楼宇变频恒压供水监控系统设计

1、引言
在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求。而且有利于实现生产的自动化及远程监测。用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速。实现恒压供水，既防止了能量空耗，义避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。
2、工作原理
变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行；一台低功率的电机，作为辅助泵电机。
启动方式：为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。
变频调速：根据供水管网流最、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令i号泵自动切换到工频电源运行，待I号泵完全退出变频运行，对变频器复位后。2号泵投入变频运行。
多泵切换：根据恒压的需要，采取无主次切换。即“先开先停”的原则接入和退出。在PL C的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数。由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。
为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。
故障处理：能对水位下限，变频器、P L C故障等报警。P L C故障，系统从自动转入手动方式。
3、PLC控制电路
系统采用S7-200PLC作下位机。S7-200PLC硬件系统包含一定数量的输入／输出(I／o)点，同时还可以扩展I／O模块和各种功能模块。输入点为6个，其中水位上、下限信号分别为10．0、10．1。输出点为l0个，O0．0 O1．0对应PLC的输出端子。对变频器的复位是由输出点O1．0通过一个中间继电器KA的触点来实现的。根据控制系统l／O点及地址分配可知，系统共有5个开关量输入点，9个开关量输出点，1个模拟量输入点和1个模拟量输出点。可以选用CPU224PLC(14DI／10DO)，再扩展一个模拟量模块EM235(4AI／lAO)。
4、PLC通信程序
S7-200PLC硬件功能完善，指令系统丰富。可为用户提供多种通讯方式：PPI方式，MPI方式， 自由通讯口方式等。应用自由通讯口方式，使S7-200PLC可以与任何通信协议已知，具有串口通讯的智能设备和控制器(如打印机、变频器、上位PC机等)进行通信，也可以用于两个CP U之间简单的数据交换。该通信方式使可通信的范围大大增大， 使控制系统配置更加灵、方便。
采用PLC 自由通讯口方案，PLC工作于从站，PC处于主站模式，PLC从站只响应来自主站的申请。主站向PLC从站发送指令格式的报文，读指令00为向从站PLC申请产生于PLC的数据，读取水压，频率，变频泵号，工频台数，辅助泵状态等数据；写指令01为向PLC传送产生于主站的数据，包括压力设定值和控制器输出值。在自由口通信模式下，通信协议完全由用户程序控制。通过设定特殊存储字节SMB30(端口0)或SMB130(端口1)允许自由口模式，用户程序可以通过使用发送中断、接收中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)对通信口操作。
应用发送指令(XMT)，可以将发送数据缓冲区(TBL)中的数据通过指令指定的通信端口(PORT)发送出去，发送完成时将产生一个中断事件，数据缓冲区的第一个数据指明了要发送的字节数。应用接收指令(RCV)，可以通过指令指定的通信指定端口(PORT)接收信息并存储与接收《PLC&FA) 2006年1月数据缓冲区(TBL)中，接收完成也将产生一个中断事件，数据缓冲区的第一个数据指明了要发送的字节数。

为了保证通讯接收的可靠性，程序采用前导符，PLC地址，静止线接收，结束字符。首字符的确认可通过设置前导符来完成，并且通过比较还可以剔除部分干扰字符。首字符确认：

静止线是通讯过程中的一个检测用时间，即设定的数据传输过程中无任何数据的任意2点的间隔时间。静止线的设计和处理包括长度的确定及定时器和接收器的设计。



对不方便设置尾字符的，可以采用计数的方式对中间字符进行接收，计数到则执行一个专门中断程序来执行接收结束的处理。对尾字符的判断处理采用以下流程进行处理。校验采用从PLC地址号开始，与数据(不包括两个连续的尾字符)进行异或校验。每接收一个字符就进行尾字符判断，如果不是尾字符则在接收的同时进行异或校验。
5、监控程序设计
上位机的程序流程图如图l所示。根据接收到的数据进行判断，如接收到的是读写错误，则要求重发。如为写成功，则开启定时器l，定时采样；如读成功，接收到的是采样数据则进行显示和调用神经网络进行数字处理，处理完毕发送频率和设定压力值， 并开启定时器2，等待响应。
系统主窗体四个按钮控件，分别为参数设置、实时监测、启动和关闭系统。参数设置界面如图2所示。用户可根据实际情况修改压力设定值。
主要控件功能包括：
(1)压力设定值：压力设定值范围：0．30 0．60Mpa。
(2)校正系数：主要是对压力显示进行校正，使压力显示与压力表显示一致。
(3)复位按镪：运行中按下，籽使系统重新启动，各参数回到初始设置
(4)设定按钮：在文本框输入压力设定值和校正系数后，按下此按钮，压力设定值和校正系数才能通过串口发送给下位机。