朔州西门子一级代理

　一、 设备概述

　　随着我国城市化水平的提高，城市人口急剧增加，居民小区不断建设且楼房层数越来越高，使原来自来水管网压力出现不足，很多城市普遍存在着用水高峰期高层楼房上不去水的现象，导致高层居民用水难。目前，一般的解决办法是修建水池或水箱，通过水泵二次加压供水。

　　为解决此类问题，当前均采用先进的全自动无负压供水设备，此供水设备可直接与自来水管网串接，通过负压消除器和稳压平衡器保护自来水管网不形成负压，避免了修建混凝土蓄水池或设水箱的麻烦。此设备充分利用了自来水管网的原有压力，在原有压力的基础上叠加一部分压力，差多少，补多少，使二次加压设备的选型减小，节省投资，同时在使用过程中也可大大节能，是目前先进新的二次供水方式。

　　二、 设备应用范围

　　1、 流量范围：1.5-1600吨/小时;

　　2、 扬程范围：21.6-225米;

　　3、 稳流罐：0.5立方-50立方;

　　4、 压力范围 0 ～ 2.5MPA

　　5、 压力调节精度：±0.01兆帕;

　　6、 环境温度：0-40℃.

　　7、 相对湿度 90 % 以下(电控部分)

　　8、 电源 380v(1 ± 10 % ) ;50HZ ± 2HZ

　　9、 控制方式 单台，恒压

　　三、 设备方案：

　　本设备主要由变频控制柜、稳流调节器、负压抑制器、水泵机组、仪表、阀门及管路等组成。

　　1、在本自动控制系统中，变频器我们采用了美国艾默生，同时，为方便用户进行实时监控设备运行状态以及便于维修，我们采用了人机界面触摸屏，控制器采用了艾默生EC20，由于它具有两个通讯端口，并且可任意选择通讯协议，组网方式如下：

　　2、EC20控制器通过COM0端口与人机界面通讯，人机界面作为主站，通过EMERSON PROTOCOL 协议与可编程通讯，控制器为从站，通过MODBUS协议通讯。通过COM1端口与变频器通讯，可编程控制器此时作为主站，变频器为从站，采用的是自由口通讯协议。

　　3、通过此种组网方式，用户对于压力设定、输出频率、辅泵频率、PID数值、切换时间、 延时时间、超压设定、压力反馈等数十种参数可在触摸屏上显示、 设置、修改，方便操作。对水泵工作状态、变频器工作状态 和系统水位等多个参数，实现了即时跟踪。满足远距离监测、监控及控制功能。

　　同时，还可方便监测设备故障，方便维修。具有故障实时记忆功能。

　　四、 控制部分：

　　1、本设备具有手动和自动两种控制方式。

　　2、在自动运行中无水停机、有水自动开机，两台泵循环运行，先启先停，定期切换。

　　3、PID调节：PID闭环调节实现水泵恒压运行。采用EC20的PID指令，由于本设备直接连于自来水管网，当自来水压力低于用户所需要的设定压力时，微机控制水泵启动运行，直到管路的实际压力等于设定压力，此时变频器控制的水泵以一恒定转速运行，保持管网压力为设定值。自来水压力越高，变频器转速越低，自来水压力越低，变频器转速越高。当自来水压力达到设定值时，设备停止运行。充分利用自来水管网压力，又确保用户所需的恒定压力。

　　4、零流量停机控制功能：不论是在一台还是两台泵运行时，自来水满足要求压力时，设备就停止工作，由自来水直供，变频器处于休眠状态。自来水压力不足时，设备工作，此方式充分利用自来水管道原有的压力差多少，补多少，节能效果极其显著，可达20%- 70%以上        

　　五、 PLC程序要点

　　1、压力调节：通过CONTROLSTAR编程软件中PID指令向导，自动生成PID_SET和PID_EXE 2个子程序，其中PID_SET是参数设置程序，PID_EXE是PID调用。

　　2、 变频器控制

　　CONTROLSTAR编程软件有专门的变频器指令，可实现EC20和艾默生变频器的无缝连接。

　　2.1 通过系统块界面设置EC20的通讯端口1的自由口协议参数，包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位、帧间超时时间等。用户不需要复杂的编程。

　　2.2 通过“变频器连接表”可方便列出挂在端口1网络上的变频器设备。包括站号、型号、协议等。

　　2.3 通过集成在CONTROLSTAR编程软件中的专用变频器指令,包括FRQ(给定频率)、FWD(正转)、GET(读变频器频率、电流、转速)、REV(反转)、STP(停止)，可以方便实现变频器的启停、读写频率

    六、 总结：

　　在本案例中，我们采用艾默生高性能变频器以及先进的可编程控制器，满足了用户在无负压供水中的应用。

　　1、智能化程度高 微机控制全自动运行，性能稳定可靠，泵房可实现无人职守。

　　2、恒压：PLC的PID闭环调节，恒压精度高，将水泵的运行严格遵照高效曲线执行，从而使得系统在接近理想状态下工作，压力输出值精度有效保证在±0.01兆帕范围内。在水压波动下，具有过载、短路、过流等各种自动、保护功能。

　　3、节能 变频器的零流量停机功能，使设备在管网压力达到设定值后，停机，处于休眠状态，待压力不足时，重新启动。真正实现节能功能。

　　4、良好的通讯方式，方便用户远距离监控、监测及控制设备和变频器等。同时利用通讯功能，不需再使用模拟量模块，安装维护方便，进一步节约成本。

简单介绍了 S7-200PLC 的通信功能，重点阐述了 S7-200PLC 与多台智能仪表通信系统的设计与实现。

　　在以水稻为原料的饴糖生产过程中， 需要把水稻的用量、出糖量、糖化罐的液位及温度等数据信息测量出来送给中央控制室的上位机，以便准确分析产出比，及时掌握生产过程中工艺的动态过程。 这就需要现场的下位机和控制室的上位机之间必 须 有 可 靠 的通信。 我们设计的控制系统，上位 机 采 用 工 业控制机，下位机有四台 PLC，其中 一 台 是 S7 -300CPU315 -2DP， 安装在中央 控 制 室 的 配电柜内，主要任务 是 通 过PROFIBUS 总线控制输入/输出单元 EM221/EM222 从而控制整个生产车间的电动机、水泵、电磁阀等执行机构。 另外三台 PLC 为安装在现场的S7-200CPU224，主要负责采集智能仪表的数据。 S7-200 与智能仪表的通信是本文的重点。

　　1 S7-200PLC 及其通讯功能

　　S7-200 小型 PLC 硬件功能完善，指令系统丰富。 它的子程序调用和中断程序调用简单方便， 特别是其通讯功能非常强大，和其它小型 PLC 相比具有不可比拟的优点。

　　S7-200PLC 内部集成有 PPI 接口，其物理特性为 RS485。 可以为用户提供以下通讯方式：(1)PPI 方式：是 S7-200 基本的通讯方式，通过自身的端口就可实现通讯，为默认方式。(2)MPI 方式 ：一种多点接口通讯协议 ，S7-200 可以通过内置端口连接到 MPI 网络上与 S7-300/S7-400 进行通讯。(3)自由通讯方式 ：是建立在半双工 RS-485 硬件基础上的一种通讯方式，它允许用户自己定义通讯格式，如数据长度和奇偶校验等，因此可方便地与任何通讯协议公开的智能设备进行通讯。(4)PROFIBUS-DP 网络。

    2 PLC 与智能仪表的通讯程序设计

　　2.1 PLC 与智能仪表之间的通讯格式

　  1#PLC 负责采集现场的 18 块兰申电磁流量计的数据，兰申电磁流量计通讯协议为主从扫描式通讯协议，每次通讯过程均由主机发起，然后从机进行响应，回传规定的信息，完成一次通讯过程。 根据要求只需读出流量计的瞬时流量、正向总量值，因此可定义主机(PLC)命令格式和从机(流量计)响应格式如下：

　　考虑到流量计串行通讯协议的特点，选择 PLC 的自由口作为 PLC 与流量计之间的通讯方式。 设定好 18 块流量计的地址及通讯速率后就可以通过 V4.0STEP7 Micro WIN SP3 编程软件进行自由口通讯程序设计，按照自由口通讯的工作方式，实现PLC 与流量计的数据传输。

　　2.2 软件设计及框图

　　整个程序由主程序、中断程序和 3 个子程序组成。主程序主要完成定时更新流量计地址，调用子程序以及其它逻辑控制。 中断程序 0 用于接收流量计回送的数据。 子程序 0 用于初始化 PLC 的通讯端口。 子程序 1 用于按流量计地址更新校验码后向流量计发送命令。子程序 2 用于将流量计回送的相关数据存入数据缓冲区，该缓冲区已同过对 S7-300 组态和 S7-300 的存储区相关联 ，方便上位机读取下位机的数据。通讯软件流程图如图 2 所示。

　　2.3 上位机通讯程序设计

　　上位机应用力控组态软件进行监控界面、报警回顾、历史曲线、控制命令、报表统计等程序设计，上位机通过以太网模块 CP343-1 与 S7-300 通讯，本文不再详述。

 (一)分析被控对象并提出控制要求

　　详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

　　(二)确定输入/输出设备

　　根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等)，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

　　(三)选择PLC

　　PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。

　　(四)分配I/O点并设计PLC外围硬件线路

　　1.分配I/O点

　　画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。

　　2.设计PLC外围硬件线路

　　画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

　　由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

　　(五)程序设计

　　1.程序设计

　　根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容：

　　A.初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。

　　B.检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。

　　C.保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。

　　2.程序模拟调试

　　程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。

　　A.硬件模拟法是使用一些硬件设备(如用另一台PLC或一些输入器件等)模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。

　　B.软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。

　　(六)硬件实施

　　硬件实施方面主要是进行控制柜(台)等硬件的设计及现场施工。主要内容有：

    A.设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。

　　B.设计系统各部分之间的电气互连图。

　　C.根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。

　　由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短。

　　(七)联机调试

　　联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。

　　全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。