畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-自來(lái)水公司供水系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制

1、<p>　　自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制</p><p>　THE WATERWORKS OF REMNTE CONTROL </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要介紹了某市自來(lái)水公司的抽供水系統(tǒng)，在無(wú)線數(shù)字傳輸電臺(tái)日精ND250A的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表數(shù)據(jù)信息的采集和監(jiān)控，運(yùn)用PLC控制系

2、統(tǒng)及上位機(jī)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)該公司分散在幾公里范圍內(nèi)的五個(gè)水源地的儲(chǔ)水量情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，并通過(guò)廠區(qū)主分站的上位機(jī)的實(shí)時(shí)顯示情況對(duì)廠區(qū)蓄水池的蓄水量狀況進(jìn)行水源地抽水量的調(diào)配控制。由于該公司的各個(gè)水源地之間以及與廠區(qū)主分站之間相距的距離較遠(yuǎn)，因此系統(tǒng)需要對(duì)相對(duì)分散的各個(gè)水源地進(jìn)行集中的監(jiān)測(cè)控制與管理，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制。在此過(guò)程中，系統(tǒng)需要根據(jù)水源地現(xiàn)場(chǎng)所采集到的自來(lái)水的流量、地下水的水量、管道壓力等情況，同時(shí)還要考慮用電時(shí)刻中的波峰與波谷時(shí)

3、段情況，通過(guò)變頻器控制實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能的效果。系統(tǒng)一旦設(shè)計(jì)成功將實(shí)現(xiàn)水源井采集地的無(wú)人值守，操作人員在廠區(qū)的主控室即可對(duì)各取水源地的水量供給情況進(jìn)行集中調(diào)配控制，從而降低噸水成本，大大節(jié)省了人力與物力。同時(shí)，該系統(tǒng)具有的強(qiáng)大的報(bào)警和故障診斷功能, 可以方便工程師對(duì)系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析和維修；而且系統(tǒng)在軟硬件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和選型中, 采用了應(yīng)用較為廣泛的產(chǎn)品, 并考慮一定的余地,為將來(lái)系統(tǒng)的擴(kuò)建打下了基</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)傳電臺(tái)；PLC；變頻控制；上位機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper mainly introduces the water pumping and supplying system of a water company in a city. In the basis of

5、wireless digital transmission stations ND250A, based on field instruments data acquisition and monitoring, using PLC control system and PC monitor realization of this company, we can monitor and control the water supply

6、of this company’s five water head areas within the scope of several kilometers. And according to the real-time display of the host computer, we can control the impoun</p><p>　　Keywords: data radio station;PL

7、C;VFC;host computer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第1章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成4</p><p>　　1.1 數(shù)傳電臺(tái)日精ND250A4</p><p>　　1.2 P

8、 L C控制5</p><p>　　1.2.1 P L C的概述5</p><p>　　1.2.2 P L C的特點(diǎn)6</p><p>　　1.2.3 P L C的應(yīng)用7</p><p>　　1.3 變頻器的介紹9</p><p>　　1.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)9</p><p&

9、gt;　　1.3.2 PID調(diào)節(jié)技術(shù)9</p><p>　　1.3.3 變頻調(diào)速技術(shù)與PID調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用11</p><p>　　1.4 上位機(jī)及組態(tài)軟件12</p><p>　　1.4.1 組態(tài)軟件的概述12</p><p>　　1.4.2 組態(tài)軟件的特點(diǎn)13</p><p>　　1.4.3

10、組態(tài)軟件與工控機(jī)的應(yīng)用14</p><p>　　1.5 其它組成部分15</p><p>　　1.5.1 傳感器的應(yīng)用15</p><p>　　1.5.2 變送器的應(yīng)用15</p><p>　　第2章 水源地分站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.1 水源地分站系統(tǒng)的概述17</p>

11、<p>　　2.2 分站電控柜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18</p><p>　　2.3 分站變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21</p><p>　　2.4 無(wú)線傳輸系統(tǒng)的概述21</p><p>　　2.5 數(shù)傳電臺(tái)ND250A的應(yīng)用22</p><p>　　第3章 廠區(qū)主分站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25</p><p>

12、;　　3.1 廠區(qū)主分站系統(tǒng)的概述25</p><p>　　3.2 廠區(qū)主分站電控柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.3 廠區(qū)主分站上位控制的設(shè)計(jì)26</p><p>　　第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1 P L C系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1.1 順

13、序控制的設(shè)計(jì)方法27</p><p>　　4.1.2 順序控制梯形圖的設(shè)計(jì)方法28</p><p>　　4.2 上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)28</p><p><b>　　結(jié) 論33</b></p><p><b>　　附 錄34</b></p><p><

14、;b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　謝 辭36</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　水對(duì)人類生存來(lái)說(shuō)是非常重要的資源，我國(guó)的淡水資源實(shí)際上是非常緊缺的，全國(guó)城鎮(zhèn)中有1/2甚至2/3的用水都要依賴地下水資源供給，有的城市用水甚至完全依賴地下

15、水。由于水資源控制利用的相對(duì)滯后，特別是自動(dòng)化控制設(shè)備方面研究的落后，使水資源得不到充分的利用，從而進(jìn)一步加劇了水資源的短缺。因此研制能滿足排放要求、處理效果好、運(yùn)行費(fèi)用低和國(guó)產(chǎn)化程度高，且具有先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的水資源控制處理系統(tǒng)設(shè)備隨在眉睫。</p><p>　　對(duì)于自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)外自上個(gè)世紀(jì)70年代以后，特別是變頻器技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用以來(lái)，在恒壓變頻供水上國(guó)內(nèi)外做過(guò)大量的研究和應(yīng)用，

16、即便在國(guó)內(nèi)的自來(lái)水公司，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始重視恒壓供水和遠(yuǎn)程監(jiān)控的作用，也做了大量的工作?；诠I(yè)以太網(wǎng)下的恒壓供水系統(tǒng)是目前自來(lái)水公司的一大熱點(diǎn)，也是未來(lái)自來(lái)水公司的一大發(fā)展趨勢(shì)。供水系統(tǒng)的總線技術(shù)上的遠(yuǎn)程控制，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通訊，變頻控制等在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用也越來(lái)越普及。但國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的自來(lái)水公司目前還幾乎沒(méi)有將水泵電機(jī)分時(shí)段按照用電谷段進(jìn)行自動(dòng)遠(yuǎn)程變頻控制。</p><p>　　為了滿足日益增產(chǎn)的用水量的需求，本系統(tǒng)

17、根據(jù)自來(lái)水廠的實(shí)際情況為此自來(lái)水廠安裝了一套基于無(wú)線數(shù)字傳輸電臺(tái)的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以便于能及時(shí)迅速的了解和控制遠(yuǎn)端管道及閥門(mén)。不同于一般的控制系統(tǒng)，這種新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不僅降低了故障率和檢修的時(shí)間，也降低了停水次數(shù)，提高了對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)安裝了遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)ND250A用于傳輸各點(diǎn)的實(shí)時(shí)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)與閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)到水廠的運(yùn)行中心。當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，中心點(diǎn)會(huì)通過(guò)無(wú)線傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到出故障的地點(diǎn)，從而能在最短的

18、時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了水廠的信息化、現(xiàn)代化。</p><p>　　本課題在廠區(qū)的主控室組建數(shù)據(jù)采集監(jiān)控控制系統(tǒng)，在各水源地傳送點(diǎn)組建分站，根據(jù)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)與閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)等情況對(duì)水泵實(shí)現(xiàn)變頻控制，當(dāng)水資源不充分時(shí)低頻運(yùn)行或者自動(dòng)停止電機(jī)。操作人員在主控室即根據(jù)系統(tǒng)的上位機(jī)所顯示的數(shù)據(jù)信息情況來(lái)監(jiān)測(cè)各水源地分站現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，根據(jù)廠區(qū)蓄水池的蓄水量給出水源井深

19、井泵的調(diào)度信號(hào)；當(dāng)出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)故障時(shí)能及時(shí)停泵，并給出報(bào)警、保護(hù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)供水的統(tǒng)一調(diào)度。系統(tǒng)具有就地和遠(yuǎn)程兩種控制方式，各水源地深井泵通過(guò)電氣控制柜上的選擇開(kāi)關(guān)，可以選擇就地控制方式或遠(yuǎn)程控制方式。遠(yuǎn)程控制是通過(guò)主控室的PLC 主操作站控制深井泵的啟停，就地控制是用控制柜上的按鈕控制泵的啟停。當(dāng)PLC 或無(wú)線數(shù)字傳輸電臺(tái)處于編程狀態(tài)或出現(xiàn)故障時(shí)可以采用就地控制方式。就地和遠(yuǎn)程控制方式相互切換不會(huì)影響深井泵的運(yùn)行。其控制優(yōu)先等級(jí)為：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)

20、→中央手動(dòng)→中央自動(dòng)→現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)。在每臺(tái)深井泵的出口都裝有壓力變送器測(cè)量水泵出水壓力，當(dāng)出水壓力過(guò)低時(shí)，說(shuō)明深水井無(wú)水或深井泵故障，或現(xiàn)場(chǎng)電源系統(tǒng)出現(xiàn)缺相、過(guò)載的情況聯(lián)鎖自動(dòng)停泵等原因。主分站將通過(guò)巡檢把故障信號(hào)采集到主控室給出報(bào)警。</p><p>　　無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸采集監(jiān)控系統(tǒng)可分為“1+5”個(gè)分站的形式，一個(gè)分站設(shè)在廠區(qū)供水設(shè)施主控室，另外五個(gè)分站分別設(shè)在各水源地的泵房。主分站對(duì)各分站進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的方式，并

21、通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)日精ND250A將各水源地現(xiàn)場(chǎng)PLC所檢測(cè)到的信號(hào)送入主分站進(jìn)行相關(guān)的控制與管理；分站控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-200系列的相關(guān)產(chǎn)品和變頻器對(duì)水泵電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，同時(shí)分站控制系統(tǒng)也通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)日精ND250A和主分站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，分站接收主分站發(fā)送過(guò)來(lái)的命令或者相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，分站的數(shù)據(jù)發(fā)往主分站控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)主分站對(duì)各分站的監(jiān)控和記錄。</p><p>　　控制系統(tǒng)采用了由PLC

22、、數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)、天線和工控機(jī)等組成的二級(jí)分布式計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)，其中：</p><p>　　1. 泵房：各個(gè)水源地設(shè)一套現(xiàn)場(chǎng)控制柜, 包括西門(mén)子S7-200系列的PLC、變頻器、ND250A數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)以及水源井出水流量、壓力傳感器及變送器和電機(jī)電流檢測(cè)儀表。</p><p>　　2. 操作站：中心控制室由一臺(tái)工控機(jī)、一套PLC設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)等組成。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)廠區(qū)蓄水池的水量及水源地

23、的儲(chǔ)水量情況，對(duì)各個(gè)水源地發(fā)出相應(yīng)的調(diào)配信號(hào)。</p><p>　　工控機(jī)選用研華公司的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC 選用西門(mén)子公司的S7-200系列，監(jiān)控軟件選用 MCGS組態(tài)軟件，上位機(jī)與PLC之間通過(guò)自由端口進(jìn)行通信，可通過(guò)上位機(jī)的控制界面實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)水廠各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)歷史數(shù)據(jù)的記錄和對(duì)相關(guān)被控對(duì)象的報(bào)警等相關(guān)功能。調(diào)速變頻器采用西門(mén)子MicroMaster430 型變頻器

24、，該變頻器適用于各種變頻驅(qū)動(dòng)裝置，由于其操作靈活，所以在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，尤其適用于工業(yè)部門(mén)的水泵和風(fēng)機(jī)。</p><p>　　自來(lái)水廠水的生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)多變量（如流量、溫度、壓力等）多任務(wù)（如水的輸送、投藥/加氯控制、格柵與排泥控制、濾池控制、出水泵起/?？刂啤毫刂?、數(shù)據(jù)管理等）多設(shè)備（如電機(jī)、閥門(mén)、泵等）并具有時(shí)變性、耦合性和隨機(jī)性的復(fù)雜非線性系統(tǒng)。</p><p>　　本課題中的

25、自來(lái)水廠按功能分為兩部分，一部分是水源地；另一部分是水廠區(qū)，二者分散分布，且相距較遠(yuǎn)。水廠區(qū)的任務(wù)是對(duì)水池的水進(jìn)行消毒處理后，通過(guò)加壓泵向市區(qū)管路進(jìn)行恒壓供水；而水源地的任務(wù)是通過(guò)五個(gè)深井泵組對(duì)水廠區(qū)的蓄水池進(jìn)行供水，這是本課題研究的主要內(nèi)容。本自來(lái)水公司的抽供水系統(tǒng)是在無(wú)線數(shù)字傳輸電臺(tái)日精ND250A的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表數(shù)據(jù)信息的采集和監(jiān)控，運(yùn)用PLC控制系統(tǒng)及變頻控制的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)該公司分散在幾公里范圍內(nèi)的五個(gè)水源地的儲(chǔ)水量情

26、況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，并通過(guò)廠區(qū)主分站的上位機(jī)實(shí)時(shí)地顯示情況，并對(duì)廠區(qū)蓄水池的蓄水量狀況進(jìn)行水源地抽水量的調(diào)配控制。其監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖0-1所示：</p><p>　　圖0-1 自來(lái)水廠的系統(tǒng)監(jiān)控圖</p><p>　　整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由位于水廠區(qū)的上位PC機(jī)、主分站PLC和五個(gè)水源地的五個(gè)從站PLC構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。上位PC機(jī)通過(guò)與主分站PLC相連完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理及計(jì)量等工

27、作。主分站PLC完成兩方面任務(wù)，一是水廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集；二是與水源地的五個(gè)從站進(jìn)行通信，完成水源地現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與深井泵的控制；同時(shí)在系統(tǒng)抽供水的過(guò)程中，還要考慮本市用電時(shí)段的波峰波谷情況，從自來(lái)水公司的經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行考慮（這主要通過(guò)PLC編程來(lái)實(shí)現(xiàn)）。</p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)的主分站和從站PLC都選用西門(mén)子S7系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品在工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，尤其是有較強(qiáng)的是有較強(qiáng)的組網(wǎng)能力。S7系列PLC通常有四種組網(wǎng)

28、方式：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、MPI多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)。</p><p>　　第1章 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成</p><p>　　1.1 數(shù)傳電臺(tái)日精ND250A</p><p>　　在本系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)具有分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)、個(gè)別地點(diǎn)地處偏僻、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，所以選擇有線通信顯然不切合實(shí)際。與之相比，利用SCADA系統(tǒng)則顯得非常靈活，它具有投資少、建設(shè)

29、周期短、實(shí)時(shí)性可靠性高、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而且同其它傳輸設(shè)備相比具有非常高的性價(jià)比。</p><p>　　圖1-1 日精ND250A</p><p>　　SCADA系統(tǒng)主要傳輸途徑是無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)。無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)是集無(wú)線通訊技術(shù)、無(wú)線調(diào)制解調(diào)技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為一體的高技術(shù)產(chǎn)品，作用是建立雙向無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸鏈路，特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量小、傳輸距離遠(yuǎn)。其工作頻率大多使用220-240MHz或400-47

30、0MHz頻段，具有數(shù)話兼容、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次建設(shè)投資、沒(méi)有運(yùn)行使用費(fèi)、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。有效覆蓋半徑約有幾十公里，可以覆蓋一個(gè)城市或一定區(qū)域。 綜合各方面的因素，我們?cè)诒菊n題的系統(tǒng)中采用日精系列的ND250A產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用微處理器和先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理DSP芯片，借助DSP技術(shù)以軟件的方式實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的無(wú)線數(shù)字調(diào)制解調(diào)算法、快速自適應(yīng)均衡算法和前向糾錯(cuò)算法，從而保證了在各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，數(shù)

31、據(jù)傳輸性能的穩(wěn)定性和一致性，克服了傳統(tǒng)的用硬件實(shí)現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)器因溫度變化或是環(huán)境惡化帶來(lái)的性能下降的缺點(diǎn)。如圖1-1 所示：</p><p>　　日精ND250A等系列的數(shù)傳電臺(tái)是日本原裝產(chǎn)品，有國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局頒發(fā)的“型號(hào)核準(zhǔn)證”，出廠標(biāo)準(zhǔn)符合歐洲工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的，并且是環(huán)保產(chǎn)品（無(wú)鉛，符合歐洲RoHS環(huán)保指令），所有技術(shù)指標(biāo)完全符合甚至高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，日精的ND889A、ND886A、ND250A系列數(shù)傳

32、電臺(tái)是目前唯一通過(guò)中國(guó)國(guó)家電科院測(cè)試并允許在電力系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)中使用的超短波數(shù)傳電臺(tái)，因?yàn)殡娏Σ块T(mén)涉及到用電控制問(wèn)題，關(guān)系到用電安全，因此對(duì)電臺(tái)的可靠性及技術(shù)指標(biāo)要求高于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，尤其是對(duì)高低溫環(huán)境特性及電磁兼容性（抗干擾）指標(biāo)的要求非常高。日精電臺(tái)特別適合于在非常嚴(yán)酷環(huán)境下穩(wěn)定工作，如強(qiáng)電磁場(chǎng)（變壓器及泵站旁）、高溫（如寶鋼的煉鋼車(chē)間的運(yùn)送鋼水的小火車(chē)遙控遙測(cè)，克拉瑪依油田油井監(jiān)控）、低溫（如大慶油田、東三省的電力負(fù)監(jiān)控系統(tǒng)）、潮

33、濕（如水利防汛自動(dòng)化系統(tǒng)）。 另外，其通信配套產(chǎn)品，如天線、饋線、電源、避雷器、高頻接插件、串口連接線、防水膠帶等等也一應(yīng)俱全，與電臺(tái)的匹配非常好。日精電臺(tái)功耗非常小，守候電流是一般同類產(chǎn)品的產(chǎn)品的1/3不到，發(fā)射電流也要低30%以上，因?yàn)橥耆荈ET而不是晶體管產(chǎn)品。其產(chǎn)品特點(diǎn)為：</p><p>　　1. 信道速率具有自適應(yīng)功能。能自動(dòng)識(shí)別發(fā)送方所采用的信道速率,正確地解調(diào)各種速率的信號(hào)；因而通信網(wǎng)中的主分站

34、或各個(gè)子站可以根據(jù)實(shí)際的通信環(huán)境或遠(yuǎn)近采用不同的通信速率，整個(gè)通信網(wǎng)不需要統(tǒng)一采用同一速率，這樣同時(shí)兼顧了通信的可靠性和有效性。</p><p>　　2. 采用高速數(shù)字信號(hào)處理DSP技術(shù)，在常規(guī)的窄帶超短波電臺(tái)的有效帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速(19200/9600/4800bps) 數(shù)字信號(hào)的傳輸，而且可以用常規(guī)的模擬中繼臺(tái)直接進(jìn)行中繼，擁有EIA RS-232C/RS485的數(shù)據(jù)接口，與PLC可以通過(guò)特制的數(shù)據(jù)線來(lái)通信。&

35、lt;/p><p>　　3. 采用快速自適應(yīng)均衡技術(shù)以消除在傳輸過(guò)程中由于多徑、（中繼）群延時(shí)引起的波形失真、混迭以獲得最佳的接收性能，解調(diào)靈敏度高，誤碼率優(yōu)于10-6</p><p>　　4. 超強(qiáng)的前向糾錯(cuò)GF(256)Reed-Solomon碼和交織算法的結(jié)合，在惡劣的通信環(huán)境中保障了通信的可靠性；設(shè)計(jì)有Watchdog以防止在工業(yè)環(huán)境中的干擾造成意外死機(jī)；環(huán)境溫度范圍達(dá)到-40℃～+7

36、0℃，滿足設(shè)備在野外惡劣環(huán)境中的可靠運(yùn)行。</p><p>　　5. 支持AT指令，用戶可用軟件對(duì)數(shù)傳電臺(tái)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；高度集成化、智能化，采用全透明數(shù)據(jù)流通信方式時(shí)，延時(shí)小，能夠與PLC、PC及其他各種不同的數(shù)據(jù)終端的通信協(xié)議無(wú)縫配合；支持系統(tǒng)程序的現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)， 數(shù)傳電臺(tái)的固件程序可以通過(guò)串口線升級(jí)。</p><p>　　1.2 P L C控制</p><

37、p>　　1.2.1 P L C的概述</p><p>　　PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller），是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。</p><p&g

38、t;　　目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。</p><p>　　1. 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制：這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。&

39、lt;/p><p>　　2. 模擬量控制：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。</p><p>　　3. 運(yùn)動(dòng)控制：PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。

40、從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。</p><p>　　4. 過(guò)程控制：過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID

41、調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　5. 數(shù)據(jù)處理：現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參

42、考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p>　　6. 通信及聯(lián)網(wǎng)：PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

43、。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　1.2.2 P L C的特點(diǎn)</p><p>　　PLC的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機(jī)

44、外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。</p><p>　　2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，性價(jià)

45、比高：PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　3. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡

46、迎：PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。</p><p>　　4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造：PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏

47、輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。</p><p>　　5. 體積小，重量輕，能耗低：復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型的PLC的體積僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/2至1/10。</p>

48、<p>　　PLC是配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線少的多，故可以節(jié)省大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，加上開(kāi)關(guān)柜體積的縮小，可以節(jié)省大量的費(fèi)用。</p><p>　　1.2.3 P L C的應(yīng)用</p><p>　　PLC通電后，需要對(duì)硬件和軟件作一些初始化工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后PLC要反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循

49、環(huán)工作方式稱為掃描工作方式（見(jiàn)圖1-2所示）。</p><p>　　當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。</p><p>　　1. 輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中

50、的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p><p>　　圖1-2 PLC的掃描工作過(guò)程</p><p>　　2. 用戶程序執(zhí)行階段：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是

51、按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)

52、內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。</p><p>　　3. 輸出刷新階段：當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I

53、/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。</p><p>　　同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來(lái)說(shuō)可以忽略，那么二者之間就沒(méi)有什么區(qū)別了。一般來(lái)說(shuō)，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如圖3所示，即一個(gè)掃描

54、周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，P L C 控制單元是泵組管理的執(zhí)行設(shè)備，同時(shí)還是變頻器的驅(qū)動(dòng)控制，根據(jù)用水量的實(shí)際變化，自動(dòng)調(diào)整抽水泵的運(yùn)行情況。變頻器和P L C的應(yīng)用為水泵轉(zhuǎn)速的平滑性連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng), 消除了對(duì)電網(wǎng)、電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)機(jī)電設(shè)備的使用壽命。根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況，PLC我們采用西門(mén)子

55、S7-200 系列的相關(guān)產(chǎn)品。</p><p>　　1.3 變頻器的介紹</p><p>　　1.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)</p><p>　　近十年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化自動(dòng)控制技術(shù)的迅速的發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以

56、提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速起動(dòng)、制動(dòng)性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最優(yōu)發(fā)展前途的調(diào)速方式。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的發(fā)電總量的70%左右消耗在電動(dòng)機(jī)上，風(fēng)機(jī)、水泵消耗我國(guó)發(fā)電總量的40%左右。用電機(jī)變頻調(diào)速來(lái)代替原有閥門(mén)調(diào)節(jié)流量，我國(guó)每年可節(jié)約用電300-400億千瓦小時(shí)。在自來(lái)水行業(yè)，變頻器主要應(yīng)用在取水

57、泵房、送水泵房，除了可以節(jié)電，還可以平滑調(diào)節(jié)取水流量、送水壓力，滿足制水、供水工藝要求。</p><p>　　變頻器是把電壓、頻率固定的交流電變成電壓、頻率可調(diào)的交流電的變換器。與外界的聯(lián)系基本上分為三部分：一是主電路接線端，包括工頻電網(wǎng)的輸入端（R、S、T），接電動(dòng)機(jī)的輸出端（U、V、W）；二是控制端子，包括外部信號(hào)控制變頻器的端子，變頻器工作狀態(tài)指示端子，變頻器與微機(jī)或其他變頻器的通訊接口；三是操作面板，包括

58、液晶顯示屏和鍵盤(pán)。</p><p>　　交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制的原理可由交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式得知：</p><p>　　式中，f—定子供電頻率（Hz）；</p><p><b>　　p—磁極對(duì)數(shù)；</b></p><p><b>　　s—轉(zhuǎn)差率；</b></p><p&g

59、t;　　n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）。</p><p>　　由公式可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率f，就可以平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　1.3.2 PID調(diào)節(jié)技術(shù)</p><p>　　智能PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水壓的PID調(diào)節(jié)。PID控制屬于閉環(huán)控制，閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed-loop control system）的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)

60、象的輸出（被控制量）會(huì)反送回來(lái)影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋（ Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　PID控制的原理和特點(diǎn)：在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器

61、問(wèn)世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系

62、統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。</p><p>　　1. 比例（P）控制：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。</p><p>　　2. 積分（I）控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)

63、態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。</p><p>

64、;　　3. 微分（D）控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。</p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由</p><p>　　于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的

65、作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 </p><p>　　PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核

66、心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比

67、例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進(jìn)行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：</p><p>　　1. 首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；</p><p>　　2. 僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸

68、入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；</p><p>　　3. 在一定的控制度下通過(guò)公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。</p><p>　　1.3.3 變頻調(diào)速技術(shù)與PID調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用</p><p>　　對(duì)水源地抽水泵的控制采取變頻調(diào)速技術(shù)。變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)水壓連續(xù)變化，同時(shí)變頻器

69、還可作為電機(jī)軟啟動(dòng)裝置，限制電機(jī)的啟動(dòng)電流。</p><p>　　水泵屬于典型的二次方律負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，機(jī)械特性曲線如圖1-3（A）所示；其功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，功率特性曲線如圖（B）所示。</p><p>　?。ˋ）機(jī)械特性 （B）功率特性</p><p>　　圖1-3 水泵機(jī)械特性圖</p><p>　　圖1-

70、4 西門(mén)子MicroMaster430 型變頻器</p><p>　　水泵用變頻器配置了進(jìn)行多臺(tái)控制的切換功能；但其過(guò)載能力較低，為120%，1 min（通用變頻器為150%，1 min），因此在進(jìn)行功能設(shè)置時(shí)必須注意。由于負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，當(dāng)工作頻率高于額定工作頻率時(shí)，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩有可能大大超過(guò)變頻器額定轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)過(guò)載。所以，其最高工作頻率不得超過(guò)額定頻率。</p><p>

71、;　　根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際情況，調(diào)速變頻器我們采用西門(mén)子MicroMaster430 型變頻器（如圖1-4所示），該變頻器適用于各種變頻驅(qū)動(dòng)裝置，由于其操作靈活，所以在</p><p>　　許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，尤其適用于工業(yè)部門(mén)的水泵和風(fēng)機(jī)。</p><p>　　1.4 上位機(jī)及組態(tài)軟件</p><p>　　1.4.1 組態(tài)軟件的概述</p><p

72、>　　如何對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理和應(yīng)用，而不必有過(guò)多的投入，充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。減少一些硬件的投入，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能。這就產(chǎn)生了“組態(tài)”這種技術(shù)，它充分的利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，又對(duì)硬件進(jìn)行了有效的管理。同時(shí)也減少了一些硬件的投入。以這種“組態(tài)” 技術(shù)為依托，人們發(fā)明了“組態(tài)”軟件。</p><p>　　組態(tài)（Configuration）的意思就是模塊的任意組合，是指用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟

73、件的各種資源進(jìn)行配置，使計(jì)算機(jī)或軟件按照配置自動(dòng)地執(zhí)行特定的任務(wù)，以滿足使用者的要求。利用組態(tài)控制技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)與一般計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，它們都有被控對(duì)象、傳感器、I/O接口、計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾部分組成。采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上，除采用工業(yè)PC機(jī)外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I/O接口設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，基本不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路的設(shè)計(jì)。這不僅節(jié)約了硬件開(kāi)發(fā)時(shí)間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性。

74、在軟件設(shè)計(jì)上由于采用成熟的工控專用組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件開(kāi)發(fā)周期大大縮短了。</p><p>　　組態(tài)軟件（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制SCADA即 Supervision Control and Data Acquisition）又稱監(jiān)控組態(tài)軟件, 是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件

75、工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。 </p><p>　　組態(tài)軟件一般有圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、第三方程序接口組件組成。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程圖形畫(huà)面；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應(yīng)用程序交換和數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需要的控制策略。組態(tài)軟件通過(guò)I/O驅(qū)

76、動(dòng)程序從現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的加工后，一方面以圖形的形式直觀地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上；另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將控制數(shù)據(jù)送給I/O設(shè)備，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施控制或調(diào)整控制參數(shù)。</p><p>　　1.4.2 組態(tài)軟件的特點(diǎn)</p><p>　　組態(tài)軟件使用戶能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意地完成組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制任務(wù)，降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的

77、設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性。組態(tài)軟件有以下的特點(diǎn)：</p><p>　　1. 系統(tǒng)的可擴(kuò)充性：用通用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)。</p><p>　　2. 易學(xué)易用：通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來(lái)，對(duì)于用戶，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好

78、地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能。</p><p>　　3. 通用性：用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（如PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O驅(qū)動(dòng)程序、開(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。</p><p>　　4. 實(shí)時(shí)多任務(wù)：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視（SCADA

79、）、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示與人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等多個(gè)任務(wù)可以通過(guò)組態(tài)，在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。</p><p>　　5. “面向?qū)ο蟆钡木幊毯驮O(shè)計(jì)方法：組態(tài)軟件還普遍使用了“面向?qū)ο蟆钡木幊毯驮O(shè)計(jì)方法，從管理的角度來(lái)看，用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有與WINDOWS一致的圖形化操作界面，非常便于生產(chǎn)的組織與管理，使軟件更加易于學(xué)習(xí)和掌握，功能更加強(qiáng)大。</p><p>

80、;　　另外，組態(tài)軟件還具有接口開(kāi)放、使用靈活、功能多樣、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。</p><p>　　1.4.3 組態(tài)軟件與工控機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　組態(tài)軟件可讀取PLC監(jiān)測(cè)到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、模擬量采樣數(shù)據(jù)等信息，根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)抽供水裝置的運(yùn)行情況。一旦發(fā)現(xiàn)故障報(bào)警信息，系統(tǒng)即顯示明顯報(bào)警畫(huà)面，向PLC發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令，保存并記憶故障發(fā)生的時(shí)間、方位和原因等原始數(shù)

81、據(jù)，還可根據(jù)客戶需求保存歷史數(shù)據(jù)、定時(shí)、實(shí)時(shí)打印數(shù)據(jù)。</p><p>　　MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視

82、性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。用戶只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)下列功能：</p><p>　　1. 運(yùn)行方式：自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作相結(jié)合。</p><p>　　2. 用戶界面：界面美觀易于操作。</p><p>　　3. 實(shí)時(shí)監(jiān)控：動(dòng)態(tài)顯示水源井的液壓、閥泵的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)等，模擬水流、自動(dòng)控制泵閥的開(kāi)關(guān)、流量的大小和電機(jī)

83、電流等。</p><p>　　4. 報(bào)警功能：系統(tǒng)有自動(dòng)報(bào)警的功能，并能紀(jì)錄故障時(shí)間、原因等信息。</p><p>　　5. 打印輸出：系統(tǒng)能定時(shí)或時(shí)時(shí)打印故障信息、水源井的液壓、水的流量、水泵電機(jī)電流等信息。</p><p>　　6. 保存數(shù)據(jù)：系統(tǒng)具有自動(dòng)保存數(shù)據(jù)和與其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)的功能。</p><p>　　7. 在線幫助：系統(tǒng)提

84、供在線幫助信息，操作員遇到問(wèn)題能及時(shí)得到幫助和指導(dǎo)。</p><p>　　因此，本系統(tǒng)采用北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司的通用版本的MCGS作為工控機(jī)的應(yīng)用軟件。</p><p>　　工控機(jī)（Industrial Personal Computer—IPC）即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，專門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行，并在屏幕上顯

85、示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。IPC的技術(shù)特點(diǎn)： </p><p>　　1. 開(kāi)放兼容性好，吸收了PC機(jī)的全部功能，可直接運(yùn)行PC機(jī)的各種應(yīng)用軟件，可配置實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，便于多任務(wù)的調(diào)度和運(yùn)行。同時(shí)具有自診斷功能和 “看門(mén)狗”定時(shí)器，在因故障死機(jī)時(shí)，無(wú)需人的干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位。 </p><p>　　2. 采用總線結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。CPU及各功能模塊皆使用插板式結(jié)構(gòu)，并帶有壓桿軟鎖

86、定，提高了抗沖擊、抗振動(dòng)能力。配有高度可靠的工業(yè)電源，并有過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。可采用無(wú)源母板（底板），方便系統(tǒng)升級(jí)。 </p><p>　　3. 機(jī)箱內(nèi)裝有雙風(fēng)扇，正壓對(duì)流排風(fēng)，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵。電源及鍵盤(pán)均帶有電子鎖開(kāi)關(guān)，可防止非法開(kāi)、關(guān)和非法鍵盤(pán)輸入。 </p><p>　　結(jié)合組態(tài)軟件等多方面的因素考慮，我們?cè)诒颈鞠到y(tǒng)中選用研華公司的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。</p><p

87、>　　1.5 其它組成部分</p><p>　　本系統(tǒng)除了以上的幾個(gè)重要的組成部分外，還有一些其它的硬件設(shè)備。例如需要收集各種數(shù)據(jù)信息的傳感器、變送器和各種數(shù)字顯示儀器儀表，以及現(xiàn)場(chǎng)控制柜等。</p><p>　　1.5.1 傳感器的應(yīng)用</p><p>　　傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他

88、所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。通過(guò)傳感器，控制設(shè)備能“感知”生產(chǎn)進(jìn)行的情況，將參數(shù)在顯示器上顯示。并根據(jù)參數(shù)實(shí)際值與設(shè)定值的偏差，按照一定的控制算法發(fā)出控制命令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，從而完成控制任務(wù)。根據(jù)所采集的不同參數(shù)，選擇相應(yīng)的傳感器有溫度、壓力、流量等傳感器。</p><p>　　傳感器的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩種：<

89、;/p><p>　　1. 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。</p><p>　　2. 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)?/p>

90、感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。</p><p>　　1.5.2 變送器的應(yīng)用</p&g

91、t;<p>　　變送器（transmitter）：將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。其遵循一個(gè)物理定律（或?qū)嶒?yàn)數(shù)學(xué)模型）將物理量的變化轉(zhuǎn)化成4-20mA（或0/4-20mADC、1-5VDC、0-10VDc）等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的裝置；同時(shí)，除有傳感的功能之外還有放大整形的功能，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)。一般分為：溫度/濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流

92、量變送器，重量變送器等。 </p><p>　　變送器的作用是把傳感器所收集到的現(xiàn)場(chǎng)信息轉(zhuǎn)變?yōu)镻LC控制系統(tǒng)所能識(shí)別的數(shù)據(jù)信息。本系統(tǒng)中需要變送器轉(zhuǎn)換的參數(shù)信息有壓力、流量等。其中，壓力變送器的作用是檢測(cè)管網(wǎng)水壓及水源井的水位壓力的。這兒我們采用香港紅潤(rùn)的數(shù)顯儀來(lái)顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)。其中，用液位<=>容積顯示控制儀WP-H80/H90來(lái)顯示深水井的水位變化，用流量積算顯示控制儀WP-L80、L90來(lái)顯示抽

93、供水管路的管路流量變化，用PID參數(shù)自整定控制儀/PID光柱顯示控制儀來(lái)顯示水泵電機(jī)的電壓電流信號(hào)。</p><p>　　第2章 水源地分站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 水源地分站系統(tǒng)的概述</p><p>　　水源地分站系統(tǒng)的主要功能是完成站內(nèi)供水泵的工作狀態(tài)、運(yùn)行電流、工作電壓、供水流量、壓力等數(shù)據(jù)的采集，實(shí)時(shí)向自來(lái)水公司的供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)傳送

94、數(shù)據(jù)，接受反饋回來(lái)的信息；同時(shí)隨時(shí)接受、執(zhí)行自來(lái)水公司的供水調(diào)度主機(jī)發(fā)來(lái)的指令，將所采集的有關(guān)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)阶詠?lái)水公司的主控室。</p><p>　　本系統(tǒng)共設(shè)PLC l、PLC 2、PLC 3、PLC 4 和PLC 5五個(gè)分布控制站。各PLC分布控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)傳感器的信號(hào)，除了把信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)傳電臺(tái)傳給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制外還要根據(jù)控制要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制柜和執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的控制，所以各

95、分站PLC不但具有中心控制的作用，還具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。在自動(dòng)狀態(tài)下，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)某些電機(jī)進(jìn)行PID控制，以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。同時(shí)，水泵在運(yùn)行期間出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停：</p><p><b>　　水泵不上水；</b></p><p><b>　　水泵或電機(jī)有異狀；</b></p><p>　　電機(jī)或電氣設(shè)備冒火和

96、冒煙；</p><p><b>　　甭提嚴(yán)重漏水。</b></p><p>　　根據(jù)水源井分站系統(tǒng)的控制功能要求來(lái)劃分，該系統(tǒng)主要由以下幾部份組成，其系統(tǒng)的組成如圖2-1所示：</p><p>　　A 檢測(cè)設(shè)備：如壓力、流量、電流、電壓傳感器或開(kāi)關(guān)量等等，負(fù)責(zé)采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。其中，系統(tǒng)采集與檢測(cè)的數(shù)據(jù)有：模擬量為電機(jī)電流、電機(jī)溫度

97、、水泵軸溫、出水口壓力、深水井水位；數(shù)字量為電機(jī)故障點(diǎn)。</p><p>　　B PLC（可編程控制器），含數(shù)據(jù)采集、處理軟件及與上位機(jī)的通信軟件。</p><p>　　C 數(shù)傳電臺(tái)：因各分站系統(tǒng)在環(huán)境較惡劣的野外，且與自來(lái)水公司相距較遠(yuǎn)，因此，需要選擇環(huán)境特性良好的、功率較大的、守候電流較小的數(shù)傳電臺(tái)。</p><p>　　D 直流穩(wěn)壓電源：要求抗高頻干擾能力

98、強(qiáng)、紋波小、并有足夠的帶載能力和過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)、防雷等功能。</p><p>　　E 天饋系統(tǒng)：一般采用定向高增益天線及低損耗饋線并配上優(yōu)質(zhì)的高頻接插件，有條件架高的盡量架高，以確保信號(hào)質(zhì)量；多雷地區(qū)應(yīng)配上同軸避雷器； 每個(gè)分站的定向天線一般應(yīng)對(duì)準(zhǔn)中心站的全向天線。</p><p>　　圖2-1 水源地分站系統(tǒng)</p><p>　　2.2 分站電控柜控制系統(tǒng)的設(shè)

99、計(jì)</p><p>　　各現(xiàn)場(chǎng)電控柜具有兩部分功能：一是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)操作，二是廠區(qū)通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)與各個(gè)分站連接，將各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)傳送到主分站，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權(quán)，只有將狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)狀態(tài)，自動(dòng)控制程序才起作用。其電氣控制系統(tǒng)主電路如圖2-2所示：</p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)電控柜主要的元器件主要包括PLC和各種電氣控制元器件。其中，

100、數(shù)據(jù)采集主要由PLC實(shí)現(xiàn)，PLC通過(guò)超聲波水位計(jì)連續(xù)檢測(cè)水源井的水位，將水位信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理；電機(jī)電流、電機(jī)溫度、水泵軸溫、水管流量等傳感器，主要用于檢測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行；PLC采集系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行處理，控制水泵的啟停。</p><p>　　圖2-2 電氣控制系統(tǒng)主電路</p><p>　　檢測(cè)需要的所有信號(hào)，經(jīng)傳感器檢測(cè)，送入相應(yīng)的信號(hào)變送器變成標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA信

101、號(hào)或1~5V信號(hào)，由變送器送入S7-200控制器配置的I/O模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始一次信號(hào)的采集和對(duì)所檢測(cè)信號(hào)的采集與傳輸，包括所需要的電氣參數(shù)、水泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障等信號(hào)，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作或自動(dòng)化運(yùn)行控制。在本系統(tǒng)中需要輸入輸出的信號(hào)如表1所示：</p><p>　　表2-1 水源地控制系統(tǒng)的PLC選型</p><p>　　綜合水源地控制系統(tǒng)PLC選型中輸入輸出的點(diǎn)數(shù)及其它因素，再考慮

102、留有20%的余量，我們最終在每個(gè)水源地控制系統(tǒng)中各選定一套一個(gè)CPU224 XP模塊加一塊模擬量擴(kuò)張模塊EM235(4入1出)的PLC設(shè)備，且各從站現(xiàn)場(chǎng)電控柜中的結(jié)構(gòu)相同，分別控制五組取水深水泵的運(yùn)行及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。如圖2-3和圖2-4所示，其中，Q0.2為水位報(bào)警，Q0.3為PLC報(bào)警，Q0.4為管路流量報(bào)警。深水井的水管壓力、深井泵電壓和電流三路模擬信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)采集通過(guò)4路模擬量輸入模塊EM235實(shí)現(xiàn)。</p><

103、;p>　　水位檢測(cè)、流量檢測(cè)：超聲波水位計(jì)、超聲波流量計(jì)信號(hào)接入。</p><p>　　主分站和各分站PLC的通信主要是完成水源地深井泵的控制及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。具體地說(shuō)，主分站PLC的能遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)深井泵的啟?？刂?，而深井泵的壓力、電壓、電流和過(guò)載故障信號(hào)則由主分站PLC進(jìn)行讀取。</p><p>　　圖2-3 水源井分站的CPU外部接線圖</p><p>　　

104、圖2-4 水源井分站的模擬量擴(kuò)展模塊接線圖</p><p>　　2.3 分站變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在水源地深水井泵房中，使用變頻器的主要目的是用來(lái)降低電耗、平滑調(diào)節(jié)取水流量。通過(guò)自控系統(tǒng)的PLC或利用變頻器本體的PID調(diào)節(jié)，可以讓變頻器自動(dòng)調(diào)速，保持水源井水位穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)取水泵房的無(wú)人值守，高效、優(yōu)質(zhì)供水。 </p><p>　　當(dāng)水泵變頻運(yùn)行時(shí)