ABPLC控制系统的应用举例资料库

1、 AB PLC 控制系统的应用举例资料库 一、AC500控制系统及其在污水处理中的应用摘要：介绍了AC500系列PLC控制系统及基于其的三级分布式污水处理自控系统。给出了系统构成、功能、主要特点,同时论述了该系统在SBR污水处理中的应用。关键词：可编程控制器；控制系统；污水处理一，引言ABB公司在收购了贝利（Bailey）公司后，将它旗下的多款控制系统整合到了以工业IT为基础，针对目标技术的800XA系列控制系统中。在继续为国内的电力，冶金，石化，造纸等行业提供整体的解决方案以外，已将它旗下的一款已有十几年发展历史的中小型控制系统AC31作为产品引入中国。目前在此基础上推出更为现进的

2、AC500系列，可为国内的系统集成和OEM等应用提供更多的选择。本文将介绍此系统及其在污水处理中的应用。二，AC500控制系统介绍  AC500系统由CPU，通讯模块，CPU底板，I/O模块和端子板，FBP接口模块和端子板，CPU底板等组成,如图1所示。 CPUCPU有PM571、PM581 和PM591三个不同的等级。均带有：LCD显示、操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口。CPU可直接插在CPU底板上，底板可选择集成以太网或者ARCNET网络接口。此外，保留的CS31的通讯接口是考虑到了和AC31等ABB公司其他系列PLC的兼容性。通讯

3、模块除了CPU上集成的通讯接口外，每一个CPU上还可最多扩展4个通讯接口。这4个通讯接口可扩展为任意的标准总线协议。CPU上集成的两个Modbus通讯接口和可选集成的以太网或ARCNET网络接口外，通过通讯扩展接口还能扩展 : ProfibusDP-V1、DeviceNet、CANopen和以太网等总线接口。I/O 模块输入/输出模块有模拟量和开关量两大种类。每个输入/输出模块均可直接插到端子板上，CPU本地和通过FBP分布式扩展的子站，可最大扩展到7个输入/输出模块。AC500还可以提供每一点都可以根据用户的需求及可设置为输入又可设置为输出的开关量模块。FBP 

4、的接口模块这种模块集成了一定数量的开关量输入/输出，并且通过它实现和CPU 的通讯和分布I/O。这个分布模块后面又可最大扩展7个输入/输出模块。AC500 Control Builder 编程AC500 Control Builder 编程是一套可对所有系列AC500 CPU进行编程的工程工具，这套编程软件符合IEC61131-3的国际标准，可支持五种不同的编程语言：功能块（FBD）语句表（IL）梯形图（LD）结构文本（ST）顺控图（SFC）这套软件可完成AC500系统的全部设置，包括所有的总线接口，而且还有全面的自诊断功能、报警处理、可视化调试工具和开放的数据接

5、口。此外还可以提供离线仿真,变量跟踪功能,配方管理和监视列表,可视化的调试工具,通讯接口的设置,开放的数据接口,工程接口.三，SBR污水处理工艺介绍序批式活性污泥法简称SBR (Sequence Batch Reactor)法，是早期充排式反应器的一种改进。随着自动控制水平的提高，SBR法引起人们的重新重视，并对他进行了更加深入的研究与改进，自1985年我国第一座SBR处理设备在的投产，目前已经广泛的应用在工业污水和城市污水的处理中 。SBR工艺的基本操作流程由进水，反应，沉淀，出水和闲置等五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反

6、应器内依次进行的。 图2 SBR污水处理工艺流程图SBR工艺系统组成简单（如图2），不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备。SBR具有效率高，脱氢除磷效果好，防止污泥膨胀性能强，耐冲击负荷和处理能力强等优点。四，AC500在SBR控制中的具体实现SBR污水处理厂的自动控制系统由三级分布式控制系统组成（如图3）： 图3 污水处理控制系统图第一级监控管理，由中央控制室的操作站实现。选用工控计算机，以TCP/ IP工业以太网与PLC系统通讯,实行集中控制。通过工控软件实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。第二级过程控制，

7、由现场的各分系统或成套设备的控制系统实现。以AC500 PLC系统作为现场控制核心 ,按场区配置分站 ,通过CS31网与所属分布I/O通讯对流量、液位、pH值、电机等参数进行采集、控制。第三级单机就地控制，由现场电气控制系统实现。采用ABB公司的AC31系列产品组成分布I/O,采集现场参数,执行上一级PLC主站的控制命令。监控组态设计及与PLC主站的通讯由于污水处理控制对象多且分散,生产工艺流程复杂,如果采用集中控制方式,则需要使用大量导线，在长距离传输过程中非常容易受到干扰,所以本系统采用分布式集散控制系统,将管理与控制分离。计算机选用HP工业PC机,预装北京昆仑通态公司

8、的MCGS 5.5通用版。MCGS监控组态设计包含监控界面设计，定义数据变量，组态设计，动画等方面。用MCGS提供的基本绘图工具与元件库创建图形块并进行组态设计，污水处理系统工艺流程组态画面（如图4）：  图4 污水处理工艺流程组态图 鼓风机，水泵，运行阀的工作状态可以通过动画实时显示；污水，污泥，药水，空气的流动方向及流量表的数据也能根据现场的情况随时更新。操作人员在登陆并输入用户名和密码后，可任意调入各局部工艺图、运行表、设定表和控制表，工艺图以图形的方式显示各个工段的工艺流程和数据，并能根据控制的需要直接设定现场的相应参数（例如，泵站的变频器的恒定水位，报警水位，停泵

9、水位的设定，排泥时间的设定等）。此外，系统还可以提供故障报警查询，工作报表生成等功能。MCGS中的实时数据库是监控系统的核心，而数据变量是构成实时数据库的基本单元。将用户界面中的图形对象与实时数据库中的数据变量建立联系，现场的运行情况就可以通过动画实时的显示在监控界面上了。工控计算机只需一块普通的网卡就可以通过Ethernet LAN接收到来自PLC主站的数据。PLC主站由1台AC500系列PLC及相应的外围设备组成,置于中央控制室。PLC主站从分布I/O接收数据，进行相关的处理与控制，同时通过标准工业以太网TCP/IP通讯模块(TB521-ETH)传输给工控计算机,传输速率为10Mbit/s

10、 ,介质为屏蔽双绞线。PLC主站与分布I/O的通信PLC主站与分布I/O的通讯网络框图，如图5所示： 图5 CS31通讯网络图PLC主站通过CPU(PM581)上保留的CS31通讯接口、CS31通讯总线与分布I/O（AC31远程扩展模块）构成高速通讯网络,随时采集现场设备的运行状况和故障信息,并上传工控计算机 ,形成分布控制。本系统共设8个分布I/O。从经济角度考虑，由于AC500系统可以兼容AC31的远程扩展模块， 1#8# 分布I/O分别选用AC31系统的远程扩展模块（ICMK14 N1-24DC）。分布I/O置于污水控制现场, 就近控制所属设备,形

11、成分布控制的能力,并采集现场设备的运行状况和故障信息,通过CS31总线联接到PLC主站。CS31总线是一种点对多点的RS485串行通讯。每个通讯系统由一个主站和最大31个从站组成。通讯距离不加中继为500米，加中继最大可达到2000米。通讯介质为:屏蔽双绞线。以1分布I/O远程扩展模块为例，定义它的地址表，如表1： 地址%MX0.0.0至%MX0.0.7是ICMK14N1-M的系统保留区域，不能使用。地址%MX0.1.0至%MX0.1.7作为此远程扩展模块自带的开关量输入，分别对应进水泵房及沉砂池的相应设备。依照同样的方法，可以继续定义1分布I/O的（XI16E1,XC32L,HE10-20,

12、等）开关量及模拟量输入/输出模块，然后依次是28分布I/O的所有模块。在完成所有I/O地址表的设定后，就可以通过AC500的Control Builder软件来编写PLC的内部通信程序。由于AC500的Control Builder软件可以提供现成的MODBUS功能块，编程十分简单。以1#分布I/O的读指令为例，如图6：  只需设定好MODBUS功能块的（COM,SLAVE,FCT,ADDR,NB等）参数，PLC主站就可以顺利的从1#I/O子站读取数据。其中FCT，NB的参数可根据实际情况依照表2确定。 运用MODBUS功能块依次完成18分布I/O的读，写指令的编程，PLC主站与分布

13、I/O之间的通信就建立完成了。在实际调试中，发现还需通过软件的PLC组态选项，将MODBUS的参数：RTS control设置为“telegram”, Parity设置为“none”，Operation Mode设置为：“Master”。至此，PLC的主站已经可以对I/O从站中的各种参数进行采集与控制，并通过以太网显示在工控计算机的监控界面上。五，结语以本文的研究结果为基础的技术方案,在浙江某生活污水处理厂具体实施。实际的运行结果表明,其设计合理,安全可靠,控制精度高，满足了生产的实际需要，性价比高。AC500 PLC系统除了有外形美观，性能可靠，价格适中等特点，在项目具体实施中还具有如下优点

14、：可设置输入/输出的开关量模块，为备用点数的设置提供了方便并能进一步降低成本；模拟量的每个输入通道都可以设定电流，电压或者热电阻等输入信号，使用方便；编程软件中集成的MODBUS功能块，非常实用，易于操作，大大节省了编程时间；此外，CS31总线的连接只需要普通的屏蔽双绞线就可以完成，成本低廉，操作灵活简单。2、 AC31 PLC在水电站公用及通风空调设备中的应用  琅琊山抽水蓄能电站位于滁州市西南郊的琅琊山麓，是由奥地利政府出口信贷支持的重大项目和安徽省“861”重点建设项目。电站总装机容量60万千瓦，装设4台单机容量为15万千瓦的单级可逆式抽水蓄能机组。整个电站枢纽部分由

15、上水库、输水系统、地下厂房、下水库和地面开关站5部分。电站建成后，将在电网中发挥调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等重要作用，将改善安徽省及华东电网的火电机组运行条件，提高电网运行的安全可靠性和经济性，经济效益和社会效益都十分显著。 琅琊山水电站公用及通风空调设备采用多层式控制，主控工作站设1台公用设备上位机，各个子系统设就地控制单元，在主控及网络失效的情况下，就地控制单元仍能独立完成其系统内设备的监测和控制功能。 各就地控制子系统采用PLC为控制系统，对于PLC要求有较高的性价比。该蓄能电站选用ABB AC31系列可编程控制器。ABB AC31系列可编程控制器可以完成辐射几

16、百米甚至几公里的分布式应用，并且具有经济可靠、配置灵活、通讯功能强大等特点，完全满足该蓄能电站的控制要求。 系统网络结构见下图：公用设备主控工作站负责协调合管理公用设备就地各子系统的工作，记录和计算运行信息，并把经过处理的数据存入数据库中，同时完成公用及通风空调设备的远方监测和远方控制功能。各子系统站分别为：厂内渗漏排水泵系统、低压空压机系统、消防泵和雨淋阀控制系统、通风空调系统，ABB AC31 50系列可编程控制器系统负责对各子站进行控制。其中，通风空调系统分为主厂房、副厂房、安装场副厂房以及出线竖井几个远程控制站，每个远程控制站又分别由几套远程I/O进行分散控制，远程I/O选用

17、50系列Modbus远程扩展模块，不仅提高了系统的性价比，而且能够保证系统的稳定运行。每套PLC子站都采用MODBUS协议与公用设备上位机进行通信，子站与主控工作站的距离最长为1380米。整套系统利用了ABB AC31系列可编程控制器的优势，实现了最优化的控制。 该套系统计算机监控软件采用杰控Fameview软件，FameView是一套实现工业数据采集、过程监控、数据管理的高性能工业自动化软件，它具有强大的图形功能、变量、图形替换的模块化功能，通讯速度以及画面刷新的速度很快，同时还集成手机短信、数据处理和报警等服务。 整个系统设计合理、操作简单、安全可靠，系统投入运行后完全达到用户要

18、求，并且一直运转良好，得到了用户的好评。AC500 PLC和FameView在烟气在线监测行业的应用治理大气污染，必须有准确可靠的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的重点项目和企业中应用CEMS，结合环境监测仪器、ABB PLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。CEMS中有很多种监测方法：比如烟气SO2自动分析仪的原理有电导法、非分散红外吸收法（动态范围较窄）、紫外吸收法、紫外荧光法、火焰光度法和定电位电解法。采用方式主要有：（1）直接抽气采样法（2）稀释抽气采样法（包括烟

19、道内稀释和烟道外稀释，占85.5%，主要为欧美产品）；（3）在线直接测量法；（4）定电位电解法。CEMS环保行业有两个典型的特点：一是典型的SCADA应用，二是数据及报表处理比较复杂。ABB AC500 PLC 和FameView在这两方面做的最为出色：n ABB PLC集成有MODBUS 主、从协议，通讯灵活;n 可配置的开关量、模拟量模块，集成简单;n AC500的模块和端子分离，预接线方便;n FameView强大而简单的数据库连接功能,存储各种数据到各种数据库中;n 根据需求能提供各种打印报表;n 能通过宽带/ADSL/GPRS/CDM

20、A/电话拨号向中心站提供实时数据和历史数据;n 提供中心站软件，能接收和管理100个分站的数据;n FameView近三年已成功应用到900多套CEMS子站和多个中心站。AC500 PLC的部分开关量通道可以通过软件设为输入或输出，这大大的方便了用户的使用和适应现场的变化。而模拟量模块上的每个通道都可以根据用户的需求接入：电流，电压和热电阻信号，可以在同一个模块上接入各种不同的分析信号，简化了系统。近年来，由于CEMS系统的要求越来越高，使得“组态软件+PLC”的组合模式在CEMS系统中的应用越来越广泛，并已逐步取代以前惯用的“上位软件+单片机+板卡”，成为CEMS系统中实现数据采集

21、及控制的首选。FameView组态软件和ABB公司的AC500系列PLC共同开发的CEMS系统，以其高效稳定的通讯能力和强大的数据处理能力，逐渐为业界所认可。AC500系列PLC是ABB公司的产品，其中烟气上用了一款CPU是PM571，它的特点是：1、24VDC供电，64K程序内存，1K字节指令执行时间0.3mS；2、用户程序密码保护，支持多任务、浮点运算；3、集成RS232/RS485、以太网RJ45；4、CPU面板上能显示状态、诊断信息；5、串口直接支持MODBUS 主、从协议6、支持多种语言编程FBD、IL、LD、ST、SFC、CFC7、可以用SD卡扩展128M的数据空间在没有

22、上位监控子站的系统中，AC500 PLC的串口除了可以作为Modbus通讯外，还可以通过Modem 直接和GPRS等系统相连，并可以在就地用SD卡储存高达128M 的历史数据。系统概述：烟气污染物排放总量数据监测系统（CEMS），根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数（如：SO2、NOX、CO、CO2、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度等）。这些参数数值一般由各类分析仪采集烟道中气体进行测量分析后传送到上位机，由上位机对其进行处理、运算、存储、报表等。同时，上位机还要作为服务器与环保行政主管部门进行远程通讯，向其提供数据。污染源在线监控系统由专用数据处理软件和采集传输

23、系统两大部分构成。系统拓朴结构如下图：硬件设计：CEMS测量烟道中的固体烟尘。现国内一般采用直接抽取法采样，将湿烟气经过过滤送氧化锆分析仪，测出湿氧含量。再把烟气经干燥器送入烟气分析仪，分析CO、SO2及氮氧化合物、干氧的含量。烟气的湿度可采用干湿润氧法计算得出，直接测量得出。压力一般由压力测试仪测得，并通过压力计算出烟气流速和流量。软件设计CEMS一般由PLC控制、上位机程序、远程通讯三部分组成。PLC控制程序由于CEMS中需要控制的是按一定时间序列开闭的管路，故PLC程序主要用于接收各种操作命令，控制各种阀、泵、指示灯的开闭及互锁，并定时或实时完成对采样通道的吹扫、测量仪器的标定。并对采集

24、到的各模拟量进行数字滤波。上位机程序主要用于显示各个分析设备的工作情况，汇总烟气的历史数据，进行打印归档、趋势显示及报警信息处理。上位机通过FameView组态软件与AC500 PLC通过MODBUS-RTU或MODBUS-TCPIP协议进行通讯。实时的从仪器上采集数据，将采集到的数据分析处理后保存到数据库中，并实现实时数据和历史数据查看和曲线查询，对数据库中的数据进行查询、报表打印或导出到 EXCEL 表格中。实时数据监测：能实时的从与计算机连接的仪器上采集数据，并进行分析显示，可实时显示各种检测数据及系统运行时各部分的运行状态。系统主要完成如下功能：系统设置：设置系统参

25、数。用户管理：实现系统的权限管理。设备控制：能在计算机上对仪器进行控制，实现实时反吹和标定。数据处理：将采集到的数据分析处理后保存到数据库中。历史数据查询：可以按时间段来查询历史测量数据。数据报表打印：可以打印小时平均值日报表、日平均值月报表及月平均值年报表。远程通讯远程通讯主要是上位机与环保中心站之间通过GPRS/CDMA/电话拨号/局域网进行数据通讯。CEMS中的上位机作为服务器，环保中心站作为客户机，采用C/S模式获取数据。具体来说就是环保中心站站发送查询请求，CEMS上位机返回相应时间段内的烟气排放数据。三、AC500 PLC和FameView在烟气在线监测行业的应用治理大气污染，必须

26、有准确可靠的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的重点项目和企业中应用CEMS，结合环境监测仪器、ABB PLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。CEMS中有很多种监测方法：比如烟气SO2自动分析仪的原理有电导法、非分散红外吸收法（动态范围较窄）、紫外吸收法、紫外荧光法、火焰光度法和定电位电解法。采用方式主要有：（1）直接抽气采样法（2）稀释抽气采样法（包括烟道内稀释和烟道外稀释，占85.5%，主要为欧美产品）；（3）在线直接测量法；（4）定电位电解法。CEMS环保行业有两个

27、典型的特点：一是典型的SCADA应用，二是数据及报表处理比较复杂。ABB AC500 PLC 和FameView在这两方面做的最为出色：n ABB PLC集成有MODBUS 主、从协议，通讯灵活;n 可配置的开关量、模拟量模块，集成简单;n AC500的模块和端子分离，预接线方便;n FameView强大而简单的数据库连接功能,存储各种数据到各种数据库中;n 根据需求能提供各种打印报表;n 能通过宽带/ADSL/GPRS/CDMA/电话拨号向中心站提供实时数据和历史数据;n 提供中心站软件，能接收和管理100个分站的数据;n Fame

28、View近三年已成功应用到900多套CEMS子站和多个中心站。AC500 PLC的部分开关量通道可以通过软件设为输入或输出，这大大的方便了用户的使用和适应现场的变化。而模拟量模块上的每个通道都可以根据用户的需求接入：电流，电压和热电阻信号，可以在同一个模块上接入各种不同的分析信号，简化了系统。近年来，由于CEMS系统的要求越来越高，使得“组态软件+PLC”的组合模式在CEMS系统中的应用越来越广泛，并已逐步取代以前惯用的“上位软件+单片机+板卡”，成为CEMS系统中实现数据采集及控制的首选。FameView组态软件和ABB公司的AC500系列PLC共同开发的CEMS系统，以其高效稳定的通讯能力

29、和强大的数据处理能力，逐渐为业界所认可。AC500系列PLC是ABB公司的产品，其中烟气上用了一款CPU是PM571，它的特点是：1、24VDC供电，64K程序内存，1K字节指令执行时间0.3mS；2、用户程序密码保护，支持多任务、浮点运算；3、集成RS232/RS485、以太网RJ45；4、CPU面板上能显示状态、诊断信息；5、串口直接支持MODBUS 主、从协议6、支持多种语言编程FBD、IL、LD、ST、SFC、CFC7、可以用SD卡扩展128M的数据空间在没有上位监控子站的系统中，AC500 PLC的串口除了可以作为Modbus通讯外，还可以通过Modem 直接和G

30、PRS等系统相连，并可以在就地用SD卡储存高达128M 的历史数据。系统概述：烟气污染物排放总量数据监测系统（CEMS），根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数（如：SO2、NOX、CO、CO2、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度等）。这些参数数值一般由各类分析仪采集烟道中气体进行测量分析后传送到上位机，由上位机对其进行处理、运算、存储、报表等。同时，上位机还要作为服务器与环保行政主管部门进行远程通讯，向其提供数据。污染源在线监控系统由专用数据处理软件和采集传输系统两大部分构成。系统拓朴结构如下图： 硬件设计：CEMS测量烟道中的固体烟尘。现国内一般采用直接抽取法采样

31、，将湿烟气经过过滤送氧化锆分析仪，测出湿氧含量。再把烟气经干燥器送入烟气分析仪，分析CO、SO2及氮氧化合物、干氧的含量。烟气的湿度可采用干湿润氧法计算得出，直接测量得出。压力一般由压力测试仪测得，并通过压力计算出烟气流速和流量。软件设计CEMS一般由PLC控制、上位机程序、远程通讯三部分组成。PLC控制程序由于CEMS中需要控制的是按一定时间序列开闭的管路，故PLC程序主要用于接收各种操作命令，控制各种阀、泵、指示灯的开闭及互锁，并定时或实时完成对采样通道的吹扫、测量仪器的标定。并对采集到的各模拟量进行数字滤波。上位机程序主要用于显示各个分析设备的工作情况，汇总烟气的历史数据，进行打印归档、

32、趋势显示及报警信息处理。上位机通过FameView组态软件与AC500 PLC通过MODBUS-RTU或MODBUS-TCPIP协议进行通讯。实时的从仪器上采集数据，将采集到的数据分析处理后保存到数据库中，并实现实时数据和历史数据查看和曲线查询，对数据库中的数据进行查询、报表打印或导出到 EXCEL 表格中。实时数据监测：能实时的从与计算机连接的仪器上采集数据，并进行分析显示，可实时显示各种检测数据及系统运行时各部分的运行状态。系统主要完成如下功能：系统设置：设置系统参数。用户管理：实现系统的权限管理。设备控制：能在计算机上对仪器进行控制，实现实时反吹和标定。数据处理：将采

33、集到的数据分析处理后保存到数据库中。历史数据查询：可以按时间段来查询历史测量数据。数据报表打印：可以打印小时平均值日报表、日平均值月报表及月平均值年报表。远程通讯远程通讯主要是上位机与环保中心站之间通过GPRS/CDMA/电话拨号/局域网进行数据通讯。CEMS中的上位机作为服务器，环保中心站作为客户机，采用C/S模式获取数据。具体来说就是环保中心站站发送查询请求，CEMS上位机返回相应时间段内的烟气排放数据。经过在现场的实际运行，整个系统稳定可靠。很好的完成了用户的工艺要求。四、变频恒压供水系统PLC控制本文介绍了使用Allen-Bradley公司的PLC-5处理器结合SAMI STAR变频器

34、，通过PID调节实现恒压供水；为了保证恒压供水安全可靠，设置了压力保护功能，并进行了PID恒压控制与远程直接调频之间的无缝转换处理；在节能和供水质量方面取得了较好的效果。     1. 概述    变频调速技术是一种新型的、成熟的交流电机无级调速驱动技术，它以其独特优良的控制性被广泛应用在速度控制领域。特别是在供水行业中，由于生产安全和供水质量的特殊需要，对恒压供水压力有着严格要求，变频调速技术也得到了更加深入的应用。    成都市自来水公司六厂日产水量60万吨，担

35、负着成都市区及周边地区70%以上的供水任务。自1996年年底六厂的三期工程投产后开始向郫县供水，使得我厂的供水方式从单一的重力流供水变为重力流和压力流结合供水的方式。自向郫县供水以来，由于考虑到现阶段郫县的用水量较少，从节约能耗的角度出发，我厂使用一台泵同时向郫县供水和提供我厂的自用高压水。为了满足六厂自用水压力，保证厂内各个工艺环节设备（如消毒环节中的水射器）能正常工作，我厂自用水压力须较恒定的控制在0.3 Mpa以上，采用变频调速控制是保证压力恒定较为有效的方法。根据我们对郫县城区供水量的了解，发现郫县全天各时段用水量变化较大（见后图5），如果不对供水量进行调节，管网压力的波动也会很大，容

36、易出现管网失压或爆管事故。采用变频恒压供水控制后，当郫县用水量较小时，这时相应管道和泵出口压力均较大，变频恒压控制方式将会降低泵的频率，减小泵出水量，从而降低管网压力；反之亦然。这样，小时用水量变化较大也不会造成管网压力有较大的波动。经过长期运行实践，证明了变频调速手段实现恒压供水不仅保证厂内自用高压水压力足够且稳定，而且保证了郫县供水的安全可靠性。    2. 控制系统构成    整个恒压供水系统有两组变频泵，每组均由一台变频器和一台水泵组成；系统以PLC为控制核心，由PLC采集压力信号和输出控制变频泵的运行。控

37、制系统构成如图1所示。图1 控制系统构成图    PLC处理器选用的是Allen-Bradley公司的PLC-5型处理器，变频泵选用的是ABB公司的SAMI STAR系列的315F 660/690型的变频器和水泵。系统由两只量程为01.0Mpa的压力变送器分别检测两台水泵后的输水管道的压力，压力变送器将检测到的压力信号转换为420mA的电流信号，送到PLC子站的模拟量输入模板（1771-IFE），通过PLC的PID运算，由模拟量输出模板（1771-OFE）输出420mA的电流控制变频泵的运行。    3. 控制原理

38、及功能实现    3.1 PLC控制系统简介    我厂采用Allen-Bradley公司的PLC-5型处理器通过DH+通讯方式构建了全厂PLC工业控制网络，通过DH+网络上的RSView工作站实现人机对话。RSView工作站是指运行人机图形界面软件（RSView32）的计算机工作平台，该工作站建在中心控制室，是实现生产现场无人值守和运行集中管理的调度中心。利用RSView32可以有效地对控制过程进行监视和控制，可以实现图形化的人机对话界面，模拟生产运行的流程，在模拟流程上更加直观地实现生产流程的全自动运行监视、远程人工直接

39、干预操作（如PID指令运行参数远程设定）、控制环节报警监视等功能。控制界面如图2。图2 变频恒压供水系统控制图形界面（RSView工作站）    3.2 恒压供水的控制原理    SAMI STAR变频器具有REMOTE和LOCAL两种操作方式。LOCAL操作方式下，通过LOCAL START/STOP开关启停变频器，通过f REF LOCAL INPUT0 输入端口的电位开关人工调节变频器工作频率；通过LOCAL/REMOTE输入点可以将变频器切换到REMOTE操作方式下，在REMOTE方式下，通过RE

40、MOTE START/STOP输入点进行PLC远程启停变频器，通过f REF REMOTE INPUT0端口输入频率控制信号（百分比）控制变频器工作频率。根据供水量情况，我们把变频器的工作频率上限设定为水泵基频，即频率变化范围控制在050Hz，在此范围内水泵运行频率和定子相压成正比（及与变频器输入频率成正比），这使得变频器输入、水泵运行频率和泵的输出压力成较好的线形关系，可得到较好的控制效果。SAMI STAR变频器对用户开放的I/0接口位于TERMINAL BLOCK CARD上，主要使用的有：X11-1（REMOTE START/STOP）；X11-4（LOCAL/REMOTE）；X11-

41、13/14（f REF REMOTE INPUT0、420mA信号输入）；X11-15/16（输出420mA变频器运行频率信号）；X11-17/18（输出420mA变频泵运行电流信号）。变频器由PLC远程控制时，启动是由PLC向X11-4输出信号，使变频器切换到外部设备控制方式（REMOTE方式），再向X11-1输出信号，启动变频器。在恒压调节时，PLC处理器把检测到的压力信号作为反馈值，与PID运算的压力设定值（由调度人员根据情况在REView上设定）进行比较，再经过PID运算得到调节后的修正值，通过模拟量输出模板（1771-OFE）输出到X11-13/14，作为REMOTE方式下变频器的频

42、率控制信号，由于该信号是相对变频器工作频率上限的百分比，所以变频器将输入信号进行内部运算后转为真实工作频率。为了使三期变频恒压供水自动控制系统与全厂自动控制网络有机地结合起来，全面实现对恒压供水系统的运行情况和设备运行进行监视和远程控制，更加安全可靠地实现恒压供水，我们使用PLC进行PID运算和监控。PID闭环反馈控制原理如图3：图3 闭环控制原理图图4 PID流程图    PLC的PID运算调节通过该型处理器专用PID指令完成，通过设置各参数即可由PLC完成PID运算调节。PID程序段流程如图4。PID指令必须以相同的时间间隔周期性地执行，可采用计时器

43、，定时中断或实时采样的等方法，此处选用了定时方法；PV是PID指令采样的压力控制反馈值，SP是PID指令的压力控制设定值，KP为PID的比例增益，KI为PID的积分增益，KD为PID的微分增益，这五个控制参数作为主要的PID参数参与控制，确定PID参数时要兼顾系统灵敏性和稳定性，由于我们恒压控制要求和设备的性能条件，参数设定更强调稳定性（及KI），由于微分环节有放大噪声的特点，我们将KD尽量设置得较小；SWM为PID指令转为手动直接调频的开关，SO设定为PID指令的在手动控制输出方式时的输出值，当变频器从PID自控调节转为手动直接调频时，SO替代PID运算结果作为转换时的输出值，将SO设定为控

44、制值就可实现无缝转换，减小变频器运行频率的震荡。DB为PID指令的死区设定值，输出超出死区时PID指令通过自动运算限制输出超出限定范围。    3.3 相关控制功能实现    为了防止运行时由于压力变送器不可预见的故障造成PLC的PID运算调节失实，从而造成管网压力失恒引发失压或爆管的严重事故。我们分别在1#和2#变频泵后输水管上安装压力变送器，可以同时测到出厂输水管线上的压力；在PLC程序上对压力信号进行了相应的处理，在程序中设置选择软开关，调度人员可以在RSView上将其中一台压力变送器的值设定为“控制反馈值”

45、，另一台压力变送器的值则设为“参考反馈值”（见图2：变频恒压供水系统控制图形界面（RSView工作站）；对1#压力和2#压力值进行比较，相差0.1Mpa时，判断为，其中一只压力变送器出现故障，变频器控制转换为远程直接手动调频控制（通过RSView设置运行）。压力变送器正常工作时，“控制反馈值”经过平均滤波处理后，分别比较压力报警上限和下限值，如果超出控制范围，变频器控制转换为远程直接手动调频控制，否则“控制反馈值”作为PID调节的参数PV。    同时为了在就地手动控制实现在控制现场对变频泵进行开停控制和运行数据监视。我们在变频泵工作现场安装了A-B公司的PanelView图形工作终端，该工作终端提供图形交互界面和触摸输入方式，以从站的方式与PLC进行通信，进行数据和控制命令的交换，提供就地监控操作的通道。    4. 运行效果分析