十堰西門子專業授權代理商

2、通訊接口

S7-214PLC基本單元提供一個RS-485接口，為了與無線信道的數傳機（電源、Modem、進口電臺三者合一）相連，我們專門設計了RS-485接口的專用Modem，并采用光電隔離技術，使二者在電氣上完全獨立，避免相互干擾，由于數傳機發射時需要RTS信號，而RS-485接口又不提供RTS信號，解決這個問題有兩法。其一，由無線Modem根據PLC的發射信息產生RTS信號，這就要求該Modem必須智能化，同時PLC在發送信息之前需先與Modem通信，讓其輸出RTS信號，并回送RTS已產生信息，然后PLC再發送現場信息。其二，采用PLC的某一I/O輸出點，產生RTS信號，由PLC在發送信息前現接通該點，控制數傳機發射，延時一段時間后（電臺建立載波時間），再發送信息。后一種方法簡單、實用，較好的解決了無線通信的接口問題。

3、抗干擾設計

為提高系統的可靠性，現場終端、數傳機、PLC、直流溫壓電源及部分變送器裝于一個控制柜內，各部分相對獨立，便于維護。PLC開關量輸入、輸出與現場之間家繼電器隔離，模擬信號采用信號隔離器和配電器隔離，電源采用隔離變壓器供電，以減小電源“噪聲”，同時系統設置良好的接地。

四、PLC軟件設計

PLC終端軟件采用梯形圖語言編寫，為提高終端的抗干擾能力，軟件設計中采用了數字濾波、故障自檢、控制口令等措施，**控制操作的正確性和可靠性。程序設計采用模塊化、功能化結構，便于維護、擴展。終端軟件主要由下列模塊組成。

1、初始化程序：設定各寄存器、計數器、PLC工作模式、通信方式等參數初始值。

2、數據采集子程序：對各路模擬量數據采集、濾波、平均等處理。

3、累計運行時間子程序：對泵機等設備的運行時間進行累計。

4、脈沖量累計子程序：對電耗、流量、儀表的輸出脈沖進行累計，并進行標度變換。

5、遙信子程序：檢測電機、閥門、報警開關等設備的運行狀態。

6、置初值子程序：由監控中心對時間、電耗、流量等累計參數按用戶的要求設定初始值。

7、故障自檢子程序：檢測PLC的故障信息、校驗信息，并發往監控中心。

8、控制子程序：根據監控中心的命令，或現場自控條件輸出相應的操作。

9、通訊子程序；完成與監控中心的各種通信功能。

軟件流程見圖2 ，

其中通訊程序中，接收命令采用中斷處理，通過ATCH指令使中斷事件8在接收不同特征命令下執行不同的程序。對串行通信的**時限制則通過設定內部定時中斷來控制，其事件號為10，定時時間由SMB34的值確定。為減少通信的誤碼，采用偶校驗及異或雙重校驗措施。

五、結論

本系統在軟、硬件方面采取了多種措施，特別是現場終端選用了S7-200 PLC，提高了系統的可靠性，在鐵路供水系統取得了較好的應用效果。本系統將無線通訊與S7-200 PLC有機的結合，解決了現場分布較散、距離較遠、范圍較大的系統監控問題，在供水、供電、供氣、油田、氣象、水文水利等部門有較好的應用前景

S7-200 PLC在鐵路供水系統中的應用

一、概述

某鐵路供水系統由分布在十幾公里內10個深井取水泵站、4個增壓泵站、多個儲水池、水塔及用戶管網組成。整個供水系統的高低落差達150米，由于供水系統的組成及地形結構的特殊性，過去人工監控，給生產管理、供水調度帶來諸多不便。

實施了微機監控后，它能實時監測供水系統的主要工藝參數（如壓力、流量、水位、電壓、電流等），控制深井泵、增壓泵的開停，監視泵機的運行狀態，同時提供生產管理所需的報表、曲線、數據查詢等功能。它的運行對供水系統的安全生產、科學調度有著重要的意義。

二、系統組成

微機監控系統采用主從結構、分布式無線實時監控方式（簡稱SA），如圖1 所示。

系統主要由監控中心、無線通信系統、現場監控終端、傳感器及儀表四部分組成。

監控中心：由微機、無線數傳機、全向天線、模擬屏及UPS組成，主要完成各現場終端數據的實時采集、監測、控制、數據存儲、打印報表、數據查詢等功能。

無線通信系統：監控中心與各泵站終端之間采用無線方式通訊。監控中心為主動站，其它終端副站為被動從站，該系統采用無線電管理**給定的數據頻率，以一點對多點的方式與從站通訊，監控中心為全向天線，各副站為定向天線。

現場監控終端：核心為PLC，是一個智能設備，它有自己的CPU和控制軟件，主要完成現場的數據采集、轉換、存儲、報警、控制等功能，并通過無線信道與監控中心微機進行數據通信。根據監控中心的命令分別完成系統自檢、數據傳送、控制輸出等任務。

傳感器及儀表：是PLC監測現場信號的“眼睛”，現場所有信號都需經過傳感器及儀表的轉換，才能輸出標準信號，被PLC終端所接受。系統主要測量電壓、電流、液位、壓力、流量及耗電量等參數。

三、現場PLC終端

現場PLC監控終端是工業現場與監控中心之間的橋梁紐帶，一方面它采集現場儀表、變送器、設備運行狀態等信號，另一方面它又與監控中心通訊，執行有關命令。現場終端一般無人值守。因此，終端機的性能和質量對系統的可靠性影響很大。經充分論證，選用西門子S7-200系列PLC作現場終端具有較高的性能價格比，它具有體積小、易擴展、性能優等特點，非常適合小規模的現場監控。

1、PLC硬件設計

現場某一終端需測控開關輸入信號12路，開關輸出信號14路，模擬量輸入信號9路。因此，我們選用S7-214基本單元，一塊繼電器輸出擴展單元（EM222），三塊模擬輸入擴展單元（EM231）。這樣系統共有開關輸入14路，開關量輸出18路，模擬量輸入信號9路，滿足現場要求。

基于臺達PLC與變頻器實現供水系統自動恒壓控制

3.2 公司內不同壓力供水需求的解決

為穩定可靠地滿足公司內部分區域供水太力（0.4~0.45Mpa）低于主管網水壓力（0.8~0.9Mpa）的要求，配備穩壓減壓閥來調節，可調范圍為0.1~0.8Mpa。

3.3 加壓泵系統

由于抽水泵房距離高位水池較遠，直接供水到高位水池抽水泵的揚程不足，為此在距離高位水池落差為36米處設計有一加壓泵房，配備立式離心泵兩臺（一用一備）電機功率為75KW，揚程36米。該加壓泵的控制系統需考慮以下條件：

（1）若高位水池水位低和主管有水，則打開進水電動蝶閥和起動加壓泵向高位水池供水；

（2）若高位水池水位滿且主管有水，則給出報警信號并關閉加壓泵和進水電動蝶閥；

（3）若主管無水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必須開啟出水電動蝶閥由高位水池向主管補充不。

像抽水泵一樣，我們為加壓泵配備了軟起動器和電機保護器，確保加壓泵長期可靠地運轉，同時配備了高位水池的水位傳感器和數顯儀和缺水傳感器。

為**整個主水管網的恒壓供不，當高位水池滿且主水管有水時，加壓泵停止，此時主管壓力將“憋壓”，較終導致主管壓力上升，并將此壓力傳遞到抽水泵房，抽水泵的控制系統檢測到此壓力進行恒壓變頻控制，進而達到整個主管網的恒壓供水，這是整個控制系統設計的關鍵。

4 系統實現功能

4.1 全自動平穩切換，恒壓控制

主水管網壓力傳感器的壓力信號4~20mA送給數字PID控制器，控制器根據壓力設定值與實際檢測值進行PID運算，并給出信號直接控制變頻器的轉速以使管網的壓力穩定。當用水量不是很大時，一臺泵在變頻器的控制下穩定運行；當用水量大到變頻器全速運行也不能保管網的壓和穩定時，控制器的壓力下限信號與變頻器的高速信號同時被 PLC檢測到，PLC自動將原工作在變頻狀態下泵投入到工頻運行，以保持壓力的連續性，同時將一臺備用的泵用變頻器起動后投入運行，以加大管網的供水量**壓力穩定。若兩臺泵運轉仍，則依次將變頻工作狀態下的泵投入到工頻運行，而將另一臺備用泵投入變頻運行。

當用水量減少時，首先表現為變頻器已工作在較低速信號有效，這時壓力上限信號如仍出現，PLC首先將工頻運行的泵停掉，以減少供水量。當上述兩個信號仍存在時，PLC再停掉一臺工頻運行的電機，直到最后一臺泵用主頻器恒壓供水。另外，控制系統設計六臺泵為兩組，每臺泵的電機累計運行時間可顯示，24小時輪換一次，既**供水系統有備用泵，又**系統的泵有相同的運行時間，確保了泵的可靠壽命。控制系統圖見圖2。

4.2 半自動運行

當PLC系統出現問題時，自動控制系統失靈，這時候系統工作處于半自動狀態，即一臺泵具有變頻自動恒壓控制功能，當用水量不夠時，可手動投入另外一臺或幾臺工頻泵運行。

4.3 手動

當壓力傳感器故障或變頻器故障時，為確保用水，六臺泵可分別以手動工頻方式運行。

5 實施效果

實際運行證明本控制系統構成了多臺深井泵的自動控制的較經濟結構，在軟件設計中充分考虎變頻與工頻在切換時的瞬間壓力與電流沖擊，每臺泵均采用軟起動是解決該問題關鍵。變頻器工作的上下限頻率及數字PID控制的上下限控制點的設定對系統的誤差范圍也有不可忽視的作用。

①采用變頻恒壓供水，了主管網壓力波動，**了供水質量，而且節能效果明顯，并延長了主管網及其閥門的使用壽命。

②用穩壓減壓閥經濟地解決了不同用水壓力的問題。

③拓寬運用變頻恒壓控制原理，較好地解決了加壓泵房與抽水泵房的遠程通訊總是并達到異地連鎖控制的目的。

④在抽水泵房設置連續液位顯示，并將信號傳與PLC，防止泵缺水燒壞電機，設定的取水位置，確保水的質量。

⑤電機既有電機保護器，又有軟起動器，克服了起動時的大電流沖擊，相對延長了電機制使用壽命。

⑥由于采用PLC控制的壓力自動控制，可以實現無人遠程操作，系統的PLC預留有RS485接口，可與公司總調度室計算機網絡進行連接。

⑦由于系統采用閉環恒壓控制，電機在滿足主水很容易網的壓力的前提下，節能效果顯著，年節電61萬度，折合為人民幣36萬元。

⑧通過采用變頻器控制，可在不同季節、節日、日夜及上下班等全面調控水量，按日節水100噸計，則年可節水36500噸。

總之，采用該PLC控制的恒壓變頻供水系統肯定能**該大型飲料廠的足量用水，同時很大程度上降低了維修的勞動強度和延長了設備的使用壽命，實現了真正的自動控制，不僅可解決了現供水系統存在的問題，而且節能效果顯著。因此，從節能和改善供水條件上有著重大的價值。