奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)基于 MCGS 和 PLC 
廣州奧凱環(huán)?？萍加邢薰緦I(yè)制造，變頻供水設(shè)備、無負(fù)壓供水設(shè)備，是碧桂園地產(chǎn)長期的配套商。
奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)摘要：
基于 MCGS 開發(fā)平臺，利用可編程控制器 PLC 和變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一套恒壓供水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)用 PLC 控制變頻子系統(tǒng)，實現(xiàn)水壓恒定控制，用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計了遠(yuǎn)程監(jiān)控程序。MCGS 的應(yīng)用使得開發(fā)更加容易，提高了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。上位機(jī)通過串行口與PLC 通信，實現(xiàn)在上位機(jī)中實時設(shè)定壓力，觀測壓力實際值和水壓系統(tǒng)的各種狀態(tài)。整個系統(tǒng)實際運(yùn)行效果穩(wěn)定，操作方便，能滿足恒壓供水控制的應(yīng)用需要，同時可實現(xiàn)供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程和本地的手自動切換控制。
關(guān)鍵詞：可編程控制器；MCGS；恒壓供水；遠(yuǎn)程監(jiān)控
 　供水系統(tǒng)是國民生產(chǎn)生活中不可缺少的重要一環(huán)，尤其對于現(xiàn)代電子制造產(chǎn)業(yè)而言，穩(wěn)定的水源供應(yīng)更是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的重要組成部分。基于傳統(tǒng)方式的供水控制系統(tǒng)中，水泵的控制多為電力拖動方式，水泵工作在工頻下，水量的調(diào)節(jié)由閥門的開度調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，這樣容易早成“水錘效應(yīng)”和能源的巨大浪費(fèi)。在實際生產(chǎn)過程中，由于用水點(diǎn)數(shù)量的不確定，經(jīng)導(dǎo)致管網(wǎng)水壓不穩(wěn)定，從而使得用水點(diǎn)的出水壓力在用水高峰和低谷的壓力過低或過高，對生產(chǎn)及其設(shè)備造成了很大的影響，嚴(yán)重情況下甚至?xí)斐稍O(shè)備的損壞。采用恒壓供水方式供水可以很好的解決傳統(tǒng)供水方式的諸多弊端，由于變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，PLC 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)控制技術(shù)的成熟及完善，可以很方便的組成恒壓供水系統(tǒng)，這樣不僅可以擴(kuò)大水泵的高效運(yùn)行，提高效率，節(jié)約能源，提高供水服務(wù)質(zhì)量，還可為安全高效生產(chǎn)提供一定的保障。本文主要介紹了基于 MCGS 平臺，采用西門子 S7-200PLC 結(jié)合MM440 型變頻器進(jìn)行控制的恒壓供水控制系統(tǒng)。
1　 奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)的功能及實現(xiàn)
1.1　奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)基本工作原理
本系統(tǒng)以 PLC 為控制核心，通過觸摸屏或者上位機(jī)自由設(shè)定所需壓力，當(dāng)壓力設(shè)定好后，根據(jù)變頻恒壓原理，利用安裝在出水管網(wǎng)上的壓力變送器，對管網(wǎng)水壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號送入 PLC，與設(shè)定壓力進(jìn)行比較和運(yùn)算，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號，送給變頻器，變頻器據(jù)此調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的電源頻率，進(jìn)而調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)速，使供水管網(wǎng)中的壓力保持在設(shè)定壓力上，這樣就構(gòu)成了以設(shè)定壓力為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
1.2　奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)組成及功能
本系統(tǒng)由水泵、PLC、變頻器、壓力傳感器、水泵斷路器、接觸器、中間繼電器等組成。用戶可通過指示操作面板上的指示燈、觸摸顯示屏及按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)來了解和控制系統(tǒng)的運(yùn)行。利用高低水位控制器來控制注水閥，使其自動把水注滿儲水水池，只要水位低于設(shè)定值，則自動往水箱內(nèi)注水。水池的高／低水位信號也接送給 PLC，作為低水位報警用。通過安裝在出水管網(wǎng)上的遠(yuǎn)傳壓傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)化為 4 ～ 20m A 的標(biāo)準(zhǔn)信號送入 PLC，經(jīng) PID 運(yùn)算與給定壓力參數(shù)進(jìn)行比較，得出調(diào)節(jié)參數(shù)，送給變頻器，由變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)系統(tǒng)供水量，使系統(tǒng)的供水管網(wǎng)壓力保持在給定壓力上；當(dāng)用水量超過一臺泵的供水量時，通過 PLC 控制器增加工作泵的數(shù)目。根據(jù)用戶用水量的大小來控制工作泵數(shù)量的增減及變頻器對水泵的調(diào)速，實現(xiàn)恒壓供水。當(dāng)供水負(fù)載變化時，輸入電機(jī)的電壓和頻率也隨之變化。這樣就構(gòu)成了以壓力設(shè)定值為基準(zhǔn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如圖1所示
 
2　PLC 與上位機(jī)的通信連接及程序設(shè)計
　　本系統(tǒng)采用上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)形式，工控機(jī)作為上位機(jī)，西門子 S7-200PLC 作為下位機(jī)。應(yīng)用 MCGS 進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)后，上位機(jī)一方面負(fù)責(zé)對水壓系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，并把各傳感器測得的信號實時采集到工控機(jī)中，進(jìn)行顯示。另一方面通過上位機(jī)可對下位機(jī)的設(shè)定壓力值進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)中下位機(jī)的任務(wù)首先是控制水壓系統(tǒng)提供試驗所需管壓，其次下位機(jī)可接受上位機(jī)來的設(shè)定值，及時調(diào)整管路壓力。
　上位機(jī)軟件采用 MCGS 進(jìn)行開發(fā)。MCGS 是全中文界面的組態(tài)軟件，采用了多線程、COM 組件等新技術(shù)，充分利用了圖形編輯功能，能方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序、靈活的組態(tài)方式和數(shù)據(jù)鏈接功能，用其構(gòu)造監(jiān)控系統(tǒng)能大大縮短開發(fā)時間，并能保證系統(tǒng)的質(zhì)量。設(shè)計中，MCGS 把每一臺下位機(jī)看作是一個外部設(shè)備， MCGS 通過驅(qū)動程序和這些外部設(shè)備交換數(shù)據(jù)，包括采集數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)指令。每一個驅(qū)動程序都是一個 COM 對象，這種方式使通訊程序和 MCGS 構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模。其與下位機(jī)通信原理如圖 2 所示。
 
2.1　MCGS 與 PLC 建立通訊
　　MCGS 支持多種硬件設(shè)備，包括可編程控制器 (PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表和變頻器等等。對于不同的硬件設(shè)施，工程人員只需為其配置相應(yīng)的通信驅(qū)動程序即可。這種方式即保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模。本系統(tǒng)采用串口通訊的方式與西門子 S7-200PLC 建立聯(lián)系。首先在上位機(jī)中安裝西門子 S7-200PLC的通訊協(xié)議，在通用串口設(shè)備中選擇串口 COM1，并進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如地址、波特率、奇偶檢驗、數(shù)據(jù)位、停止位設(shè)定等，注意此設(shè)定值必需與 PLC 內(nèi)部設(shè)定值一致，這樣即可在上位機(jī)和 PLC 之間建立了通訊，由此可見 MCGS 與硬件設(shè)備建立通訊聯(lián)系十分方便。
2.2　奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)變量定義
　　當(dāng)建立了上位機(jī)和 PLC 之間通訊聯(lián)系后，為實現(xiàn)上位機(jī)對水壓系統(tǒng)的監(jiān)控功能，需要設(shè)置變量并進(jìn)行變量到 PLC 的連接。在 MCGS中定義 I/O 變量，與預(yù)先在 PLC 的內(nèi)部輔助繼電器區(qū)定義中間變量相關(guān)聯(lián)，此中間變量與 PLC 的輸入通道繼電器位共同控制 PLC 的輸出通道繼電器位，通過對變量的各個位進(jìn)行置“1”，置“0”操作，即可直接控制 PLC 繼電器通道中的每個位的閉合，進(jìn)而控制水壓系統(tǒng)中的各水泵的動作。MCGS 通過串行口與 PLC 進(jìn)行通信時，訪問 PLC相關(guān)的寄存器地址，以獲得 PLC 所控制設(shè)備的狀態(tài)或修改相關(guān)寄存器的值。
2.3　奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)畫面組態(tài)
　在進(jìn)行完數(shù)據(jù)變量設(shè)置后，便可進(jìn)行畫面組態(tài)，實現(xiàn)最終的上位機(jī)監(jiān)控功能。根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控的實際要求，設(shè)計的軟件實現(xiàn)了下述功能：測試過程動畫顯示，可以直觀看出測試過程中水位的變化和水流的走向；為了形象的表示參數(shù)實時值，使用曲線圖和棒圖來顯示參數(shù)的變化；實時顯示故障報警畫面、查詢歷史報警，并可以設(shè)置報警的極限值；可以進(jìn)行實時曲線監(jiān)測和歷史曲線查詢等。此外，針對不同的操作人員，設(shè)置不同的系統(tǒng)操作權(quán)限及密碼，并給予系統(tǒng)操作幫助等等。用 MCGS 開發(fā)的恒壓供水系統(tǒng)界面如圖 3 所示。
 
2.4　奧凱恒壓供水控制系統(tǒng)直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置
　直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置是對變流后的直流側(cè)電壓、電流、開關(guān)器件及設(shè)備等的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對產(chǎn)生的故障自動報警并記錄，并采取保護(hù)動作，而且將故障信息上報到自動化監(jiān)控系統(tǒng)，由自動化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步對整流變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行控制。直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置的保護(hù)功能主要有以下幾方面：
（1）過流速斷保護(hù)；
（2）過流延時保護(hù)；
（3）熱過載保護(hù)；
（4）線路測試功能；
（5）絕緣監(jiān)測功能；
（6）自動重合閘功能；
3　箱式整流變電站的應(yīng)用　通常，無軌電車行駛沿線每 1、2 座車站就需設(shè)置 1 座箱式整流變電站[2]。根據(jù)無軌電車行駛路線長度及周邊建設(shè)情況、運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合考慮，進(jìn)而規(guī)劃箱式整流變電站的設(shè)置位置及數(shù)量。本文所討論的箱式整流變電站施工周期短，日常維護(hù)簡便。該箱式整流變電站已在青島公交集團(tuán)投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行良好。
4　結(jié)論箱式整流變電站以其工廠化生產(chǎn)、建設(shè)周期短，可靠性高等諸多優(yōu)勢越來越被工程人員所認(rèn)知[3]。箱式整流變電站不僅可用在無軌電車的基礎(chǔ)建設(shè)中，另外還可以為城市軌道交通，諸如輕軌、快軌、地鐵等，提供電能變換供給。箱式整流變電站在城市交通的基礎(chǔ)建設(shè)中的應(yīng)用越來越多，發(fā)揮了重要的作用，其應(yīng)用前景廣闊。
5結(jié)語
工控機(jī)運(yùn)用 MCGS 與 PLC 進(jìn)行通訊，具有實時性好、速度快、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)人機(jī)界面友好而直觀，而且具有一定的靈活性，易于擴(kuò)充。經(jīng)試驗運(yùn)行表明，該水壓系統(tǒng)的壓力控制精度為 0.01MPa，調(diào)節(jié)穩(wěn)定時間不大于 2min，壓力平穩(wěn)，操作簡單，滿足了恒壓供水控制系統(tǒng)的應(yīng)用需要。

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