净水厂送水泵房控制系统设计及应用
2 PLC输出信号
(1)控制三台主电机的变频与工频运行接触器。每个水泵阀门的开关及市政水管的阀门开关由PLC控制。
(2)输出三个点控制三台主电动机工频软启动。
(3)开关量输出控制中间继电器，由中间继电器控制变频器。 (4)1个模拟量输出送入变频器频率反馈端。 (5)电动机停止、变频、工频运行显示。 (6)变频器故障或水池水位低报警输出。 3.7.2 PLC程序设计
PLC的编程语言有梯形图、语句表、顺序功能图、功能块图。本系统程序的编制利用编程软件在计算机上完成，编译后把程序下载到PLC，控制任务的完成，是通过在RUN模式下主机循环扫描并连续执行用户程序来实现的。PLC指令主要由基本指令、步进指令、功能指令构成。为了使主程序结构清楚，系统将部分功能的程序作为子程序放置在主程序后，根据系统运行情况进行调用。
本系统PLC程序主要由系统初始化程序、水泵电机起动程序、水泵电机变频/工频切换程序、阀门开启关闭程序、模拟量(压力、频率) 、比较计算程序、停机程序和报警程序等构成。
1．系统初始化程序
在系统开始工作的时候，先要对整个系统进行初始化，即在开始启动的时候，先调用子程序，接着对模拟量(管网压力、电机频率)数据表进行初始化处理，赋予一定的初值。见图3.6。
图3.6 系统初始化
2．水泵电机启动程序
当检测到所有设备正常时，进入变频循环启停程序，PLC程序自动完成相应的电
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机的变频起动。例如图3.7。
图3.7 1泵变频程序
3．电机变频／工频切换及增减泵程序
电机变频起动后，当变频器输出频率达到50Hz时，由同步切换控制电路检测工频电源和变频输出电源相位是否一致，若相位一致，PLC的输入继电器动作，PLC执行一系列动作，切断变频器的输出，使变频器的输出电流为零。经瞬间延时后，迅速切断变频接触器和变频器控制端子，在此状态下，然后再由PLC迅速发出命令，快速吸合工频接触器，如此便实现了电动机变频至工频的锁相同步切换。若相位不一致，同步控制器输出低电平，经PLC程序，并不完成切换动作，从而保证变频器和水泵电机的安全运行。当上一台水泵电机从变频转为工频后，下一台电动机自动变频启动。反之，若变频器己达下限频率，而水压仍然高于设定值，则应执行减泵过程。此时通过PLC程序切除一台工频运行的电动机，水压反馈值与设定值进行比较，调整变频器输出频率，改变变频运行电动机的转速，直到系统达到新的平衡。例如图3.8。
图3.8 首次加泵程序
4．停机程序
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水泵机组在正常停机之前必须保证对应的阀门关闭好以后，才能关闭水泵机组。 停机程序设计时要考虑停机动作与阀门关闭之间的互锁。当按下停止按钮时，正在运行的电机都会停止运行。
5．报警程序
报警程序是依据电动机的热继电器动作及变频器故障输出端子信号进行设计的，当电动机过热时，热继电器常开触点闭合，作为PLC的输入条件。对于所有的故障情况(变频器和电机)，必须有一路输出控制蜂鸣器，另外有不同的指示灯进行故障显示，此系统有3台电机和一台变频器的故障显示，因此，总共有4路故障显示输出。故障信号不仅在电气控制柜上进行显示，同时通过PLC和上位机的通信，在上位机上也有相应的故障显示，以便工作人员及时、尽快找出故障设备并加以解决。
图3.9 报警程序
6．全工频自动运行程序
当检测到变频器出现故障时，系统从变频循环自动运行程序转入全工频运行程序。PLC控制程序使中间继电器动作控制相应的接触器，通过主回路的软启动器实现电动机的软启动。此程序不能实现恒压供水，只能保证水压在一定范围内。程序根据管网反馈的水压值与设定值范围进行比较，如果反馈值在设定范围内，则保持状态不变。如果水压大于设定值最大值，则减泵，如水压低于设定值最小值，则加泵，所有泵的启动都采用软启动器。直接运行于工频状态。
软件流程图如下：
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图3.10软件流程图
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第4章 监控程序设计
4.1 WinCC软件简介
西门子公司的WinCC是Windows Control Center(视窗控制中心)的简称。它集成了SCADA、组态、脚本(Script)语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统 集成自动化(TIA)产品的技术先进和无缝集成的特点。全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation)，更是把这种优势推向了前所未有的高度和广度。正是基于这样博大精深的自动化系统，WinCC承袭了西门子公司的TIA产品家族技术先进和相互间无缝集成的特点。这也就意味着，WinCC不是孤立的软件系统,它时刻与以下系统集成在一起。
●与自动化网络系统的集成。从现场总线PROFIBUS到工业以太网，再到PROFINET技术和基于组件的自动化技术CBA(Component-Based Automation)，以及无线通讯解决方案，由于WinCC内置了基于S5/S7协议的通讯系统，并提供了大量面向这些系统和技术的组件，从而为WinCC和这些系统的最优化通讯和良好的互操作性提供了保证。至于在WinCC平台上实现基于PROFIBUS的诊断功能，以及基于以太网的网络管理功能等，更是锦上添花之笔。
●WinCC不仅是可以独立使用的HMI/SCADA系统，而且是西门子公司众多软件系统的重要组件。比如，WinCC是西门子公司DCS系统PCS7的人机界面核心组件，也是电力系统监控软件和能源自动化系统SICAM的重要组成部分。这也许正是WinCC在不到10年的时间，发展成为HMI/SCADA软件领域全球领导品牌的原因之一。
4.2 监控界面
上位机操作界面是与西门子程序相连接，使用户更好的看到恒压供水的流程，更好的了解工作过程。监控画面分为4部分。第一部分是变频器的主界面，点击进入按钮，系统进入登陆界面，在登陆界面内设有用户名，登陆按钮，注销按钮，修改密码按钮，恒压工艺流程按钮，报警按钮，点击相应按钮，相应画面会出现在子窗口内。工艺流程画面内设有实际的效果图，能看到操作结果。低水位时会出现报警。 监控画面如下：
图4.1是进入系统的主界面。也是系统实物图。
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