈420mA电流)；变频器是供水系统的核心，通过改变电机的频率实现电机的无极调速、无波动稳压的效果和各项功能。从原理框图，我们可以看出变频调速恒压供水系统由执行机构、信号检测、控制系统、人机界面、以及报警装置等部分组成。（1）执行机构执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，调速泵：是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变

14、化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定。恒速泵：水泵运行只在工频状态，速度恒定。它们用于在用水量增大而调速泵的最大供水能力不足时，对供水量进行定量的补充。（2）信号检测在系统控制过程中，需要检测的信号包括自来水出水水压信号和报警信号：水压信号：它反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。报警信号：它反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常。该信号为开关量信号。（3）控制系统供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。（4）人机界面人机界面是人与机器进行信息交流的场所。通过人机界面，使用者可以更改设定压力，修改一些系

15、统设定以满足不同工艺的需求，同时使用者也可以从人机界面上得知系统的一些运行情况及设备的工作状态。人机界面还可以对系统的运行过程进行监示，对报警进行显示。（5）通讯接口通讯接口是本系统的一个重要组成部分，通过该接口，系统可以和组态软件以及其他的工业监控系统进行数据交换，同时通过通讯接口，还可以将现代先进的网络技术应用到本系统中来，例如可以对系统进行远程的诊断和维护等（6）报警装置作为一个控制系统，报警是必不可少的重要组成部分。由于本系统能适用于不同的供水领域，所以为了保证系统安全、可靠、平稳的运行，防止因电机过载、变频器报警、电网过大波动、供水水源中断、出水超压、泵站内溢水等等造成的故障，因此系

16、统必须要对各种报警量进行监测，由PLC判断报警类别，进行显示和保护动作控制，以免造成不必要的损失。2.4.2 变频恒压供水系统中加减水泵的条件分析在上面的工作流程中，我们提到当一台调速水泵己运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，此时需要增加恒速水泵来满足供水要求，达到恒压的目的。当调速水泵和恒速水泵都在运行且调速水泵己运行在下限频率，此时管网的实际压力仍高于设定压力，此时需要减少恒速水泵来减少供水流量，达到恒压的目的。尽管通用变频器的频率都可以在0-400Hz范围内进行调节，但当它用在供水系统中，其频率调节的范围是有限的，不可能无限地增大和减小。当正在变频状态下运行的水泵电机要切换

17、到工频状态下运行时，只能在50Hz时进行。由于电网的限制以及变频器和电机工作频率的限制，50Hz成为频率调节的上限频率。当变频器的输出频率己经到达50Hz时，即使实际供水压力仍然低于设定压力，也不能够再增加变频器的输出频率了。要增加实际供水压力，正如前面所讲的那样，只能够通过水泵机组切换，增加运行机组数量来实现。另外，变频器的输出频率不能够为负值，最低只能是0Hz。其实，在实际应用中，变频器的输出频率是不可能降低到0Hz。因为当水泵机组运行，电机带动水泵向管网供水时，由于管网中的水压会反推水泵，给带动水泵运行的电机一个反向的力矩，同时这个水压也在一定程度上阻止源水池中的水进入管网，因此，当电机

18、运行频率下降到一个值时，水泵就己经抽不出水了，实际的供水压力也不会随着电机频率的下降而下降。这个频率在实际应用中就是电机运行的下限频率。这个频率远大于0Hz,具体数值与水泵特性及系统所使用的场所有关，一般在20Hz左右。由于在变频运行状态下，水泵机组中电机的运行频率由变频器的输出频率决定，这个下限频率也就成为变频器频率调节的下限频率。3 器件的选型及介绍3.1 主线路接线图图3-1 变频恒压供水系统主电路图图3-1为系统的主电路图，其中M1、M2、M3是三台水泵机，而KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6是接触器。其中的KM1、KM3、KM5没接变频器，KM2、KM4、KM6接了变频器

19、，所以这三个接触器控制了三台电动机的变频工作；FR1、FR2、FR3是热继电器，他们的作用是水泵电动机过载时能起到保护的作用；QS1、QS2、QS3、QS4则是四个部分的总开关；FU是主电路的保险。三相电源经低压熔断器、隔离开关接至变频器的R、S、T端，变频器的输出端U、V、W通过接触器的触点接至电机。当电机工频运行时，连接至变频器的隔离开关及变频器的隔离开关及变频器输出端的接触器断开，接通工频运行的接触器和隔离开关。主电路的低压熔断器出接通电源外，通实现短路保护，每台电动机的过载保护由相应的热继电器FR实现。3.2 PLC选型及接线3.2.1 PLC的选型水泵M1、M2，M3可变频运行，也可

20、工频运行，需PLC的6个输出点，变频器的运行与关断由PLC的1个输出点，控制变频器使电机正转需1个输出信号控制，报警器的控制需要1个输出点，输出点数量一共9个。控制起动和停止需要2个输入点，变频器极限频率的检测信号占用PLC2个输入点，系统自动/手动起动需1输入点，手动控制电机的工频/变频运行需6个输入点，控制系统停止运行需1个输入点，检测电机是否过载需3个输入点，共需15个输入点。系统所需的输入输出点数量共为24个点。本系统选用FXos-30MR-D型PLC。3.2.2 PLC的接线图3-2 PLC的接线图Y0接KM0控制M1的变频运行，Y1接KM1控制M1的工频运行；Y2接KM2控制M2的

21、变频运行，Y3接KM3控制M2的工频运行；Y4接KM4控制M3的变频运行，Y5接KM5控制M3的工频运行。X0接起动按钮，X1接停止按钮，X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口，X4接M1的热继电器，X5接M2的热继电器，X6接M3的热继电器。为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电设计了电气互锁。在同时控制M1电动机的两个接触器KM1、KM0线圈中分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减泵控制信号。3.3 变频器3.3.1 变频器的特点变频器具有过压、欠压、过流、过载、短路、失速等自动保护功能。能实

22、现电机软起动，减小电气和机械冲击噪音，延长设备使用寿命。变频恒压供水系统主要有以下几个特点：（1）完美的中文人机界面。人机界面与先进的PLC可编程控制技术结合，时时通讯监控各台水泵的工作状态，灵活的现场参数设定，对设定压力值及测量值、运行频率、运行电流、系统故障等参数显示，使人机界面一目了然，便于操作及管理。（2）设备中同流量的水泵全部采用先启先停，后启后停，循环变频启停，循环交替切换的工作方式。（3）控制精度高，压力控制精度0.01MPa。用户根据供水压力要求设定压力值，设定后供水压力稳定，无超调。（4）故障自动报警功能。当自动系统发生故障时，能够自动转换至工频运行，确保供水不间断，并发出故

23、障报警，通知值班人员检修。（5）完善的保护功能。设备除具有常规的过流、过载、过压、过热、缺相、短路、漏电等多种保护功能和故障诊断功能外，还具有缺水、超压、防水锤等多重保护功能，以及具有市政停水防操作系统、应急备用功能、停电自动恢复功能，从而确保设备运行及供水安全可靠。3.3.2 变频器的选型根据设计的要求，本系统选用FR-A500系列变频器，如图3-3所示：图3-3 FR-A500的管脚说明3.3.3 变频器的接线3管脚STF接PLC的Y7管脚，控制电机的正转。X2接变频器的FU接口，X3接变频器的OL接口。频率检测的上/下限信号分别通过OL和FU输出至PLC的X2与X3输入端作为PLC增泵减

24、泵控制信号。图3-4 变频器接线图3.4 PID调节器及压力传感器接线仅用P动作控制，不能完全消除偏差。为了消除残留偏差，一般采用增加I动作的PI控制。用PI控制时，能消除由改变目标值和经常的外来扰动等引起的偏差。但是， I动作过强时，对快速变化偏差响应迟缓。对有积分元件的负载系统可以单独使用P动作控制。对于PD控制，发生偏差时，很快产生比单独D动作还要大的操作量，以此来抑制偏差的增加。偏差小时，P动作的作用减小。控制对象含有积分元件的负载场合，仅P动作控制，有时由于此积分元件的作用，系统发生振荡。在该场合，为使P动作的振荡衰减和系统稳定，可用PD控制。换言之，该种控制方式适用于过程本身没有制

25、动作用的负载。利用I动作消除偏差作用和用D动作抑制振荡作用，在结合P动作就构成了PID控制，本系统就是采用了这种方式。采用PID控制较其它组合控制效果要好，基本上能获得无偏差、精度高和系统稳定的控制过程。这种控制方式用于从产生偏差到出现响应需要一定时间的负载系统（即实时性要求不高，工业上的过程控制系统一般都是此类系统），本系统也比较适合PID调节器。图3-5 PID控制框图通过对被控制对象的传感器等检测控制量(反馈量)，将其与目标值(温度、流量、压力等设定值)进行比较。若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。也就是使反馈量与日标值相一致的一种通用控制方式。它比较适用于流量控制、压力控制、温

26、度控制等过程量的控制。在恒压供水中常见的PID控制器的控制形式主要有两种：(1)硬件型：即通用PID控制器，在使用时只需要进行线路的连接和P、I、D参数及日标值的设定。(2)软件型：使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器(或单片机)上做PID控制器。此次使用硬件型控制形式。根据设计的要求，本系统的PID调节器内置于变频器中。 图3-6 PID控制接线图压力传感器使用CY-YZ-1001型绝对压力传感器。改传感器采用硅压阻效应原理实现压力测量的力电转换。传感器由敏感芯体和信号调理电路组成，当压力作用于传感器时，敏感芯体内硅片上的惠斯登电桥的输出电压发生变化，信号调理电路将输出的电压信号作放

27、大处理，同时进行温度补偿、非线性补偿，使传感器的电性能满足技术指标的要求。该传感器的量程为02.5MPa，工作温度为560 ，供电电源为283V（DC）。图3-7 压力传感器的接线图3.5 原件表 水泵：M1、M2选用40-160(I)A型，M3选用40-160(I)型，参数见表3.1所示。 I1=P/U=200/3805.8A I2=P/U=300/3807.9A热继电器的选择：选用最小的热继电器作为电机的过载保护热继电器FR、FR1、FR2可选用规格其型号为TK-E02T-C，额定电流58A，FR3可选用规格其型号为TK-E02U-C，额定电流为69 A。熔断器的选择：在控制回路中熔断器F

28、U选用RT18系列。接触器的选择：对于接触器KM选择的是规格SC-E03-C，功率3Kw。按钮SB的选择：PLC各输入点的回路的额定电压直流24V，各输入点的回路的额定电流均小于40mA，按钮均只需具有1对常开触点，按钮均选用LAY311型，其主要技术参数为：UN=24VDC，IN=0.3A，含1对常开和1对常闭触点。表3-1元件表总图元件符号型号个数可编程控制器PLCFXos-30MR-D1变频器FR-A540系列5.5型1接触器KMSC-E03-C7水泵M1,M240-160(I)A2M340-160(I)1闸刀开关QSHD11-100/181熔断器FU1，FU2RT18 6A2FU3RT

29、18 8A1热继电器FR1 FR2TK-E02T-C2FR3K-E02U-C1按钮SBLAY31110表3-2水泵的参数水泵符号型号流量(m3/h)扬程(m)转速(r/min)电机功率(kw)M1,M240-160(I)A112829002.2M340-160(I)12.53229003.0表3-3 变频器的参数变频器适用电机容量（KW)输出额定容量(KVA)输出额定电流（A）过载能力电源额定输入交流电压/频率冷却方式FR-A540系列5.5型（三菱）5.59.112150%60s,200% 0.5s (反时限特性)3相，380V至480V 50Hz/60Hz强制风冷4 PLC控制及编程4.1

30、 PLC控制PLC在系统中的作用是控制交流接触器组进行工频变频的切换和水泵工作数量的调整。工作流程如图4-1所示。图4-1 PLC程序流程图系统起动之后，检测是自动运行模式还是手动运行模式。如果是手动运行模式则进行手动操作，人们根据自己的需要操作相应的按钮，系统根据按钮执行相应操作。手动模式主要是解决系统出错或器件出问题。在自动运行模式中，如果PLC接到频率上限信号，则执行增泵程序，增加水泵的工作数量。如果PLC接到频率下限信号，则执行减泵程序，减少水泵的工作数量。没接到信号就保持现有的运行状态。4.1.1 手动运行当按下SB7按钮，用手动方式。按下SB10手动启动变频器。当系统压力不够需要增

31、加泵时，按下SBn（n=1,3,5）按钮，此时切断电机变频，同时启动电机工频运行,再起动下一台电机。为了变频向工频切换时保护变频器免于受到工频电压的反向冲击，在切换时，用时间继电器作了时间延迟，当压力过大时，可以手动按下SBn（n=2,4,6）按钮，切断工频运行的电机，同时启动电机变频运行。可根据需要，停按不同电机对应的启停按钮，可以依次实现手动启动和手动停止三台水泵.该方式仅供自动故障时使用。4.1.2 自动运行由PLC分别控制某台电机工频和变频继电器，在条件成立时，进行增泵升压和减泵降压控制。升压控制：系统工作时，每台水泵处于三种状态之一，即工频电网拖动状态、变频器拖动调速状态和停止状态.

32、系统开始工作时，供水管道内水压力为零，在控制系统作用下，变频器开始运行，第一台水泵M1，启动且转速逐渐升高，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间M1处在调速运行状态。当用水量增加水压减小时，通过压力闭环调节水泵按设定速率加速到另一个稳定转速；反之用水量减少水压增加时，水泵按设定的速率减速到新的稳定转速。当用水量继续增加，变频器输出频率增加至工频时，水压仍低于设定值，由PLC控制切换至工频电网后恒速运行;同时，使第二台水泵M2投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，每当加速运行的变频器输出频率达到工频时，

33、将继续发生如上转换，并有新的水泵投人并联运行.当最后一台水泵M3投人运行，变频器输出频率达到工频，压力仍未达到设定值时，控制系统就会发出故障报警。降压控制：当用水量下降水压升高，变频器输出频率降至起动频率时，水压仍高于设定值，系统将工频运行时间最长的一台水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，每当减速运行的变频器输出频率降至起动频率时，将继续发生如上转换，直到剩下最后一台变频泵运行为止。4.2编程及介绍4.2.1 总程序的顺序功能图系统分为自动运行和手动运行两部分。图4-2 总程序的顺序功能图4.2.2 自动运行顺序功能图按下SB8按钮，系统进入自动运行模式，顺

34、序功能图如4-3所示。图4-3 自动运行顺序功能图Y0接KM0控制M1的变频运行，Y1接KM1控制M1的工频运行；Y2接KM2控制M2的变频运行，Y3接KM3控制M2的工频运行；Y4接KM4控制M3的变频运行，Y5接KM5控制M3的工频运行。系统起动时，KM1闭合，#1泵以变频方式运行。 当变频器的运行频率超出一个上限信号后，PLC通过这个上限信号后将1#水泵有变频运行转为工频运行，KM1断开KM0吸合，同时KM3吸合变频起动第2#水泵。如果再次接收到变频器上限信号，则KM3断开KM2吸合，第2#水泵由变频转为工频运行，3#水泵变频起动。如果变频器频率偏低，即压力过高，输出的下限信号使PLC关

35、闭KM5、KM2，开启KM3，2#水泵变频起动。再次接到下限信号就关闭KM3、KM0，吸合KM1，只剩1#水泵变频运行。为了防止出现某台电动机既接工频电又接变频电设计了电气互锁。在同是控制M1电动机的两个接触器KM1、KM0线圈中分别串入了对方的常闭触头形成电气互锁。4.2.3 手动模式顺序功能图当按下SB9按钮，系统进入手动运行模式。顺序功能图如图4-4所示。图4-4 自动运行顺序功能图5 MCGS组态软件5.1 MCGS组态软件5.1.1 MCGS工控组态软件的功能和特点MCGS工控组态软件的功能和特点可归纳如下：1.概念简单易于理解和使用。普通工程人员经过短时间的培训就能正确掌握、快速完

36、成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作。2.功能齐全便于方案设计。3.实时性与并行处理。MCGS充分利用了Windows操作平台的多任务、按优先级分时操作的功能使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能。4.建立实时数据库便于用户分步组态保证系统安全可靠运行。5.设立“设备工具箱”针对外部设备的特征用户从中选择某种“构件”设置于设备窗口内赋予相关的属性建立系统与外部设备。5.1.2 MCGS组态软件的五大部分MCGS主要有五大部分组成：主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工

37、程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序，选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。5.2 建立界面5.2.1 建立窗口

38、1在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0” 。2选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。3将窗口名称改为：变频恒压供水系统；窗口标题改为：变频恒压供水系统；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。4在“用户窗口”中，选中“变频恒压供水系统”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。图5-1 工程界面界面如5-1图所示。一共有四个界面，分别是变频恒压供水系统、变频恒压供水系统实时曲线、变频恒压供水系统历史曲线和退出提示。5.2.2定义数据对象实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实

39、时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。下面以数据对象“水泵”为例，介绍一下定义数据对象的步骤：1单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。2单击“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，系统缺少。定义的名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等。3选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。4将对象名称改为：水泵1；对象类型选择：开关型；在

40、对象内容注释输入框内输入：“控制水泵启动、停止的变量”，单击“确认”。 图5-2参数的设置过程按照此步骤，设置其他数据对象。 图5-3参数的设置5.3 编辑界面5.3.1编辑画面选中“变频恒压供水系统”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。图5-4 编辑界面5.3.2 对象元件的选择单击绘图工具箱中的图标，弹出对象元件库管理对话框，如图5-5所示：图5-5对象元件库管理如上所示，在元件库中找到所需的元件组成下图5-6所示的画面。图5-6 变频恒压供水演示工程5.4 MCGS与PLC之间的连接MCGS通过上位机中的串行口设备和PLC上的通讯单元（编程口）建立串行通讯连接，从

41、而达到操作PLC设备的目的。PLC的默认设置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信协议，必须事先用RS232（即PLC的编程口）通信，设置寄存器PLC D8120寄存器。此次MCGS通过监控计算机的RS-232串行口读取PLC存储区的数据，与PLC建立连接。MCGS的结构形式使其成为一个“与设备无关”的系统，对于不同的硬件设备，只需定制相应的设备构件，放置到设备窗口中，并设置相关的属性，系统就可对这一设备进行操作，而不需要对整个系统结构作任何改动。5.4.1添加PLC设备FX-232设备必须挂接在串口父设备下，串口父设备在通用设备构件中。串口父设备用来设置通信参数和通信端口。通信参数

42、必须设置成与PLC的设置一样。否则就无法通信。(1)在“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。(2)点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。(3)单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出如图5-7所示窗口：图5-7 设备管理窗口(4)在可选设备列表中，双击“通用设备”。(5)双击“串口通讯父设备”，在下方出现串口通讯父设备图标。(6)双击串口通讯父设备图标，即可将“串口通讯父设备”添加到右测选定设备列表中。(7)选中选定设备列表中的“串口通讯父设备”，单击“确认”，“ 串口通讯父设备”即被添加到“设备工具箱”中。(8)按上面前三步后，双击“PLC设备”，双击“三菱”再双击“FX-

43、232”在下方出现三菱FX-232，选中点击增加，确认。出现如图5-8所示的画面。图5-8 设备工具箱窗口(9)双击“串口通讯父设备”，再双击“三菱FX-232”。(10)在设备窗口中双击设备1-三菱FX-232,出现设备属性对话框，如图5-11所示。点击相应的图标进行设置。5.4.2 PLC设备属性的设置图5-9 进入设置设备内部属性窗口图5-10 设置所需要的通道图5.13 设置通道对应的对象图5-11 设置通道对应的对象结 论近年来国内高层建筑不断兴建，它的特点是高度高、层数多、体量大。面积可达几万平方米到几十万平方米。这些建筑都是一个个庞然大物，高高的耸立在地面上，这是它的外观，而随之

44、带来的内部的建筑设备也是大量的。为了提高设备利用率，合理地使用能源，加强对建筑设备状态的监视等，自然地就提出了楼宇自动化控制系统。 在短短的几年内，调速恒压供水系统经历了一个逐步完善的发展过程，早期的单泵调速恒压系统逐渐为多泵系统所代替。楼宇自动化恒压供水系统的飞跃发展给我国的小区供水带来了很大的便利。它充分利用了变频软启动和PLC技术的相结合实现一拖多泵的供水系统。PLC编程在工业领域更适用，它通过梯形图编程、它更容易被人们理解。PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。由于PID运算在变频器内部，这就省去了对可编程控制器存贮容内部，这就省去了

45、对可编程控制器存贮容量的要求和对PID算法的编程，而且PID参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高了生产效率。自从通用变频器问世以来，变频调速技术在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水设备以其节能、安全、高品质的供水质量等优点，使我国供水行业的技术装备水平从90年代初开始经历了一次飞跃。恒压供水调速系统的这些优越性，引起国内几乎所有供水设备厂家的高度重视，并不断投入开发、生产这一高新技术产品。目前正向着高可靠性、全数字化微机控制，多品种系列化的方向发展。追求高度智能化，系列标准化是未来供水设备适应城镇建设成开发智能建筑、网络供水调度和整体规划要求的必然趋势。致 谢本论文是在导师姜老师的悉心指导下完成的。姜老师师渊博的学识，优秀的师德，深厚的学术造诣和严谨的治学态度使我受益匪浅。在整个论文工作中，她给了我全方位的精心指导，严格把关、不倦教诲，为我付出了许多辛劳和汗水，使我得以顺利完成论文工作。在论文工作中，姜老师为我提供了大量的研究资料，并给予了精心指导，从开题到实验研究到论文撰写，提出了很多非常好的意见和建议。我能顺利完成学业及论文的撰写，与姜老师的关心、支持和帮助是分不开的。在此，向支持与帮助我的同学和在在这四年里教导过我的所有老师表示最衷心的感谢。 参考文献1崔金贵.变频调速恒压供水在建筑给水应用的理论探讨J,兰州铁道学院学报,2000,1:84-