现场总线的恒压供水自动控制(附件)
在节约用水被大力提倡的时代下，我国大部分高层供水、市政供水等方面的供水相关技术还比较落后，严重影响正常的生活。大部分采用高塔供水或者是人工调节的供水方式，这种方式会造成供水不稳定以及资源浪费的问题，本课题设计了一套基于PLC、变频泵组、压力计等设备的恒压供水系统用来改善此情况。本文主要通过组态上位机WinCC的监控界面、曲线界面以及数据归档界面等界面对整个系统进行全面的监视与控制，通过变量连接与PLC实现的相应变量连接与数据交换从而对系统泵组运行情况、管网压力、蓄水池液面等实时数据进行实时监控、曲线显示以及数据归档等从而实现智能控制。关键词 恒压供水，WinCC，变频泵组,智能控制
目 录
1 绪论 1
1.1 课题意义分析 1
2 系统功能与方案简述 2
2.1 系统功能 2
2.2 上位机系统方案设计 4
2.3 恒压整定技巧 5
3 WinCC组态及关键技术简介 6
3.1 WinCC简介 6
3.2 WinCC组态 7
4 系统联调 28
4.1 PLC联调监控 28
4.2 首页 29
4.3 监控界面 29
4.4 参数设定界面 33
4.5 报警界面 33
4.6 运行曲线界面 34
4.7 归档界面 34
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
1 绪论
1.1 课题意义分析
在节约用水被大力提倡的时代下，我国在建筑高层供水、市政供水、特殊场合供水和工业生产循环供水等方面的相关技术还处于比较落后的状态，会影响正常的生产生活，迫切需要改变此状态。在日常的生产生活中用水量会随着时间变化而变化，昼夜相差相对比较大。如果供水系统不完善，可能会出现在用水的集中的时候，水的供应不足；在用水的相对较少时，水的提供大于实际的用水，这种情况会造成比较严重的浪费，同时还有可能会出现用水设备的损坏和水管爆裂的问题，同时还会带来维修成本的增加问题。传统的供水方式，一般都通过水泵电机的频繁启动与停止控制来实现，这样的话就会对电机造成严重 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
的损坏，能量损失比较大，对电网的冲击也比较大，利用率比较低。随着我国经济的不断发展，人民的生活水平也在不断的提高，我国各地区的小区建设发展也十分的迅速，与此同时对小区的基础建设的要求也变得越来越高。小区的供水质量直接影响着小区人民的生活水平，因此必须保证供水的可靠性、稳定性和经济性。
传统小区的供水方式主要运用高位水箱水塔供水、恒速泵加压供水、气压罐供水等方式，这些供水方式在用水需求量小的时候可以满足供水需求，但是在供水需求量比较大的时候常常不能满足供水需求。对于恒速泵加压供水的方式，在这种方式下水泵经常处于满负荷运行，水泵的利用率相对比较低，耗电量相对比较大，而且水泵长时间处于满负荷运行状态特别容易损坏，会增加维修成本。水泵的增加与减少都需要依靠于人工操作来完成，同时对供水管网的压力无法做出及时的反应，而且水泵的硬起动比较容易引起水锤效应，破坏性比较高，后期维护成本比较高。对于水塔高位水箱供水，这种供水方式占地面积相对比较大，建设投资相对比较高，后期维护相对比较困难，水泵电机起动方式为硬起动，起动电流比较大，对水泵电机的损坏也比较大。这种控制方式具有控制方法相对简单，短时间内维修或停电可实现继续供水，运行经济合理等特点。对于气压罐供水方式，这种供水方式水泵电机为硬起动并且启动相对比较频繁，对设备的要求相对比较高，后期维护相对比较困难。为了减少水泵电机的起动次数，停泵时的压力比较高，工作效率比价低。这种供水方式具有很多优点例如简单、体积小、不受高度的限制。
传统的供水方式有很多缺点，特别是多泵供水系统特别严重：一是因为泵电机只能在额定运行和停车两个工作条件下工作，不能为用户提供稳定可靠的供水压力和系统完全依靠手动操作来控制，因此供水质量受人因因素影响较大，不能为用户提供稳定的供水压力，而且往往会有水，水管倒塌，管道共振等。二是由于人为的控制难以始终保证电机运行过程中切换正确的顺序，容易导致电机长期运行磨损不均匀，增加误用的可能性;设备操作不合理，机械磨损，造成设备寿命短，维修量大，设备人力成本高。第四，在目前的城市生活区，高层建筑供水系统中，基础使用高水箱或水塔供水，增加了基础设施投资，也造成了二次水资源污染。
该系统具有较高稳定性、抗干扰能力、方便维护和低成本等特点。在本系统同时在设计中加入了远程监控系统，通过远程监控系统可以实时的了解系统供水情况。
2 系统功能与方案简述
2.1 系统功能
本课题设计的主要内容：
（1）某小区供水管网由于出现长期供水不稳的情况，为解决这一问题设计一个基于PLC、变频器、多台水泵机组、压力计和现场总线等设备与技术构成的全自动恒压供水以及远程监控系统。
（2）根据上述的控制要求设计并制作WinCC画面。
（3）通过变量连接，脚本制作等方法进行程序编写，完成上述要求。
（4）与PLC系统对接，完成功能测试。
本课题中选用了西门子可编程控制器（PLC）设计了一主二从的构架以及监控系统，一个主站两个从站，采用Profibus通信方式，主站主要负责两个从站的数据采集以及与WinCC监控系统实现数据交互。
根据设置要求，PLC的程序中使用“一主两从”，“一主”即为设置一个PLC为主站，两个从站的PLC分别控制1区和2区的楼房供水压力控制。在每个区中有3台泵组。这里以1区为例进行不同情况的泵组不同运行方式：
（1）当用水压力较小时变频器对1#泵组进行变频控制
（2）当用水量增加时直至1#泵组达到工频时，1#在工频运行，变频器切换到2#的变频运行，两个泵组一起供水。
（3）当1#泵组或者2#泵组出现故障时，3#电机介入，代替故障的泵组，实现无断续供水。
本课题设计的恒压供水系统具有自动工频/变频恒压运行、可实现远程自动控制和现场手动控制等功能。以可编程控制器采用西门子公司的S7300 PLC作为控制系统的控制核心，通过PLC控制变频器的输出频率继而控制水泵的转速，随着水泵转速变快管网的水压增加，随着水泵转速的降低管网水压减小即通过水泵转速控制管网的水压。在本供水系统中引入了PID控制，利用压力变送器检测管网的水压并将水压信号反馈给PLC，PLC将反馈回来的水压值与预先设定的水压值进行比较，对偏差进行PID运算，继而改变PLC的输出即变频器的输入，最终改变水泵的转速，实现管网水压无限接近或等于预先设定的压力值，从而实现恒压供水。在水池内装设有液位变送器，通过液位变送器了解水池内的液位变化，当水池内的水量小于水量下限值时，水池进水口电磁阀动作，向水池内注水；当水池内的水量大于水量上限值时，水池进水口电磁阀停止动作，停止向水池内注水，保持水池内的水量在一个合理的范围内。上位机控制系统主要利用WinCC软件制作恒压供水系统监测系统，通过恒压供水检测系统可以实时了解供水系统的工作情况，方便的实现供水系统的集中管理与监控，系统总框如图2.1所示。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题意义分析 1
2 系统功能与方案简述 2
2.1 系统功能 2
2.2 上位机系统方案设计 4
2.3 恒压整定技巧 5
3 WinCC组态及关键技术简介 6
3.1 WinCC简介 6
3.2 WinCC组态 7
4 系统联调 28
4.1 PLC联调监控 28
4.2 首页 29
4.3 监控界面 29
4.4 参数设定界面 33
4.5 报警界面 33
4.6 运行曲线界面 34
4.7 归档界面 34
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
1 绪论
1.1 课题意义分析
在节约用水被大力提倡的时代下，我国在建筑高层供水、市政供水、特殊场合供水和工业生产循环供水等方面的相关技术还处于比较落后的状态，会影响正常的生产生活，迫切需要改变此状态。在日常的生产生活中用水量会随着时间变化而变化，昼夜相差相对比较大。如果供水系统不完善，可能会出现在用水的集中的时候，水的供应不足；在用水的相对较少时，水的提供大于实际的用水，这种情况会造成比较严重的浪费，同时还有可能会出现用水设备的损坏和水管爆裂的问题，同时还会带来维修成本的增加问题。传统的供水方式，一般都通过水泵电机的频繁启动与停止控制来实现，这样的话就会对电机造成严重 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
的损坏，能量损失比较大，对电网的冲击也比较大，利用率比较低。随着我国经济的不断发展，人民的生活水平也在不断的提高，我国各地区的小区建设发展也十分的迅速，与此同时对小区的基础建设的要求也变得越来越高。小区的供水质量直接影响着小区人民的生活水平，因此必须保证供水的可靠性、稳定性和经济性。
传统小区的供水方式主要运用高位水箱水塔供水、恒速泵加压供水、气压罐供水等方式，这些供水方式在用水需求量小的时候可以满足供水需求，但是在供水需求量比较大的时候常常不能满足供水需求。对于恒速泵加压供水的方式，在这种方式下水泵经常处于满负荷运行，水泵的利用率相对比较低，耗电量相对比较大，而且水泵长时间处于满负荷运行状态特别容易损坏，会增加维修成本。水泵的增加与减少都需要依靠于人工操作来完成，同时对供水管网的压力无法做出及时的反应，而且水泵的硬起动比较容易引起水锤效应，破坏性比较高，后期维护成本比较高。对于水塔高位水箱供水，这种供水方式占地面积相对比较大，建设投资相对比较高，后期维护相对比较困难，水泵电机起动方式为硬起动，起动电流比较大，对水泵电机的损坏也比较大。这种控制方式具有控制方法相对简单，短时间内维修或停电可实现继续供水，运行经济合理等特点。对于气压罐供水方式，这种供水方式水泵电机为硬起动并且启动相对比较频繁，对设备的要求相对比较高，后期维护相对比较困难。为了减少水泵电机的起动次数，停泵时的压力比较高，工作效率比价低。这种供水方式具有很多优点例如简单、体积小、不受高度的限制。
传统的供水方式有很多缺点，特别是多泵供水系统特别严重：一是因为泵电机只能在额定运行和停车两个工作条件下工作，不能为用户提供稳定可靠的供水压力和系统完全依靠手动操作来控制，因此供水质量受人因因素影响较大，不能为用户提供稳定的供水压力，而且往往会有水，水管倒塌，管道共振等。二是由于人为的控制难以始终保证电机运行过程中切换正确的顺序，容易导致电机长期运行磨损不均匀，增加误用的可能性;设备操作不合理，机械磨损，造成设备寿命短，维修量大，设备人力成本高。第四，在目前的城市生活区，高层建筑供水系统中，基础使用高水箱或水塔供水，增加了基础设施投资，也造成了二次水资源污染。
该系统具有较高稳定性、抗干扰能力、方便维护和低成本等特点。在本系统同时在设计中加入了远程监控系统，通过远程监控系统可以实时的了解系统供水情况。
2 系统功能与方案简述
2.1 系统功能
本课题设计的主要内容：
（1）某小区供水管网由于出现长期供水不稳的情况，为解决这一问题设计一个基于PLC、变频器、多台水泵机组、压力计和现场总线等设备与技术构成的全自动恒压供水以及远程监控系统。
（2）根据上述的控制要求设计并制作WinCC画面。
（3）通过变量连接，脚本制作等方法进行程序编写，完成上述要求。
（4）与PLC系统对接，完成功能测试。
本课题中选用了西门子可编程控制器（PLC）设计了一主二从的构架以及监控系统，一个主站两个从站，采用Profibus通信方式，主站主要负责两个从站的数据采集以及与WinCC监控系统实现数据交互。
根据设置要求，PLC的程序中使用“一主两从”，“一主”即为设置一个PLC为主站，两个从站的PLC分别控制1区和2区的楼房供水压力控制。在每个区中有3台泵组。这里以1区为例进行不同情况的泵组不同运行方式：
（1）当用水压力较小时变频器对1#泵组进行变频控制
（2）当用水量增加时直至1#泵组达到工频时，1#在工频运行，变频器切换到2#的变频运行，两个泵组一起供水。
（3）当1#泵组或者2#泵组出现故障时，3#电机介入，代替故障的泵组，实现无断续供水。
本课题设计的恒压供水系统具有自动工频/变频恒压运行、可实现远程自动控制和现场手动控制等功能。以可编程控制器采用西门子公司的S7300 PLC作为控制系统的控制核心，通过PLC控制变频器的输出频率继而控制水泵的转速，随着水泵转速变快管网的水压增加，随着水泵转速的降低管网水压减小即通过水泵转速控制管网的水压。在本供水系统中引入了PID控制，利用压力变送器检测管网的水压并将水压信号反馈给PLC，PLC将反馈回来的水压值与预先设定的水压值进行比较，对偏差进行PID运算，继而改变PLC的输出即变频器的输入，最终改变水泵的转速，实现管网水压无限接近或等于预先设定的压力值，从而实现恒压供水。在水池内装设有液位变送器，通过液位变送器了解水池内的液位变化，当水池内的水量小于水量下限值时，水池进水口电磁阀动作，向水池内注水；当水池内的水量大于水量上限值时，水池进水口电磁阀停止动作，停止向水池内注水，保持水池内的水量在一个合理的范围内。上位机控制系统主要利用WinCC软件制作恒压供水系统监测系统，通过恒压供水检测系统可以实时了解供水系统的工作情况，方便的实现供水系统的集中管理与监控，系统总框如图2.1所示。
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