1．引言
經(jīng)隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生活水平的提高,，加上居住小區(qū)推行一戶一表供水以后,，對(duì)市政管網(wǎng)供水的可靠性（壓力、流量）要求越來(lái)越高,，各種分散或集中加壓設(shè)施也逐漸增多,。在這些加壓設(shè)施中,，采用調(diào)節(jié)水池加上變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）變量供水方式在穩(wěn)定城市管網(wǎng)壓力、節(jié)約能源,、系統(tǒng)監(jiān)視管理方面已顯現(xiàn)出極大的優(yōu)越性,。
2．系統(tǒng)組成情況
2.1 SINAMICS G150變頻器
源于西門子最新傳動(dòng)家族的SINAMICS G150高性能單機(jī)變頻調(diào)速柜適用于所有單電機(jī)傳動(dòng)的應(yīng)用，滿足多種負(fù)載特性的要求,，包括平方轉(zhuǎn)距，線性轉(zhuǎn)距,，恒轉(zhuǎn)距及恒功率負(fù)載類型.,。采用緊湊高品質(zhì)威圖（RITTAL）柜式設(shè)計(jì)，節(jié)省占地面積30%～70%,。柜內(nèi)強(qiáng)電保護(hù),，安靜運(yùn)行（低于67dB）。使用全新主控制板CU320,，智能化設(shè)計(jì),，采用CF軟件存儲(chǔ)卡，提供光纜接口和ProfiBus接口,，功能操作面板AOP30和功能強(qiáng)大的軟件工具 STARTER進(jìn)行選型，調(diào)試，節(jié)能計(jì)算,。SINAMICS G150變頻器配合N-Compact電機(jī)非常適用于使用平方律扭矩特性驅(qū)動(dòng)泵和風(fēng)機(jī)的變頻器操作,。
2.2 可編程序控制器（PLC）
選用西門子S7-300系列通用型PLC。該系列PLC能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合,，使用模塊化結(jié)構(gòu),，各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。使用CPU313C-2DP為核心控制單元,，該模塊帶MPI和ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" 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2.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）系統(tǒng)
使用研華IPC610工控機(jī)，以MS Windows2000為系統(tǒng)平臺(tái),，配置CP5611用于ProfiBus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通信,，SIMATIC NET 軟件配置OPC Server 使用VB6開(kāi)發(fā)系統(tǒng)監(jiān)控軟件，MS SQL Server為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái),。使用 SIMATIC SETP7 軟件進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)和編程調(diào)試,，使用STARTER 軟件進(jìn)行對(duì)SINAMICS G150變頻器的配置調(diào)試,。
其他設(shè)備包括水泵電機(jī)、出口閥門,、壓力傳感器,、液位計(jì)及相關(guān)電氣控制設(shè)備等集成，進(jìn)行變頻調(diào)速全自動(dòng)閉環(huán)控制管理監(jiān)視功能,，其系統(tǒng)組成示意見(jiàn)圖1 ,。

圖1 系統(tǒng)組成

3．系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐
3.1 基本控制原理
由壓力變送器測(cè)量管網(wǎng)壓力和流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)經(jīng)PLD的A/D轉(zhuǎn)換，和設(shè)定值比較,，進(jìn)行PID運(yùn)算,，通過(guò)DP總線控制變頻器頻率，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速而達(dá)到恒壓及節(jié)能原理,。如圖示,。
3.2 通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇與設(shè)計(jì)
PLC的發(fā)展除了功能越來(lái)越多、集成度越來(lái)越高外,，
網(wǎng)絡(luò)功能也越來(lái)越強(qiáng),。選擇好控制器之后，選擇數(shù)據(jù)的傳輸方式——通訊網(wǎng)絡(luò)也是非常重要的,。西門子根據(jù)不同自動(dòng)化水平的要求（工廠級(jí), 單元級(jí), 現(xiàn)場(chǎng)和傳感器/執(zhí)行器級(jí)）,提供了網(wǎng)絡(luò)解決方案,，包括多點(diǎn)接口 （MPI）、Profibus,、工業(yè)以太網(wǎng),、ProfiNet （基于工業(yè)以太網(wǎng)）、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 （PtP）,、執(zhí)行器/傳感器接口（ASI）,。目前網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以大大降低成本,。本系統(tǒng)使用了Profibus-DP的網(wǎng)絡(luò),，Profibus-DP通信速率達(dá)到12Mbps,能夠方便將PC、PLC和變頻器通過(guò)一根RS485屏蔽雙絞線連接在一起實(shí)現(xiàn)通信控制,，降低了布線和維護(hù)的費(fèi)用,。SIMATIC STEP7 提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)診斷工具也給調(diào)試帶來(lái)很大方便。
3.2 變頻參數(shù)設(shè)置
可以通過(guò)多種途徑設(shè)置G150變頻器參數(shù),。使用STARTER軟件能夠方便而直觀的進(jìn)行所有的參數(shù)設(shè)置,。通過(guò)STARTER的向?qū)гO(shè)置G150變頻器站地址，和波特率等參數(shù),，使之連接到DP總線上,，成為S7-300PLC 的一個(gè)從站。配置連接的電機(jī)類型、電流,、功率等參數(shù),，配置變頻器命令源和主參數(shù)設(shè)定源為Profibus方式，選擇速度控制方式（Speed control）,，定義Profibus PZD數(shù)據(jù)格式,，選擇使用水泵風(fēng)機(jī)負(fù)載類型。如圖所示,。

圖2 變頻器設(shè)置向?qū)?/span>

圖3 驅(qū)動(dòng)原理

圖4 斜坡功能發(fā)生器（RFG）

圖5 速度設(shè)定邏輯

3.3 下位機(jī)PLC程序開(kāi)發(fā)
PLC本控制系統(tǒng)的核心元件,。設(shè)備服務(wù)器工控機(jī)（IPC）與S7-300數(shù)據(jù)通訊使用高速PROFIBUS-DP通訊方式變頻器和Profibus總線型西門子變頻器?；谠搶?duì)象進(jìn)行PLC的硬件組態(tài)和軟件組態(tài),，然后通過(guò)SIMATIC STEP7編程實(shí)現(xiàn)PLC控制算法，實(shí)現(xiàn)單元級(jí)控制,。
使用控制字CW（Control Word）控制變頻器的啟停及運(yùn)行方式,，故障確認(rèn)等,。
監(jiān)視狀態(tài)字SW（Status Word）實(shí)時(shí)反饋?zhàn)冾l器的運(yùn)行狀態(tài),。

圖6 SETP7 中設(shè)置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖7 STEP7里進(jìn)行硬件配置

圖8 SETP7 DP通信程序

3.4 上位機(jī)監(jiān)控程序開(kāi)發(fā)
3.4.1 OPC Server通信服務(wù)器
PLC與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交互采用了先進(jìn)的OPC接口實(shí)現(xiàn)。OPC（OLE for Process Control）是以O(shè)LE/COM/DCOM 機(jī)制作為應(yīng)用程序級(jí)的通信標(biāo)準(zhǔn),。OPC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)包括兩個(gè)組成部分,，即OPC Server和OPC Client。OPC Client通過(guò)OPC標(biāo)準(zhǔn)接口與OPC Server通信,，獲取OPC Server的各種信息,。只要符合OPC標(biāo)準(zhǔn)的所有客戶應(yīng)用程序都可以訪問(wèn)來(lái)自任何生產(chǎn)廠商的標(biāo)準(zhǔn)OPC服務(wù)器程序。與DDE相比,OPC技術(shù)更具優(yōu)越性,。數(shù)據(jù)傳輸速度更快（在遠(yuǎn)程客戶數(shù)多時(shí),，OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì)尤為突出）、更安全,、開(kāi)發(fā)成本更低,、可靠性更高等。西門子公司提供了功能強(qiáng)大的OPC Server 軟件SIMATIC NET,。通過(guò)SIMATIC STEP7 建立一個(gè)PC STATION 配置通信硬件CP5611,，添加OPC Server和PLC建立S7通信連接編譯后下載到本地PC運(yùn)行既建立了OPC Server。
SIMATIC NET 不僅是功能強(qiáng)大的OPC Server而且包含了測(cè)試OPC 客戶端 OPC Scout,，并帶有 OPC Server Browse OCX等控件,，為上位機(jī)的開(kāi)發(fā)提供了很大的方便。界面的設(shè)計(jì)使用VB6,，在VB6中添加SIMATIC提供的 OPC 客戶端組件,，將PLC的變量和畫面上的對(duì)象直接連接起來(lái)，就象組態(tài)軟件一樣方便。大大的簡(jiǎn)化了上位機(jī)和下位機(jī)通信驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)編程,，同時(shí)也提高了通信的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性,。

圖9 顯示界面設(shè)計(jì)

3.4.2 SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器
選擇了采用客戶機(jī)/服務(wù)器計(jì)算機(jī)模型的SQL Server作為后臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。根據(jù)需要建立了用戶注冊(cè)信息表,、歷史數(shù)據(jù)表,、歷史報(bào)警數(shù)據(jù)表、歷史事件數(shù)據(jù)表,、日志表,、用戶登陸信息表等。通過(guò)VB的ADO對(duì)象能夠方便的對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作,，進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)和歷史報(bào)警和事件的記錄,、歸檔和查詢。
3.4.3 界面元素設(shè)計(jì)
在成功建立通信和數(shù)據(jù)鏈路后,，要將數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)直觀的在計(jì)算機(jī)屏幕顯示出來(lái),。VB的良好的界面設(shè)計(jì)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)各種WINDOWS元素的顯示,。本系統(tǒng)還使用了第三方設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)顯示控件組（世紀(jì)飛揚(yáng)）,，對(duì)實(shí)時(shí)曲線，歷史曲線,，動(dòng)態(tài)指示燈,、按鈕、棒圖等對(duì)象做了很好的處理,，簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)連接即能實(shí)現(xiàn)美觀的效果,，大大的方便了設(shè)計(jì)。

4．結(jié)論
隨著能源的相對(duì)緊缺,，變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用對(duì)于大功率的電機(jī)設(shè)備逐漸實(shí)現(xiàn)了變頻改造,。此外，由于計(jì)算機(jī),、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)的不斷發(fā)展,潛移默化的改變著人們的學(xué)習(xí),、生活和工作等方式。對(duì)基于現(xiàn)場(chǎng)總線控制和遠(yuǎn)程,、無(wú)線控制技術(shù)也將不斷推廣應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),。如對(duì)上述系統(tǒng)將IPC通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò)或PLC端加置無(wú)線通信（如GPRS）模塊連接到自來(lái)水水總公司便可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理（包括遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)和控制、遠(yuǎn)程故障診斷和維護(hù)等）,、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班守泵站建設(shè),。

參考文獻(xiàn)
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