【基于PLC的恒压供水变频控制系统设计仿真研究23000字（论文）】

基于PLC的恒压供水变频控制系统设计仿真研究摘要随着中国建设的长期高速发展，工业、农业、城市和用水计划等四个方面计划的单位用水量都逐渐得到增大、供水计量网络建立在不断完善，用水和供水系统都得到了比较长足健康的发展。本论文根据现代城市供水工程控制系统的实际控制运行要求，设计出了一整套可编程控制器PLC智能自动变频恒压城市配套供水的综合变频恒压供水控制系统。首先，研究了对整体变频恒压供水控制系统的实现，分析比较了系统硬件与用于智能控制的软件方案、硬件设计过程与硬件实现，并进一步对基于PLC的控制软件系统及其智能监控分析系统的总体组成形式和应用功能特点进行了深入讨论。其次，研究了采用多个电动机并联互投备用对实际上供水量的设计开发理念以及工程实现中的方法步骤、实施手段，提出了使用多个并联水泵机组在供水运行模式下并联运行的各种高效切换条件与供水的状态。对现代PLC控制器的软件、编程环境以及参数的设置方法和微型电动机的继电保护展开了全面深入透彻的探讨。最后，通过PLC与软硬件之间的通信连接，探讨软硬件的参数设置，并利用设计设备中各模块互联配合实现对供水的变频恒压控制、实时监控与自动调节。关键词：PLC;恒压供水；变频调速；监控系统； I 错误!未定义书签。 I 1.1研究背景及意义 1.2国内外变频调速技术发展与现状 1.3变频恒压供水系统的国内外研究现状 1.4可编程控制器(PLC)的特点及其应用 4-1.5本课题主要研究内容 2系统理论分析及确定方案 2.1变频恒压供水理论分析 2.1.1变频恒压供水系统原理 2.1.2变频恒压控制模型 2.2变频恒压供水系统控制方案 2.2.1供水系统控制流程 2.2.2系统内水泵切换条件 3变频恒压供水系统硬件设计 3.1系统框图 3.2系统主要设备选型 3.2.1水泵机组选型 3.2.2变频器选型 3.2.4数显仪器及压力变送器选型 3.3系统电路设计 3.3.1系统总电路设计 3.3.2系统控制电路设计 3.4可编程控制器的I/O分配 4恒压变频供水控制系统软件设计 24-4.1水泵运行状态与转换过程 25-4.2PLC程序设计方案 27-4.3PLC控制程序的设计 4.4变频器PID控制参数的设定 4.4.1PID控制 4.4.2恒压供水系统PID的调节过程分析 4.4.3PID控制器参数设置 4.5稳定性分析 5恒压变频供水系统设计及仿真 5.1监控系统硬件构成 5.2仿真测试与后台设备 参考文献 1.绪论随着我国经济与技术的发展，供水压力不足影响着人们以及工业的生产生活，传统的供水方法年难以满足我国现代化生产生活的需要。电能对于改善我们的生活方式也有极其重要的价值，电能宏观上又是整个现代化社会产业不可或缺的动力源，若机器没有了水电资源始终处于匮乏状态，在水、电的局域分布上也十分不均，使用量较大的地区需要从其他地区进行调配，增加了运输、使用、开发的成本，影响整体的供水效益。然而，我国长期以来处于人力资源的浪费极其严重、自动化的技术程度甚低、供水系统不完善的状态。所以此供水系统的规划设计研究对中国工农业灌溉以及对城市供水系统方案的整体改进探索、升级研究等具有跨越时代性的重要意义。传统的供水方式目前主要包括：水塔高位水箱供水、恒速变频水泵加压水箱供水、气压罐供水系统等。主要的缺点如下：(1)水塔高位水箱的供水工作方式一般采用泵机自动将水加压提升至建筑物高位水塔中储存，当工程需要生活用水需要时，由高位水塔直接提供，常常用于各种高层建筑供水中。控制方式操作简单、快速运营经济、可实现停电不停等优点。但是存在投资较大、泵机硬启动的启动电流较大、占地面积较大、维护困难等缺点。(2)恒速泵加压供水方式采用了功率恒定的机泵组对系统进行恒压供水，供水压力不会发生较大变化。当遇到压力突然变化情况时，能够迅速作出处理反应，但是由于需要长时间人工进行操作，自动化控制程度极低。目前很少使用这种供水方式。(3)气压罐泵供水这种方式的机组供水量变化浮动较小、电网高度等限制极其微小，但是其对硬件操作要求仍然较高。机组一般启停状态切换频繁，为有效减少水泵启动次数，需要保持相对较高的启停压力，不符合节约理念。因此应用较少。综上所述，目前大多还采用纯人工控制过程的用水方式，效率相对较低，可靠性又差，自动化控制程度不高，因此并不能真正满足客户对整体供水设备系统稳定性、可靠性以及综合经济性上的高度要求，所以对集中式供水的系统结构进行整体技术架构升级、系统优化处理是非常的必要的。随着西方国家以及近些年我国数字化、计算机、自动化与控制测量技术应用等相关电子行业科学技术应用的快速、不断地向前纵深发展，目前对变频给水系统应用的研究越来越趋于成熟，集先进的PLC、变频供水电子技术、计算机控制应用技术等技术应用于一体而产生的新一代全自动智能恒压变频供水技术系统也应运而生，它已经具备了能直接根据现场管网水压流量速度的瞬时变化而进行应急供水调节的能力，与现在国内传统、单一的城市管道供水的系统相比，已经具有甚优的运行时效，拥有了更好的储水经济性等多项优点。同时有利于解决我国淡水资源紧缺、水资源分布不平衡的现状，以满足在现代化的发展进程中日益增长的供水需求。在效率最大化、成本最低话等诸多方面有特别的意义和价值。1.2国内外变频调速技术发展与现状变频电机自动调速和控制系统的每一步发展都是在经过了电力电子技术、自动变速调节及其控制领域的相关理论、计算机技术方面知识的进一步深化发展及积累完善之后，才更科学、更成熟。第四次人类世界工业革命潮的迅速兴起，使电力电子技术、计算机技术、现代工业自动智能化控制等各种理论技术，获得了又一次长足地的突破和充分地应在上世纪的60年代初期，前联邦和德国西德公司的电机技术专家们就首先提出来建立了一种可采用双脉宽带数字调制技术以用于控制高速的交流三相异步电动机牵引的电动机转速变化速率的新技术想法，并打算逐步的开发，使其技术可先由专业试验室开始的推广试验到后期普及推广至各种小型工业装置及现场的使用；八十年代中期，在日本的中国专家课题组，首次成功在研究实验室内完成了纯净无污染的永磁交流电动机旋转磁场调制波形技术的实现。80年代后期，系统变频控制及变频调速的装置、设备以及产品已经能够达到一定规模的制造，同时具有了商业价值。1992年，德国西门子公司正式投入研发首批SE70系列能够在工业上通用的控制变频器。1994年，该系列工业变频器产品中的各主要电机配套变频器产品的容量范围很快就被升级并扩充提高超过了500多兆kw功率。1995年，瑞士ABB公司的直接交流控制及转矩矢量直流控制等系列的新型通用直线交流调速变频器已经作为核心技术大范围开发。由以上发展历史可以充分看出，近两半个多世纪时期以来，国外市场尤其是西方发达国家，交流数字变频与调速控制技术领域在快速综合借鉴各方新技术取得进步水平的同时，取得了空前的飞速发展，形成了众多成熟且稳定发展的商业技术品牌，取得了一系列极佳的国际商业价值和重大社会效益。国外近年来，在数字交流变频和调速控制器技术研究的应用、发展等方面拥有以下特点：市场需求量比较大；新型功率器件应用发展相当迅速；控制理论方法和先进微电子的技术支持。在整个国际上，60%左右的实际可发电量基本上是靠交流牵引和电动机，逐渐将电能的消耗利用替换掉，从而完成任务。因此，如何科学有效地利用新型交流电机原理及其无级调速等技术，积极对传统电机和机械运行方式改造或提升以实现大幅度高效节能、循环使用大量电能，受到全球的专业人士以及领导人的高度重视。我国最早是始于上一个世纪1954年。这个时期，我国第一个大型国有工业电气传动公司获批建设，后更名为天津电气传动设计研究所。近200家不同大小规模的公司、工厂、研究所，专门研究成套变频交流直线调速装置及其成套系统。随着新中国新一轮改革的大发展开放新浪潮来临，促进了中国工业经济与现代化步伐的进一步高速化发展。我国开始采用从西方世界发达国家中大量的进口产品来构成新型国产交流变频与直流调速及其控制系统设备，采取内外机的结合。首先在采用国产的成套大型变频调速及其装置系统体系中大量地采用从外国大量进□产品，然后又通过用户自己设计独立开发成套系统并应用国外成套系统软件自行编程完成的一种方式方法，有效地完成了国内外重大工程科研与工程项目并提供了解决一些复杂大型电气传动控制系统设计中问题的有效办法，适应满足了目前社会大生产现代化的迫切需要。(1)变频器核心部件创新研制以及批量生产和商业化都较为落后；截至今日国产变频器产品仍然不能达到优质、可靠、广泛推广的标准。(2)国产整体发展上，超大功率变频器的研究制造前行依旧十分艰难，工业领域上应用成熟的案例较为稀少，国外的产品依旧支配着我国大部分市场。(3)目前变频自动调速装置设备研制及其配套系统研究产业基础及整体行业水平均不高，不能有效满足现代国家工业变频控制产业领域广阔的应用发展与需求。在市政供水、炼钢、煤矿瓦斯通风系统等智能化控制精度要求已经相对过于粗放苛刻的复杂工业流程控制的领域，尚有相当少量的国产变频调速的产品和使用的情况，但是目前在化工造纸、精密数控机床、烟草流水线系统等过程精细化流程自动过程控制领域被国外企业的变频器产品限制。我国与变频调速技术相关的产业发展受限十分严重，此部分产业已处于低谷，基本都是整合、借用外国品牌产品。(4)目前国产变频直流调速控制设备品牌产品美誉度均低于大部分国外名牌设备，而且性价比存在相当大技术差距。故当前在整个国内石油石化、电力通信军工等国家重点、关键耗能行业设备及其主要核心工艺部位，大量企业选择应用国产大功率变频电源设备系统的工程案例中还比较稀少。1.3变频恒压供水系统的国内外研究现状变频恒压供水系统是随着我国工业在经过了变频控制技术及电机调速控制新技术两个日新月异的重大技术变革发展历史阶段之后，得以逐渐成长完善起来发展形成出来的。初步时期，国产的变频器大量使用国外技术，极大限制了变频器件的主体功能。最大程度上限定频率变比控制、升降速变比控制、正反转比例控制、启停速度控制等功能，还有后续的过载短路保护和控制功能。满足用户供水量需求从而在各种工作状态转换时，为持续恒压供水，必须单独配置提供了一套压力控制器装置和另一组压力传感器，对系统给水压力实时进行远程的闭环自动监测控制。基本技术参数从目前所能查阅得到的国外的一些有关资料或了解国内外的一些有关开发情况等介绍材料来看，国外许多已有成熟的大型变频器的恒压供水工程系统方案在进行最初的设计或开发时，通常也都只选择了采用传统的使用一台中小型变频器来拖动或者只根据需要带驱动着某一台小型的水泵机组进行使用等方式，几乎都从没有实际发生或用到过某一台小型的变频器，甚至可以同时拖动着多台的微型变频水泵机组进行连续稳定运行多年以上的开发使用情况。因而造成的投资成本高。随着中国现代水利变频与自动化控制系统技术及其应用方面的日益高速地发展和在变频恒压供水系统及其运行设备的运行高电压稳定性、可靠性能高以及远程控制及自动化运行可靠稳定程度高等方面变频器具有无可比拟的各种显著的优点。通过变频器可显著的增强节水及节能的应用效果开始逐步被中国社会发现了解和得到普遍地认可。国内目前还在积极参与国内外各种变频交流调速及恒压供水控制系统方面的试验研究或设计过程，对于一个既能保证灵活又适应了各个用户不同供水工况环境的给水场合，结合了现代工业计算机智能控制设备的总线技术、网络远程控制设备和工业计算机通讯技术，同时还要注意兼顾到给水系统自身内部设备的外部环境，电磁兼容性条件下(EMC) 可靠性问题的变频恒压供水系统技术中涉及的变频恒定水压控制系统的闭环水压调节及控制的技术方面研究还进展得比较不够。我国正处于深化研究、深入分析过程，使产品能有效满足各类生产、技术管理实践的特殊需要。可编程序控制器装置，简称为可编程PLC,是一种基于新型面向现代工业领域的计算机自动编程和控制的装置，自动编程与控制包括装置技术和计算机工业通信技术等，依托着现代信息电子科技进步要求而得到快速地发展并成长完善起来的一种具有现代功能的标准装置，已经成为当今世界大多数工业自动化发达国家工业生产中自动编程及控制装置领域采用的几种主流自动化标准及设备装置类型之一。系列PLC由于具有高系统可靠性、抗干扰性能极佳、组合结构比较合理灵活、编程操作相对简单易懂、维修及管理较方便快捷可靠和输出效率及应用成本较为适宜经济等诸多特点，使得与现有工业控制系统其它各类自动化智能控制器系统产品比较之下，显得更加完善。能够进一步适合中国目前自动化工业计算机自动化控制行业工作环境迅速变化发展和产品应用的市场类型多样化带来的诸多客观变化要求。随着机械电子技术研究和应用计算机技术水平的高速发展，PLC数控系统的使用功能已经得到了大大的扩展增强，具有着以下这些特点：(1)可靠性很高。PLC产品的极高运行可靠性是得益于它软、硬件结构上采用一系列特殊的抗干扰防护措施和基于它的特殊结构的周期循环扫描的工作方式。(2)拥有灵活可靠的专用I/O接□模块。PLC应用系统需要针对连接各个系统不同单元设备中的来自各种典型工业场合的应用现场各种输入与输出控制信号。用来进一步的提高计算机操作系统性能，它本身也应该还有多种用于组成人机信息交互对话系统中的各种接□模块来组成的。(3)采用完全模块化控制系统的硬件结构。为了可更好适应我国当今企业各种大型现代化自动工业的生产与控制等技术需要，绝大多数的小型工业PLC电控设备基本都是采用的全模块化硬件系统结构。系统模块化组合中的整体规模的设计原则和系统部分功能模块可以分别地根据其各种特殊用户功能的特定使用环境及需要程度，来自行加以调整组合。(4)编程简单易学。PLC软件的逻辑编程方式大多会采用一些类似于继电器的控制逻辑线路的梯形图路形式，很容易就被广大一般专业工程技术人员们所认识理解学习和可编程控制器(PLC)使用的基本软、硬件系统配置与传统计算机相极为接近类似，只不过由于它本身比其它通用计算上位机通用性更强，能够与多种工业过程系统相交互连接应用的总线接□系统和具有更简便直接操作性，能够适应于多种控制方式要求程序设计的编程语言。PLC硬件组成主要有中央高级处理功能单元微处理器(CPU)芯片、存贮器、输入信号/数字输出转换单元以及可编程器、电源模块和智能数字输入单元/模拟输出控制单元模块等元件构成。PLC应用的控制软件大致可大致分为控制系统软件程序和系统用户程序软件两个大(1)系统软件：一个标准的嵌入式系统内部容纳有一定质量和数量相同的可编程控制单元模块插件，包含了一定数量的主机模块插件和一部分I/O模块插件单元，通常情况下称为嵌入式标准可编程逻辑控制单元。其最主要的监控功能可表现为：对PLC控制器软件及自身生产过程中的过程管理监控和运行过程管理监督；循环解释和运行用户程序等；集中进行对输入信号控制执行信号数据的自动扫描与检测和实现对控制输出执行信号和控制输出数据的实时自动跟踪。当任何一个执行用户程序单元成功地被装进了PLC控制器系统内的存储器，也就意味着立即就可以实现自动分离。考虑到嵌入式工业PLC控制系统软件的内部拓扑与结构系统复杂的较高设计复杂性，系统软件内部都应有较高级、专业的设计及技术人员能够独立的进行系统软件开发设计。实际用户一般不应允许硬件设计师直接参加到设计过程中的内部的拓扑操作。(2)用户程序：这是一般用户对于应用型PLC仪表进行自动化控制工作所通常需要预先编制出来的程序。目前，在现代PLC控制中也普遍开始使用继电器梯形图式编程控制方法。它的形成过程基于梯形图程序，经过进一步优化改进、技术演变而形成。突出表现了继电器各编程控制原件之间紧密的逻辑关系。与传统硬件接线上的梯形图逻辑不同，PLC中梯形图逻辑主要是可以由编程软件直接实现出来的。因此其既能够形象而直观的便于用户编写，又具有易于用户扩展设计和编辑修改等功能。本文通过广泛深入现有大中型高压工业供水系统生产运营系统设计的调研、观察和相关技术需求分析，依据生产实际运行中用户要求和客户对其整个工程供水过程运行，主要系统技术需求的基本设计与要求，确定合理的方案，选择确保采用安全可靠性要求比较高、使用维护安装方法简单、维护及保养简单方便、编程灵活的工控设备变频器系列设备和微型工业电脑及PLC控制器系列作为高压供水的主要供水过程自动化控制设备主要设备系列设备，来设计开发自动调速变频及智能恒压供水系统。此系统保证整个系统长期持续运行的高效、优质、可靠、安全和高效节能。具体的工作而言，论文内容至少可分为以下四部分内容：(1)论文详细对相关课题研究成果进行综合分析、研究和调查，在研究评价的论证基础上，提出形成了完整系统的选题设计工作方案设想和工作思路，确定相关论文选题主要研究的方向、研究工作内容范围和基本研究的方法思路；(2)分析阐述了变频恒压供水系统的节能设计的主要原理，给出了变频恒压供水技术的相关理论模型推导及数值近似方法的基本数学模型等；确定了变频恒压供水系统运行的总体控制措施方案；在最后重点分析介绍了在实现变频恒压供水工程中，水泵三相切换工作的运行条件。(3)主要内容是对泵站自动供水变频技术、自动调速水泵和泵站恒压供水控制系统配套设备技术的系统开发，及其设计应用技术开展了全面深入且详细和透彻系统的系统案例技术分析及论证设计和技术实例验证研究。从实际工程和实际设备的现场使用以及需求情况出发入手，设计并初步确定一个比较全面合适我们自己应用的变频水泵设备及其选型使用策略方案。研究了PLC控制系统程序优化的最基本的程序逻辑设计与优化的方法步骤及程序逻辑设计执行过程优化方法特点，并希望可以在上述的特性分析为基础框架上，进一步具体探讨提出了供水自动化设备系统控制与程序逻辑设计转换的相关技术功能模块框架设计和相关软件设计实现的方案等等；另外文章中最后的部分内容还重点提出解决了如何进一步保障该系统可靠性问题的一些对策措施。(4)通过远程计算机控制系统和智能PLC设备的互联通信，实现城市供水调度系统对运行过程状态数据的智能实时远程在线监控，是研究本课题内容的最后一个显著特色创新之所在。提出了城市供水自动化系统及监控自动化软件系统设计方案。2系统理论分析及确定方案2.1变频恒压供水理论分析阀门开度恒定值是供水用泵系统的一种工作状态特性H=f(Qn),水泵机组必须运行在某一个给定或一个相对固定值的额定转速状态条件之下，扬程H与流量Q间关系，如图2.1。在阀门的开度值和供水泵机组转速值均已趋于某个恒定的数值时，流量变化的空间大小往往就取决于整个机组用水量变化的平均时间有多少。因此，扬程特性反映H与Q之间关系。管阻曲线特性主要反映水泵在运行情况下，克服水位差而产生造成管内液体流动的压力势变差、管道系统及其管网部件对管中液体流动阻力的改变而影响的特性规律。根据管阻特性曲线，使阀门□处开度不变，扬程H数值越大，流量Q也就越大。扬程曲线和管阻曲线相交处为供水系统的工作点(A点),此工作点用户用水量Qu和系统供应流水量QG相等，系统运行状态保持稳定。H=f(Q₆)HAH=f(Qn)H(m)图2.1供水系统特性曲线供水系统的自动调速变频控制实质就是利用交流变频异步制电动机控制的自动变频调速。基本参数主要就是通过改变施加在三相电机的定子绕组线圈上的额定电源频率信号来达到改变交流电动机转子的电磁同步绕组转速，最终能够实现动态调整单相电动机交流异步电机的转差率定义为：交流异步电动机同步转速定义为：交流异步电动机转速计算公式为：n₁:电动机空载转速；n:电动机转子转速；f:电动机电源频率；p:电动机磁极对数。电动机的结构决定磁极对数p,转子转速n与电源频率成正比，从而使水泵转速增加。水泵控制阀法通常是进出□式水泵阀门的开度大小的调节控制和对水泵原动机转速调节的控制。前者是直接通过一个变频器来控制泵的出口转速和泵阀门入口位置的气门扇开度的大小，电动机转子之间的空气转速则始终为恒定，采用这种变频器控制的水泵方式实质也是通过改变与供水输送设备管路阻力之间相对的空气阻力值变化，来自动实现及调整给泵流量。根据给供水介质用量急剧变化导致的流体压力突然变化，决定了水泵电动机相应的瞬时工作转速，从而才保证了给用户供水时水泵的输入介质压力能长期保持相对基本的恒定，用水量急速减少时，电动机急剧减速，使水泵输出的静水动能急剧地减小。反之，电动机加速。根据客户具体的用水需求及时调整出水机的水力动能，减小消耗在管网上的阻力。由以上图2.2可知，当使用出口阀门控制时，若供水量处于高峰工作负荷，即工作在图上的X点，对应流量为Q₁,扬程为H₀,当供水量从Q₁减小到Q₂时，将出口阀门关小，则增大了阀门的阻力，管阻曲线从β₃上升到β1,而扬程特性曲线不发生变化。当扬程则从H₀移动到H₁时，水泵机组运行点从X点变为Y点，图形(0,Q₂,Y,H₁)所形成的矩形部分表示电动机输出功率，其数值为：当泵机组中通过变频调速器来实现控制水泵总供水量时，管阻特性曲线为β₂,扬程特性为线n,机泵组工作点变为J点。此时图形(0,Q₂,J,H₀)所围成的矩形面积表示输出功率，其数值为：当通过调速控制供水流量时，节省能量为(H₀,J,Y,H₁)所围成的矩形面积，其数值为：因此调速前后之间扬程H、功率P、转速N之间关系为：输入的电机功率大小成正比，转速平方与发电机输出直流电的相对流量平方成正比，转速的绝对值平方又与最大扬程数成正比。2.1.2变频恒压控制模型在此系统运作时，需长时间保持系统供水能力的稳定性，因此保证供水总压力是连续压力低于设定值，控制系统得到正压级差，提高水泵变频器的输出电流频率，提高了水泵机组定子的电机转速从而进一步提高系统了的供水压力。相反的，使供水机组转速显远传压力表图2.3变频恒压控制流程图整个系统运行必须经过如下两个完全不同的机械工作的过程：1、电动机启动开始到达到设定的供水压力值是一个滞后的过程；2、整个供水过程，设备压力达到稳压的供水效果是一个惯性过程。用水量分析监控过程及供水安全控制的整个过程，基本上都是等为2.2变频恒压供水系统控制方案此套变频恒压自动化供水系统的设备组成主要由配套专用PLC、供水管网压力表、压力变送器、液位传感器、开关与控制阀门、变频器、PID调速、变频恒压及水泵自动控制系统保护功能单元、水泵机组电动机调速控制部分等模块组成。可自动实现功能模块的开发设计及任务设计分别是：以可编程的PLC控制器单元模块作为系统功能核心，使用恒压控制单元模块使多台工频电动机实现自动定时，相互切换控投设或备用，还能够根据供水压力及客户具体实际用水压力情况变化，做出实时合理地、有序地、自动地定时投入设备或切除设备，尽量的保证整个系统内供水压力和负荷压力的相互恒定，并实现自动地将实际运行或使用的情况、故障信息报告等及时地传输到计算机后台服务器及设备控制室内，使系统拥有监视、远程操控功能。具体的控制方案如下：核心控制单元是由交流变频器、PLC控制器、压力传感器单元组成。变频辅助电动机的PID自动调节及控制可以由单片机变频器内置模块程序实现。基本参数在系统硬件配置选择功能上，采用了PLC控制系统的多种标准硬件的设置方法及系统外部电路的接线，能够通过设定系统存储器单元中存储器的控制程序、IO端□的设定方式以及软接触点定义达到自动控制目的，实现三相工频电动机系统的有序互投和备用切换以及直流变频电动机控制系统的自动有序投切。基本设计供水依据：此系统供水的能力要求必须保持在设计供水量规定的容量最低限度前提下，并考虑大、中流量供水情况下的经济性。根据我国一般家庭用户用水量较大的历史时段特点，用户实际用水需求类型可初步划分为间歇型家庭用户、连续型家庭用量变化型、低流量变化型、全流量变化型等多种类型”。具体流量与时间关系如图2.4所示。24681012141618202224T(时)24681012141618202224T(时)a)连续型(全流量变化型)b)连续型(高流量变化型)B)连续型(低流量变化型)d)间歇型由上图的用户特性分类可以看出，用水量呈现出集中、分时段特点。为满足高峰期用水需求并保证最低限度供水量，根据供水量的变化，调整投入的水泵数量。整个的供水系统由：执行调节机构、控制调节机构、信号与检测控制机构共同组成：(1)供水执行的机构：执行机构通常是由至少一组的水泵装置构成，直接将管网水源通过变频水泵控制系统供入主管网，其控制系统内部包括一组大型变频泵机组和一台其他的小型泵机组，变频泵是通过变频调速器进行控制或对水泵频率自动进行频率调节,主要就是通过手动改变交流电动机转速来达到控制泵频率，保证管网供水或管网给水的恒定，水压在一个恒定的状态条件下。(2)控制单元机构：控制机构组成是建立在自动化系统功能的组织基础之上，主要包括PLC控制器、变频器单元和辅助电控设备系统三个基础部分。PLC控制器是构建此智能化系统的关键核心部分。它一般会定时收集系统管路中产生的最大供水量、水位、水压值等测量信号，并结合分析整个电控系统中采集得到的有关数据信息。对所有收集检测到的有关数据信息进行相应算法的计算。最终获得准确的智能控制调整方案。变频调速装置主要实现控制转速来调节频率，根据跟踪的信号实施调频。(3)水压信号检测处理机构：此处理机构需要对供水系统管道中发生的各类水压信号、水位信号和故障报警信号进行综合检测。水压信号发生器是压力检测系列装置中采用的一项主要的装置，检测各用户在供水管网中的最大水压值，方便实时控制。在将模拟水信号传送进入PLC信号输入控制端□时，对信号电平进行一个A/D电平转换。同时系统需检测出水压差的正常上限值和正常下限，增强整个系统的工作可靠性能力和设备稳定性等；水位信号输出是一种通过传感器检测到水位高低并反馈过来的保护信号，以进一步保证供水系统运行的稳定，防止水压空抽和损坏二次水泵；报警保护信号则是用于保证供水设备系统电路的连续正常工作运行，当水泵电机突然出现电压过载、变频器信号存在严重异常时，报警信号输入控制水量变化以及对系统的保护。控制流程如下：(1)将系统通电，启动信号传输给控制机构，控制机构启动水泵M₁,M₁与M₂互投备(2)如果水泵M₁发生故障或无法正常运行，控制机构将发出指令，关闭M₁阀门同时打开M₂以恢复正常工作状态。当用水需求量提升，导致水压不足，将信号回馈给传感器与实际水压进行对比，启动M₃调节变频调速器。当供稳定。在调节过程中，通过对反馈信号的控制计算形成正向增益并进行闭环调节使电动机转速达到恒定，当供水量上升后，正向增益减小从而达到稳定状态。反之减少负向增(3)当用水需求量进一步增大时，M₃频率达到50Hz,但水压还未达到稳定值时，系,还未能达到正常水压，则M₄在工频下工作，同时发出报警信号。(4)当用水需求量逐渐降低、供水水压上升时，按照“先投运电动机先停止”的设计原则，先将M₃变换成变频下工作，到达下线频率时，若还不满足要求，在对M₄进行状态转换，从而使供水水压恢复正常。本系统中M₁和M₂状态切换控制条件设定为：无论系统所需的供水系统压力大小，M₁和M₂在系统中必须要保证只有一台水泵在连续运行模式之中，M₁运行工作状态时，M₂处于备用状态。若因某些因素M₁无法正常工作，则M₂自动启动投入使用，为管网进行供水。若有电动机工作在工频下，供水压力不满足要求，且频率无法一直上升，因此设有上限和下限频率。一般情况下，下限频率不低于0Hz。在实践中，正常运行的最低下限一般设置为20Hz。判定条件如下所示：f=fupPs>Pf(2-9)f=flowPs<Pf(2-10)fup:上限频率；f1ow:下限频率;Ps:设定压力；P:反馈供水压力在设定压力周围上下浮动时，变频机组也会不断地在投入、切除状态之间来回转换，增加了投切次数，对设备的的损害较大，影响设备的正常使用。当降低在设因此，在实际中会在控制器上设定一个回滞延时环节，来改善上述现象。即在电动机启动、停止的时候，会延迟一段时间，以保证剔除投切的暂时性，防止反复投切对设备造成损坏，影响使用寿命。回滞延时环节如图2.5图2.5回滞延时环节在满足压力和频率的条件下，需维持一段时间，从而减少设备投切次数，能够有效3变频恒压供水系统硬件设计3.1系统框图故障/状态量输入报警/控制量输出故障/状态量输入报警/控制量输出压力/水位传感器|工频电机投切变频机泵机组电机软启动由以上框图可以看出，本系统所需硬件主要包括：(1)水泵机组、变频器(2)PLC及附属模块(3)压力传感器及数显表本控制系统的核心为可编程控制器(PLC),接收压力传感器中的反馈信号，将其变换成为4~20mA的电信号反馈给控制模块，控制水泵的投切，实现恒压供水功能。再由通信模块进行监视与远程操控。3.2系统主要设备选型3.2.1水泵机组选型水泵机组选型需要遵循的基本原则：(1)具有平稳运行的能力；(2)为获得最好的节能效果，需要长期运行在高效区域内，同时所选机型要与用水量及其供水量相对变化幅度匹配。(3)为寻求较高性价比，所选水泵需有适合的尺寸、结构、价格、维护成本以及较好的质量。下面简要说明水泵选型的基本数据(工艺参数):水泵机组可以有多台水泵轮流进行自动供水，供水额定流量范围在280到1000m³/h,安全系数裕度可为供水正常最大流量时的1.05倍到1.1倍；扬程最大为每分钟45m,扬程余量应设置为一般设计数值的约1.05倍到1.1倍，进口压力设置为0.5Mpa、出口压力设置为1.2Mpa;具有良好的报警敏感系数以及较高的性价比，实现经济性。水泵具体参数见下表3.1所示。型号m效率%电机功率汽蚀余量m进出4SLF型低噪音离心式水泵采用不锈钢外壳与轴承，叶轮和导叶使用铸造件，为提高效率，使用静电喷塑，最少可提高5%。此种SLF型水泵，整体机构密封，能够有效减少噪音，减小磨损程度，使用时间更长并有良好的泄压保护装置。内部轴承应用柔性技术，更加耐磨、减小噪音，整体上低进低出，在设计上更加前卫，性能稳定可靠，其性能曲线如图3.2所示。图3.2SLF型水泵性能曲线多级容积离心泵电动机的工作原理简述为：电动机轴的往复转动带动多级叶轮，液体始终存在于两级叶轮泵腔内，通过多级转动电机产生多级离心力，液体被旋转甩向二级叶轮泵外围，液体受到泵更大容积的径向压力和叶轮速度。通过外壳的引流槽，将水供送到下一个叶轮。循环往复不断的增加水柱的流速同时又升高了液体中的压力，最后3.2.2变频器选型对系统变频器进行选型时，需要确定变频器的容量。一台变频器在正常运行下，容量(kVA)满足以下公式：上式中：PM为负载要求的输出功率；η为电动机效率(通常取0.85);UM为电动机电压；cosφ为电动机功率因数(通常为0.8以上);Im为工频电源时的电流；k为电流波形修正系数；Pcn为变频器额定容量；Icn为变频器额定电流；变频器的使用主要有三个方面的作用：在水泵系统中，需要确保大功率电动机参数的正确水平，存在一定范围的有效功率余量。水泵调节负载的传统的调整工作方式是手动改变电机入口挡板、出口阀门等开度，这种调速方法通常是将其大量谐波能量全部浪费在电机调速变频设备功能上。当变频器采用变频电动机调速变频水泵调速变频设备时，可通过工况实时的动态变化，来调整控制电动机转速、输出水泵功率，最终将能够完全起作用到变频节能和调速效率的目的。(2)功率因数补偿对变频器系统的负荷进行瞬时、自动的无级调速功能转换设计，首先会想到通过增加电动机系统内部的励磁电容来达到对整个变频器系统的负载电流进行瞬时无功补偿、自动谐波补偿，无功系统的电流损耗也就被大大地减小，减少了大量的电能浪费，自然地增加无功补偿量，更加方便。电动机高频的直接工作和工频软启动时，往往会同时振动金属阀门、电网设施以及对现场周围各种管线设备，造成了相对较大范围地直接冲击，因此现场若能够采用大功率变频电动机的低频软启动，可以方便进行远距离控制，能够大大的减小低频振动电流对周遭各种系统信号的直接冲击损坏、间接冲击干扰，大大的地延长各种管线设备寿命及现场管网阀门的使用寿命。根据上述分析，选用东芝VFPS1-4900PL。主要参数如下表3.2:表3.2变频器主要参数额定容量：冷却方式：额定电流：使用环境温度：额定电压：三相外壳尺寸：启动时间：重量：65千克启动方式：软启动启动转矩：50%以上过载容量：150%额定输出电流适配电机容量：保护功能：过电流、过电压、过负载、接地等。变频器常见故障原因及对策见下表3.3表3.3变频器常见故障原因及对策内容启动时母线过电流启动时负载过电流电源侧欠电压直流主回路欠电压1、检查负载；2、减少负荷的变动情况电源电压低1、电源电压低；2、检查主回路溶断负载太大检查电机水泵有无异常过热负载侧接地紧急停止频率设定异常主体RAM异常主体ROM异常过载报警检查风扇是否工作非正常方式停止，电机复位后可再启动重新设定厂家处理厂家处理检查电机水栗有无异常可编程序控制器(PLC)是系统极其重要的核心之处。它将自动智能控制电子技术、计算机技术以及移动通信技术三者结合，形成自动化和专业的控制装置，可以说是现阶段自动控制标准设备之一。它的系统选型是重中之重，需要配合实际输入及输出函数、所用控制设备基础特性等，综合比较分析各PLC单元的存储器容量类型和工作特性，根据设备工作的主要特点、应用系统的细节要求以及控制系统的操作细则，选择性能、价格比相对较高、可靠的PLC模块和相关配套的控制系统。现阶段，随着微电子的发展，PLC已经得到大幅度的提升，具有以下特点：(1)编程软件操作简单、容易学习，对使用者而言，梯形图语言与控制线路及其相似，有利于使用者的理解与学习，不需要学习某一个专业的计算机语言，容易于被一些基础的技术人员所学习使用。(2)可靠性比较高，PLC采用的一系列计算机软硬件设备具有较强的、有效的干扰抑制能力和特别的工作方式，使该PLC电路具有相对可靠的电气特性。(3)部件模块化。市场大部分国产PLC控制系统均可以采用模块化，将控制器各主要模块紧密连接起来，有利于整体系统功能的快速实现，可以根据用户设备的应用需求而进行一系列较为复杂灵活调整，使系统更具有灵活性与轻便性。通过综合分析考虑，最终选择西门子S7-200系列PLC和相应的控制系统。CPU中央处理器：采用CPU224,DC直流/直流AC继电器输出型，该系列处理器产品同时集成了多达14个数字量继电器的输入接□和多达10个数字量继电器的输出，可同时扩展多达7个模块接□。并且还具备良好性能的串口通讯保护协议功能，具有PPI串行通讯保护协议、MPI串□通讯保护协议等通讯保护方式。内部控制系统还设有自助整定PID功能、诊断LED,数据记录功能和自动配方功能。水箱水位的检测采用了液位开关，水箱低于规定最低水位时，发出水位突然过低的事故报警的信息。水泵系统过载保护信号通过与系统各个电机绕组相连的热继电器执行保护信号动作，系统即进行保护响应。启动相应的保护报警应急处理程序，当问题解决，报警信号消失。压力变送器设计之初的作用为：将可检测的压力的实际变化参数转换输出为电信号输出。通过检测元件的功能，将参数信息通过相应电路转换后，输出成为一个稳定的电学压力参数(一般为的直流电流信号)。然后信号反馈给系统相应调节器、记录设备等处压力变送器的基本工作原理：检测液体正反两种方向不同压力，液体通过压力传感器元件分别进入高、低压两个液体试压室，压敏传感器元件电极两侧各有一个液体隔膜，其侧电极上的液体绝缘片和电极之间形成了一个电容器，如果液体隔膜两侧的液体压力方向不同，存在着液体压差，则这两个液体压敏感反应元件电极板上的两个隔膜之间会因此产生了一段距离，这段距离相当于压力差，再经一系列其他环节后，输出电流、电压信号，电压、电流信号正比于压力差。此设计系统选用常规压力表Y-100和3051T系列压力变送器，用其传输4-20Ma电流，完成对压力的检测、显示与输送。根据系统的供水要求，压力变送器能够测量的压力范围是0.5Mpa~1.2Mpa,能够输出4~20Ma的电流信号，它内部测量盒的隔膜上，充满了硅油，采用不锈钢的外壳设计，已经通过双重联合认证。3.3系统电路设计恒压变频供水控制系统系统的电路部分由主电路、控制电路两部分组成。控制系统主电路组成主要包含：供水量控制系统、电力元件、变频调压励磁机构、水泵机组系统等。控制电路模块主要包含：压力传感器、人机界面后台以及实时视频监控及管理系统等这三块部分。对于供电部分，需要考虑以下因素：(1)输入电源的电压满足在一定的范围之内；(2)输入交流电间断时，需要保护控制器程序和数据不被破坏；(3)外部设备的电源电力中断时，不可以影响对控制器的电力供应；(4)考虑备用电源维持系统稳定以及一定的抗干扰措施；系统的变频器输入、输出信号均有两种；输入信号：1、控制信号；2、输入电源信号输出信号：1、提供给PLC的输出过压脉冲信号、欠压脉冲信号以及来自变频器控制系统的输出故障信号等三种；2、提供给水泵的变频器直接输出电源信号。系统变频调速控制方式如图3.3主控机器电机水泵主控机器压力传感器变频器闭环控制系统图3.3系统控制方式QF2、QF3、QF4、QF5为主回路进线断路器。FR1为电动机的工频保护器，电动机在变频运行中，其内部通常装有电动机热容过载保护。在进行第一次电动机的接线调试时，确定好水泵轴的顺时针旋转方向是十分之重要的。在一些实际项目的调试应用开发过程中，电动机第一次启动工作之前请务必要确定转向。系统主电路图如下3.4所示。3.3.2系统控制电路设计电器回路的自动闭合、分离断开等一系列动作，来改变电动机的运行状态。PLC系统就PLC的控制线路图如下图3.5所示LC一161N9电源指示手动指示上#1泵自动#1泵手动#2泵自动#2泵手动#3泵自动#3泵手动#4泵自动#4泵手动#1泵故障#2泵故障#3泵故障6N图3.5PLC的控制线路图同一台电动机决不可以同时接到工频电源和变频输出上，在输出电路控制，主菜电动机的工频变频运行接触器有互锁设计。在电动机控制回路分析中，应用输出口中间继电器的辅助触点，作为电动机运行指示灯的一个控制输出触点，能够提供控制输出端□触点的接点数量，实际分析反应速度快，能够及时反映判断出电动机当前的最佳运行状自动位置时，由PLC及其组件自动控制水泵机组的开停。电动机电源的通断由KA₁~KA₆系统指示灯示意图如下图3.6所示#1泵运行#2泵运行#3泵运行#4泵运行3.4可编程控制器的I/O分配系统结构采用西门子S7-200系列的PLC,它是由CPU、存储器、输入及输出的端□电路及其控制电源线路等各部分共同组成PLC的输入输出接线图如图3.7压力变送器压力变送器图COMIQ0.4Q0.3Q0.I0.4I0.3含焉S本设计的PLC数字I/O地址分配如下表3.4I0.0泵1运行I0.1泵2运行I0.2泵3运行I0.3泵4运行I0.4泵1故障I0.5泵2故障I0.6泵3故障I0.7泵4故障I1.1自动启动I1.2自动停止AIW0压力M10.0启动1台泵运行M10.1启动2台泵运行M10.2启动3台泵运行M10.3启动4台泵运行M10.4全部停止运行Q0.0泵1运行Q0.1泵2运行Q0.2泵3运行Q0.3泵4运行Q0.4自动运行指示灯4恒压变频供水控制系统软件设计恒压变频供水控制系统的性能要求为：系统具有安全、可靠、稳定、恒压供水能力，互投切换备用工频电动机、有序自动投切变频辅助电动机组合；控制系统能够自动使整套系统连续安全稳定的循环供水；软件系统安全、可靠、有效的正常运行，能够真正保证系统整体的工作稳定性以及质量可靠性。在进行软件优化分析的实践过程中，需注意的问题如下：(1)互投机组的连锁；(2)变频器精准调频且只调整当前水泵；4.1水泵运行状态与转换过程最低安全供水量。表4.1供水状态及其切换情况2#工频运行、3#工频运行、4#变频运行、1#停止2#工频运行、3#工频运行、4#工频运行、1#停止2#工频运行、3#变频运行、4#工频运行、1#停止2#工频运行、3#停止、4#变频运行、1#停止供水运行状态及其切换过程图如下图4.1所示：运行、4#工频运行、2运行、4#变频运行、1止止恒压供水运行状态下的切换方法有两个技术：一个是M₁和M₂两台工频交替供水用的电动机进行互为备用的负荷投切方式；另一个是在供水设备压力参数发生改变之时，两个变频机泵间的频率自动切换。为供水系统的机组水泵切换能够稳定的安全运行，需要满足以下要求：(1)具有可靠稳定的切换动作：在输出过程中，变频器的输出不可以直接连接工频电网，需要通过控制电路作为中间过程与电网相连，确保切换动作的稳定性以及可靠性，能够顺利切换。(2)切换过程中的切换耗时间隔要合理：在实现工频切换和半变频状态自动切换功能的使用过程中，如果转换时间太长，会严重地影响电动机转子的转速，会带来较大冲击。若时间太短，会使系统误认为短路，因此，切换时间的合理设定十分重要。在本方案中，切换时间设定为200ms。(3)要合理处理变频切换过程中的电流冲击：一般情况下，使用续流二极管和定子绕组构成的回路进行快速灭磁，此种方法比较简单有效，通常设置700ms的延时进行灭磁，经过灭磁后才能安全投入工频电网之中。4.2PLC程序设计方案在次系统中，PLC是控制核心，此节中讨论PLC的程序设计方案。PLC控制器是现代自动控制中最常用的设备，从上世纪开始，随着计算机以及集成电路的飞速发展，PLC相关的设备取得了长足的发展，到现阶段，已经逐步趋向成熟，目前的PLC的表达方式有梯形图、指令表以及状态转换图。在本系统的设计中，主要采用梯形图。梯形图语言是一个图形化的编程语言，是现阶段PLC行业的第一主流编程语言。它方便、便于学习，类似于继电保护的二次保护展开图，大部分电气工程师最熟悉与应用最广的编程语言。指令符号则是一个能够完整表示PLC指令功能要求的、使用英文缩写的辅助输入符号。指令需要用户手动输入到内部的储存器，具有接线简单、方便、利于用户现场进行调试维修的一些特点。状态转换图-SFC,与计算机程序框图比较接近，思绪明了、结构简单，比较利于编程，也是一种非常常用的程序描述方法。采用梯形图进行编程需要遵循的主要规则：(1)在梯形图编程语言中，要遵循元件及其触电等逻辑元件按照一定的顺序，即从上至下、从左至右的顺序进行编译。(2)梯形图表是极具形象化描述功能的编程语言，两侧母线之间均保证不能够接另一个电源，即使是在程序实际执行中，各支路线之间也完全不存在任何电流流过。(3)在梯形图中，继电器实际上是位触发器，“1”表示有电流通过，常开触点处于闭合状态、常闭触点处于断开状态；“0”则表示，没有电流流过，常开触点处于断开状态，常闭触点处于闭合状态。(4)在梯形图中，线圈的最左侧必须有一个触点存在，在线圈的最右侧却不能有两个触点同时存在。(5)PLC再识别梯形图的时候，按照先上后下、先左后右的顺序进行识别。在运行梯形图时候，每一时刻只能执行一个操作。在使用梯形图进行编程的时候，需要注意一下的一些问题：(1)一些软继电器的触电在梯形图中可以多次使用，且使用位置可以不同。其触点的数量和容量不受硬件设备的限制。(2)线圈不可以直接与左侧的母线进行连接(3)梯形图在编程及其运行的过程中，要遵循顺序要求，即自上而下、自左到右。当电路存在不符合要求的命令时，则被可以直接运行。(4)在运行、读取梯形图时，一定是从左侧母线开始，而软线圈必须位于最右侧，在线圈的右侧也可以有触电的存在。PLC控制程序的作用：接收外部信号，并识别外部信号的运行状态，然后输出相关的控制信号，使各器件进行动作，同时检测各机泵的运行状态是否正常，并给出相应的控制流程图如下图4.2所示开始远程手动控制模块远程手动控制模块报警闭锁启机报警闭锁启机电动机故障报警闭锁启机NoNoNo启动工频机泵超压或欠压增加变频泵的状态转换增加变频泵的状态转换模块模块(1)初始化模块当整个系统处于自动运行状态之下，工频水泵机组一个处于运行状态，一个处于备用状态。(2)工频机组运行状态切换模块当系统完成初始化之后，工频机组接收信号进行运行，电动机M₁正常运行向系统供水，电动机M₂处于备用状态。(3)增加主水泵机组状态的切换模块当系统检测的供水压力低于下限的时候，则发出启动信号，电动机M₃启动，改变频率，使供水压力增加，经过一段延时脉冲时间后，PLC电路上相应的继电器控制输出部分便会给出自动断电脉冲信号，在继电器完成自动断电灭磁之后，主体水泵机组电源与控制采用变频器进行完全切断。再转为工频频率运行之后，再以最开始的频率进行启动。(1)减少水泵机组状态的切换模块减少水泵机组应满足“先启先停”的原则，需要切除水泵机组时，先从工频电网中切除最先投入的电动机M₃(2)远程控制及其手动通信模块在最开始的初始化模块中对PLC与上机通讯协议进行设置，在PLC执行程序命令时，接收来自上机位的远程控制信号，对系统进行远程操控。(3)故障报警及其闭锁模块PLCPLC控制梯形图程序如下：ou-网络4网络4MUL_REM-ACO-32000.0-IN2MUL_R>R4.4变频器PID控制参数的设定PID是现在最常见的线型控制器，最主要的原理是：控制设定值与实际的数值之间的差值。给定值r(t)和实际值y(t)之间的偏差e(t)关系为：偏差量e(t)经过一定的比例、微积分的精准计算之后，经过线性关系组合控制量u(t)进行控制。系统基本原理如图4.3所示比例比例积分微分驱动控制对象图4.3系统基本原理图PID控制规律如下：式中Kp:比例系数、T₁积分时间常数、Tb:微分时间常数传递函数是：PID控制作用及其规律：(1)只要在比例环节中有偏差信号的产生，就有控制器产生控制信号，从而减小偏差。但是比例环节的存在不能够完全消除偏差，比例系数的增大会减小偏差数值，但是随着比例系数的增大，会使系统极不稳定，因此，要有合适的比例系数既能够减小偏差又能够保证系统的相对稳定性。(2)积分环节则是通过积分过程使系统能够做到无差调整，使系统的实际偏差减小为0。积分时间常数代表着积分效果的相对强弱，若此间常数值大，积分环节效果则越不明显，因此造成积分调节的过量。反之，则会造成系统出现振荡，因此也需要设置一个较为合适的积分环节时间常数。(3)微分环节的作用是对系统偏差的变化率进行调整，当系统偏差的变化率较大时，微分信号引入修正信号，使系统更加稳定。4.4.2恒压供水系统PID的调节过程分析此恒压变频供水控制系统最大的作用表现为：最大供水能力上满足用户基本用水供应需求。当以上两者出现不平衡关系时，即城市供水能力无法同时满足社会用水总量的用水需求，就会存在一定的水压差。检测到管网水压等级的相应变化信息后，可以通过阀门控制二次供水管线的总流量，使用户供水负荷与生活用水负荷需求迅速达到平衡。具体过程如下所示：制器的增量为正值，通过控制频率的增加使供水能力增加，当增加到用户需求量时，停止继续增加，系统达到全新的稳定状态。控制器的增量为负值，频率降低，减小供水量，直到系统达到一个全新的稳定状态。4.4.3PID控制器参数设置代码功能如下表4.2所示功能PID调节器的动作状态；向动作系统反馈输入方式；4.5稳定性分析本套系统结构中采用进□的高精度PLC控制器、变频器模块等电气控制设备元件，均保证较强的系统抗干扰设计能力，具备较高的操作可靠性。对于整个系统而言，应该更为全面的考虑其抗干扰能力。因此可采取的措施具体如下：(1)将PLC、变频器等电控设备单独安装配置在专用机房的空调控制柜体中、拥有较良好、稳定的制冷通风、散热效果。并且还要保证设备与工作区域环境良好、整洁。(2)用于现场和设备之间的控制电缆分开铺设、并有效减少其长度，尽可能地远离具有电磁干扰的设备，确保控制的稳定性。(3)设备的控制电缆和动力电缆要分开铺设，选用时，选择具有良好屏蔽能力的电缆，并拥有可靠绝缘层，能够有效的单端接地。(4)低速运行的电动机，冷却效果有所下降。因此应确保电动机安装处于通风的状态下。要慎重选择具有优良可靠性能特点的继电器、接触器等元件设备。对于整个系统(5)要应用一定的防雷技术，供电网络应具有三级防雷措施，设置继电保护装置以及防浪涌保护器。5恒压变频供水系统设计及仿真PLC是在现场应用的控制设备。而处在集中控制室里的运行人员，若想了解现场的运行情况以及各个设备的运行状态，需要远程监控系统，为实现这一目的，使用上位机对运行情况进行远程监视，在必要时刻，可以远程控制电动机的运行，有效提高系统的监控系统采用上、下两机位，上机位为计算机，负责采取各个设备的运行状况数据，并有实时报警与显示的功能。下机位为西门子S7-200PLC,对数据采集并对设备进行控制、数据传输等功能。恒压供水系统远程监控示意图如下图5.1所示46控制室装置二装置一3图5.1恒压供水系统远程监控示意图各部分功能如下：(1)装置一、装置二：安装在现场的控制箱内，主要作用为对主体设备进行交流量的数据测量、信号采集以及对现场设备的保护。当需要进行操作时，还可以对远程摇杆操作控制。(2)前置机1、前置机2:安装于控制室的总控装置内，他是前端操作站和现场设备的枢纽连接部分，将测量、监控到的数据传输给后台，并显示在屏幕上，并将后台的指令传输回去，进行实际的操作。使用两台前置机是为了在一台出现故障的时候，系统还可以正常完成监控工作，能够不间断的传输后台信号，并进行相应操作。(3)路由器(D-link):路由器是后台机于前置机的连接设备，可以从图中看出，前端有7根网线与之相连。此部分不能间断供电，因此殿宇应与紧急备用电源相连以保证不间断的供电。(4)光纤与网线连接设备：从距离间隔上，现场的控制室与中心控制室相距较远，周围干扰会使信号减弱，可靠性降低，因此设置此设备增强信号强度，减小信号对实际操作的影响。通过光纤连接两控制室，3条光纤共链接6各设备，前三条位于总控制室内，后三条处于现场副控制室内。(5)后台机1、后台机2:主要是用于在控制室内完成监控作用，可以操作电动机以及各个电闸，显示电压、电流等数据。两台后台机互为备用，提高了系统的稳定性以及(6)操作站：可以查看故障报告以及事故录波，对故障以及波形进行分析，对功能保护进行查看，但是不能对系统进行操作。5.2仿真测试与后台设备两台计算机安置于中央控制室内，负责监控、测试现场设备的运行状态以及对现场数据的测量与控制。(1)后台设备简介及其启动后台计算机即是服务器又是客户端，能够保证在故障或者运行出错时，仍然有服务器在运行，使可靠性提高，同时实现操控作用。电脑开机，点击“SCADA服务器”,保证后台能够正常工作，实现相应功能，若想检测服务器的运行状态，点击“WIN”然后遥测栏，查看测量数据，确保服务器的正常(2)操作界面功能①工具栏画面索引：能够显示当前所有画面，若想进入查看相应画面，则双击画面名称。参数设置：用于设置任务名称、遥控权限设置、报警开关、安全运行参数、闭锁条件调试等参数。画面打印：打印所需要的画面。静音：关闭声音。内核：数据库的显示，修改数据，监视数据以及运行状态的修改变化。画面缩放：对画面的放缩。导航：定位到相应功能部分。修改密码：在此处修改密码。系统退出：退出程序/客户端系统。(需要高级用户权限)图形组态：修改画面中的图形组态。配置库编辑：编辑实时的数据库数据、历史数据库数事故追忆：对事故进行追忆。SOE事件保护事件自检信息：存在未确认的自检信息。命令跟踪：运行系统中存在未确认的操作命令。③操作菜单遥控：发出遥控命令，其运行过程分为请求、校验、执行。遥控请求：对需要做出的遥控命令进行再次请求确认。遥调：调节变频器输出频率。仿真组态界面如下：程序F)查看(V)配置C)PLCP)显示皿)帮助0H)▶0A▶图5.3启动PLC海000图5.5泵2运行SIMATIC供水图5.6泵3运行00▶图5.7泵4运行S7-200D图5.8拖动AIO供水图5.9执行减泵3运行程序)查看(V)配置C)PLCP)显示①)帮助H)跖202▶