頁引言水資源與人類的生活和工作中息息相關(guān)，是社會發(fā)展中不可或缺的。隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量越來越高，城市的建設(shè)規(guī)模也越來越大。與此同時，居民生活小區(qū)的密度越來越集中，隨之出現(xiàn)的問題是人們在日常生活中對水的需求自然而然也會越來越大。在我國，傳統(tǒng)小區(qū)的供水系統(tǒng)采用的供水方式是高位水箱、水塔或密閉氣壓罐供水，這種系統(tǒng)將恒速泵用來作為動力源，在電路的控制中用到的低壓電器較多。近幾年，各地城市建設(shè)和規(guī)劃規(guī)模不斷擴(kuò)大，在政府的推動下，城市高層建筑的建造速度如雨后春筍。與現(xiàn)代城市的發(fā)展速度相比，這樣的供水系統(tǒng)相對傳統(tǒng)落后，明顯已經(jīng)跟不上現(xiàn)代人們尤其是處于社區(qū)、機(jī)關(guān)、企業(yè)等場所的居民的生活需要。為了保障現(xiàn)代城市居民對誰的供給需求，根據(jù)各家各戶的需求量從源頭上來控制輸出，即從水廠里控制供給，就必須提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性，并且還要對現(xiàn)有的供水系統(tǒng)進(jìn)行升級改造使其更加經(jīng)濟(jì)安全、高效節(jié)能。本文從小型水廠加壓泵房的角度出發(fā)，針對某小區(qū)居民在生活中對水資源，如生活用水和消防用水的實際需求情況，為社區(qū)的居民提供更加高效的供水方式。小區(qū)的供水方式有：恒速泵加壓供水、氣壓罐供水、高位水箱供水、變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)等。為了適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，將現(xiàn)代精確的控制技術(shù)與精良的產(chǎn)品設(shè)備相結(jié)合，打造出更加高效、更加節(jié)能、適應(yīng)性更強(qiáng)的恒壓供水系統(tǒng)必不可少。水資源在居民工作和生活中的重要性不言而喻，即便出現(xiàn)短時間的停水，也會產(chǎn)生不小的影響。另一方面，在居民樓或者小區(qū)發(fā)生火災(zāi)時，若由于水壓不足導(dǎo)致火勢不能得到有效控制，會造成極大的損失。除此之外，由于小區(qū)內(nèi)居民生活節(jié)奏不同，用水的量也不盡相同，水的供給就會不平衡，供不應(yīng)求則水壓較低，無法到達(dá)較高的樓層；供大于求則水壓較高，會對管網(wǎng)施加一定壓力從而影響其使用壽命。傳統(tǒng)的蓄水池供水方式中，市政將有壓力的水通過管網(wǎng)供給到居民小區(qū)的蓄水池中，再用水泵將水供給高樓層的居民，這種方式不僅消耗了大量能源，還極大的導(dǎo)致了水壓浪費。而且蓄水池到高位水箱的用水供給過程中還會造成二次污染，影響居民健康?；谏鲜銮闆r，將小型水廠陳舊的供水系統(tǒng)改造為新型變頻恒壓供水系統(tǒng)是有必要的。采用西門子可編程控制器(PLC)作為控制核心，變頻器作為執(zhí)行元件，通過PID控制調(diào)節(jié)變頻器輸出，改變小型水廠加壓泵房的電機(jī)轉(zhuǎn)速來保證管網(wǎng)水壓恒定。這樣的變頻恒壓供水系統(tǒng)能根據(jù)反饋的管網(wǎng)水壓來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證正常供水。這類恒壓供水系統(tǒng)不僅投入低，還更加高效節(jié)能，使用的時候也更加穩(wěn)定。恒壓供水系統(tǒng)研究背景和分類恒壓供水系統(tǒng)分類及特點現(xiàn)有供水系統(tǒng)的種類有：水泵直供（單泵、多泵并聯(lián)切換）、高位水箱（塔）供水、氣壓罐供水、變頻調(diào)速恒壓供水、混合型供水等。它們有各自優(yōu)異的地方，各自的缺陷也比較明顯，同時在能源使用的損耗率上也有很大差別?？偟膩碚f，供水系統(tǒng)有以下特點：由用戶決定用水量的多少并根據(jù)自身需求調(diào)控流量的大??；水區(qū)內(nèi)都有“最不利供水點”；所供的水壓必須滿足“最不利供水點”需要。供水系統(tǒng)中的水壓與流量需要保證一定的關(guān)系。以往的供水中主要采用恒速泵加壓供水（如圖1-1），也就是二次加壓供水。水泵在正常運行時，它的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定于額定轉(zhuǎn)速，稱為“恒速”。在日常生活中，用戶用水要求高的時間一般比較短，給水泵設(shè)計的水流量經(jīng)?！耙绯觥?，只能通過閥門進(jìn)行溢流，對能源造成了極大的浪費。圖1-1恒速泵加壓供水1.水池；2.閥門；3.水泵；4.止回閥；5.用戶水龍頭高位水箱供水系統(tǒng)由水泵和高位水箱等構(gòu)成，水泵運行時間相對較少，對能源的節(jié)約率較高，占地面積不大，供水可靠性也更高，對于各類建筑區(qū)域均能高效地供水。但由于水資源需要進(jìn)行多次傳輸，水資源容易受到二次污染，會在一定程度上影響居民的健康。氣壓罐供水系統(tǒng)由罐身、水泵和一些電氣控制元件等構(gòu)成。它采用了空氣壓縮的原理，將罐身和氣囊中間的氣體進(jìn)行壓縮可以慢慢將壓力卸載。這種供水系統(tǒng)能減少電機(jī)的啟停次數(shù)，延長了水泵的使用壽命。變頻調(diào)速恒壓供水自動控制系統(tǒng)由可編程控制器、變頻器、水泵機(jī)組、壓力傳感器、工控機(jī)以及控制柜等構(gòu)成。[1]這類供水系統(tǒng)在現(xiàn)代控制技術(shù)和電氣技術(shù)的基礎(chǔ)上有了比較完善的功能，通過可編程控制器的控制，利用變頻器對水泵電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)控，最終使供水管中的壓力趨于穩(wěn)定。這種系統(tǒng)節(jié)能效果明顯、穩(wěn)定可靠、操作簡單，與各種以前的供水方式相比，大大地提高了人們生活的便利性。變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有以下幾個特點:1）對能源的損耗較少2）設(shè)備投入較少，工作效率高3）使用方便，功能齊全。4）安全衛(wèi)生5）管理簡便本課題產(chǎn)生的背景和意義在生活中，自來水公司供水的水壓基本只能夠平地供用，只要有住房的區(qū)域都需要有自己增加水壓的裝置，否則，水壓不夠的話水就無法到達(dá)較高的樓層。因此，供水系統(tǒng)在我們生活中的應(yīng)用非常廣泛。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)通過水泵電機(jī)進(jìn)行加壓，再將水送至水塔保存，等待用戶使用。而我國的水泵和風(fēng)機(jī)用電量大概占發(fā)電量的四分之一，其中供水系統(tǒng)在高樓的用電量中就占了百分之十左右，耗能極大。傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)中，水泵電機(jī)需要不斷的啟停，會縮短電機(jī)的壽命，還會增大電網(wǎng)中另外一些運行中設(shè)備的負(fù)擔(dān)。除此之外，由于慣性的存在，在供水過程中，閥門打開或關(guān)閉時水壓過高，沖力過大會造成水管破裂，久而久之也會破壞閥門和水泵，這樣的現(xiàn)象叫做“水錘效應(yīng)”。綜上所述，傳統(tǒng)供水方式耗能極高，不僅需要大量投入設(shè)備，還需要定期清理水箱，增加了資本投入；有健康隱患，供水過程繁雜，容易造成二次污染，影響居民的健康；浪費能源，需要多次加壓供水，資源利用率低，不符合現(xiàn)代居民的生活標(biāo)準(zhǔn)，也跟不上現(xiàn)代居民的生活節(jié)奏；有安全隱患，由于“水錘效應(yīng)”的存在，管道壓強(qiáng)可能達(dá)到正常壓強(qiáng)幾十倍，會降低管道使用壽命，影響供水安全。為了改變這些狀況，應(yīng)該使用更加現(xiàn)代科學(xué)的供水方式來將傳統(tǒng)供水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，變頻調(diào)速恒壓供水正好能達(dá)到要求。變頻調(diào)速供水系統(tǒng)采用軟啟動，不需要頻繁啟動。整個供水系統(tǒng)編程方法多樣、操作簡單、方便快捷、設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，避免了由于電機(jī)頻繁啟動和停止導(dǎo)致的沖擊；投入設(shè)備少，節(jié)約了能耗，避免了蓄水池到水塔的供給過程中造成的二次污染；還能根據(jù)用水量的變化，控制水泵均衡工作，減輕了水泵負(fù)擔(dān)，避免了“水錘效應(yīng)”導(dǎo)致的水壓劇烈變化造成的供水設(shè)備劇烈損耗。如今，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)已經(jīng)在高度集中的住宅區(qū)及高層建筑的居民用水和消防用水中得到廣泛應(yīng)用，效果十分突出?？偟膩碚f，變頻恒壓供水系統(tǒng)中包含了各種現(xiàn)代化的控制技術(shù)與電氣技術(shù)元件，優(yōu)點十分突出。這類系統(tǒng)操作簡單、占地面積小、運行起來穩(wěn)定可靠、管理方便而且節(jié)能效果極好。所以，對于變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究，在能源日漸枯竭的現(xiàn)代來說，不僅節(jié)約了能源，還極大程度地方便了人們的生活，提高了生活效率和工作效率，意義非凡。變頻恒壓供水現(xiàn)況變頻恒壓供水的發(fā)展在上個世紀(jì)70年代初，變頻器技術(shù)問世。當(dāng)時，人們對脈寬調(diào)制變壓變頻技術(shù)的研究很感興趣。到了80年代，PWM模式在研究人員的努力下應(yīng)用在了一些產(chǎn)品上，投入到市場中也產(chǎn)生了一定的反響。但是由于產(chǎn)品還存在一些弊端，并未得到大范圍使用。直到人們又研究出了矢量控制變頻調(diào)速，但是這類產(chǎn)品在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用還是不盡人意。1985年，直接轉(zhuǎn)矩控制變頻技術(shù)出現(xiàn)并成功應(yīng)用在大功率傳動上，變頻技術(shù)在控制領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用從此開始。變頻恒壓供水系統(tǒng)中的各個部分共同組成一個閉環(huán)系統(tǒng)，它的特點是能將供水管網(wǎng)中的水壓保持在設(shè)定值并保證用戶供水需求的不同。早期時候，變頻器應(yīng)用在恒壓供水系統(tǒng)中投資成本較高，需要單獨的變頻器控制水泵電機(jī)運行。后來，隨著科技的發(fā)展，為了契合人們對變頻恒壓供水系統(tǒng)的需求，有的公司將變頻產(chǎn)品增加了恒壓功能，專們在供水系統(tǒng)中使用，簡化了結(jié)構(gòu)并且降低了成本。近幾年來，隨著IGBT功率元件和DSP微處理系統(tǒng)在變頻器中的應(yīng)用，變頻器本身已非常成熟，使得變頻調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性更加突出，傳動效率越來越高，使用越來越方便，可靠性也得到了進(jìn)一步的提高。[2]在產(chǎn)品研發(fā)和制造中，我國大多數(shù)公司還是參考了國外一些供水行業(yè)技術(shù)相對先進(jìn)的公司，在變頻產(chǎn)品的設(shè)計和制造時，大多還是仿照國外的思路?？傮w來說，采用了變頻技術(shù)的恒壓供水系統(tǒng)中，電機(jī)可以實現(xiàn)軟啟動，能起到一定緩沖效果，降低對電網(wǎng)的沖擊。這樣一來電網(wǎng)中運行設(shè)備的負(fù)擔(dān)也減輕了，能延長設(shè)備的使用壽命。在日常生活的運用中，恒壓供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有待提高，隨著時代的發(fā)展，技術(shù)的變革，供水系統(tǒng)也還有更大的改進(jìn)空間。變頻恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用在生活和工作中，不論是小區(qū)還是機(jī)關(guān)單位，城鎮(zhèn)還是農(nóng)村，小餐館還是大工廠，都離不開水，因此恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。恒壓供水系統(tǒng)的應(yīng)用主要有以下幾類：城鎮(zhèn)區(qū)域的自來水廠，供水站。居民生活區(qū)域和小區(qū)樓道消防系統(tǒng)。賓館、飯店和一些商業(yè)地方的正常用水。油田、泵站和工廠的供水系統(tǒng)。鍋爐和熱水管道的冷卻系統(tǒng)。本次設(shè)計的主要工作在用水需求的刺激下，我國目前在供水系統(tǒng)中對變頻器的使用越來越多，傳統(tǒng)供水系統(tǒng)的改進(jìn)已經(jīng)成為必然趨勢。本課題主要研究了小型水廠加壓泵房中使用的變頻恒壓供水系統(tǒng)。整個系統(tǒng)在可編程控制器的控制下，可以通過變頻器的PID控制改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于各個時段用水需求不同，供水量因此也不同，各類參數(shù)在系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)節(jié)下最終處于動態(tài)平衡，就能達(dá)到恒壓供水的目的。本文研究的主要內(nèi)容如下:所要達(dá)到系統(tǒng)要求的分析，各種電氣設(shè)備、控制器件的選擇；繪制系統(tǒng)電氣原理圖、元器件布置圖、接線圖、程序流程圖；編寫系統(tǒng)的運行程序；完成系統(tǒng)仿真調(diào)試；按相關(guān)文件規(guī)定要求相應(yīng)數(shù)量專業(yè)文獻(xiàn)（含英文文獻(xiàn)），完成英文文獻(xiàn)翻譯，按照學(xué)院對畢業(yè)論文的要求編寫設(shè)計系統(tǒng)的說明書。將PLC和變頻器結(jié)合的恒壓供水系統(tǒng)可以有效適應(yīng)各個時段不同區(qū)域、不同用戶群的用水需求。本設(shè)計中有三臺水泵，一般情況下有兩臺處于工作狀態(tài)，運行方式為變頻+工頻，另一臺水泵則作為備用。PLC根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)，自動處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行運算，控制變頻器輸出一定頻率或者自動切換水泵，最終使管網(wǎng)壓力達(dá)到設(shè)定值。總體方案設(shè)計水泵的工作原理水泵是一種能將液體在一定距離內(nèi)進(jìn)行傳送并增壓的機(jī)械設(shè)備。水泵的實用性極強(qiáng)，在各種復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中都能使用，不僅能輸送水、油等液體，還能輸送液、氣等混合物?，F(xiàn)代城市的水利工程、化學(xué)工業(yè)和日常生活中都離不開水泵的身影。供水系統(tǒng)中使用的是離心泵（如圖2-1所示）。它是離心力和氣壓共同運用產(chǎn)生的機(jī)械產(chǎn)品。使用時將水泵啟動并在泵內(nèi)倒?jié)M液體，葉輪和里面的液體會在電機(jī)帶動下高速旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，液體會在管道引導(dǎo)下甩出水泵，隨后泵內(nèi)液體減少形成真空低壓區(qū)，由于氣壓的存在，液體會通過導(dǎo)管被抽進(jìn)泵內(nèi)。整個過程持續(xù)進(jìn)行，就能實現(xiàn)液體傳輸?shù)墓δ?。圖2-1離心泵原理離心泵有以下性能特點：符合流體力學(xué)，高效節(jié)能結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便電機(jī)和水泵同軸，運行平穩(wěn)，安全可靠使用不銹鋼軸套，軸的壽命較高采用封閉式軸承，保養(yǎng)方便采用兩道面密封，效果優(yōu)異電動機(jī)的調(diào)速原理在供水系統(tǒng)中采用的多是三相異步電機(jī)，轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(1?s)p n：轉(zhuǎn)速f：電源頻率p：電機(jī)的磁極對數(shù)s：轉(zhuǎn)差率。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速為了保證其較大的調(diào)速范圍一般采用串級調(diào)速的方式，其最大優(yōu)點是它可以回收轉(zhuǎn)差功率，節(jié)能效果好，且調(diào)速性能也好，但由于線路過于復(fù)雜，增加了中間環(huán)節(jié)的電能損耗[3]。轉(zhuǎn)差率s一般是定值，而轉(zhuǎn)速n和電源頻率f是同步增大或同步減小的。也就是說，控制電源的頻率就可以達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。由于一般情況下電機(jī)有一定的工作頻率，這種方法將極大程度地影響電機(jī)的使用性能。隨著科技的發(fā)展，在變頻調(diào)速領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)了多種性能可靠，效果顯著的調(diào)速裝置，他們在生活中的應(yīng)用越來越廣泛，在也一定程度上更加推動了這個行業(yè)的發(fā)展。變頻恒壓供水的能耗分析離心式水泵在工業(yè)和居民生活小區(qū)的給水系統(tǒng)中的應(yīng)用十分廣泛。它的揚(yáng)程、功率及效率的關(guān)系曲線見圖2-2，水泵變頻調(diào)速的揚(yáng)程和流量關(guān)系曲線見圖2-3。圖2-2離心泵揚(yáng)程、功率及效率的關(guān)系Q—流量；H—水泵的揚(yáng)程曲線；在系統(tǒng)運行時，使用變頻器就可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制水泵的轉(zhuǎn)速。這種方式運用起來不僅簡單便捷，還能降低能耗，有效滿足人們用水的需求。圖2-3水泵變頻調(diào)速時的揚(yáng)程和流量關(guān)系泵的特性曲線N與管道阻力曲線DE的交點A，就是泵在正常使用時的工作點。[4]在恒壓供水系統(tǒng)中，想要穩(wěn)定供水管道中的水壓需要控制供水量，而壓力、供水能力和用戶的需求都會隨時間不斷改變，整個系統(tǒng)的目的就是保證它們時刻處于動態(tài)平衡狀態(tài)。如：水廠供水能力大于用戶用水需求，則管道壓力增大，需要減少供水量；如：水廠供水能力小于用戶用水需求，則管道壓力減小，需要增加供水量；如：水廠供水能力等于用戶用水需求，則管道壓力穩(wěn)定不變，供水量不變。由此可見，供水系統(tǒng)中的壓力傳感器的數(shù)據(jù)反饋至PLC，根據(jù)管網(wǎng)水壓的變化，PLC才能通過變頻器來調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。保持供水系統(tǒng)中某處壓力的恒定，也就保證了使該處的供水能力和用水流量處于平衡狀態(tài)，恰到好處地滿足了用戶所需的用水流量，這就是恒壓供水所要達(dá)到的目的。[5]從根本上來看，隨時根據(jù)用戶需求改變水量輸出，才可以更有效地達(dá)到節(jié)能減排的效果。變頻恒壓供水系統(tǒng)組成及原理變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成PLC控制的變頻恒壓供水系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，主要由變頻器、可編程控制器、壓力變送器和現(xiàn)場的水泵機(jī)組構(gòu)成。[6]整個恒壓供水系統(tǒng)分為以下三類（如圖2-4所示）：(l)功能部分：功能部分由兩臺工作泵和一臺備用泵組成。用戶用水需求不大的時候只有一臺水泵在變頻器控制下根據(jù)用水量的變化變頻工作，通過PLC發(fā)出的指令調(diào)控電機(jī)的轉(zhuǎn)速，隨時維持穩(wěn)定的管網(wǎng)水壓；用水量增大的時候，變頻器輸出頻率增大，水泵功率也逐漸增大，如果達(dá)到50Hz依舊不能滿足需求時，此水泵在程序指令操控下變?yōu)楣ゎl穩(wěn)定運行，同時再將另一臺水泵投入供水系統(tǒng)中使用，在變頻器控制下隨著用水量的變化變頻運行。除此之外，另有一臺備用泵用于定時更換，在其中任意一個泵的使用時長達(dá)到要求時換成備用泵，防止使用中的水泵出現(xiàn)故障。(2)信號檢測部分：信號檢測部分負(fù)責(zé)對正常供水時需要反饋的一些物理信號進(jìn)行檢測，如管網(wǎng)水壓、水池水位和報警等信號。其中，管網(wǎng)水壓信號需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后輸入到PLC中，再通過變頻器控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速即可調(diào)節(jié)水壓；水池水位信號反映了電機(jī)啟動的情況下水池的水源能否滿足需要，避免水泵空抽；報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行，系統(tǒng)危險運行的情況下會發(fā)出警報，用于保護(hù)恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)備以及保證用戶用水安全。(3)控制部分：控制部分由可編程控制器系統(tǒng)、變頻器和電氣控制的相關(guān)設(shè)備組成。它負(fù)責(zé)采集供水系統(tǒng)中需要反饋的信號并得出控制方案；變頻器根據(jù)用戶的用水需求來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)供水量，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓恒定；電氣控制的相關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)監(jiān)測水泵的使用情況，執(zhí)行切換水泵的功能。圖2-4變頻恒壓供水系統(tǒng)各組成部分變頻恒壓供水系統(tǒng)的原理變頻恒壓供水系統(tǒng)中（如圖2-5所示），管網(wǎng)水壓的基本參數(shù)是提前設(shè)定好的。管道上的壓力傳感器將信號反饋到PLC中，變頻器將處理后的數(shù)據(jù)以運行頻率的形式進(jìn)行輸出控制。這樣一來，運行頻率的變化可以改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而可調(diào)節(jié)供水量。[7]在供水過程中，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器輸出決定，水泵電機(jī)的數(shù)量由變頻頻率的限值決定，管網(wǎng)水壓在電機(jī)轉(zhuǎn)速和水泵電機(jī)數(shù)量的調(diào)控下在一定范圍內(nèi)達(dá)到動態(tài)恒定，以此保證用戶用水需求。圖2-5變頻恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)共有三臺水泵，兩用一備，驅(qū)動方式為“變頻+工頻”。如果一臺水泵連續(xù)運行時間達(dá)到3h，則交換水泵使用順序，另外，任意水泵累計運行時間達(dá)到24h立刻將其替換為備用泵并重啟系統(tǒng)。首先，變頻器拖動水泵M1變速運行，隨著用戶需求增加，供水壓力減小，水泵M1工作頻率增加，使供水壓力增加至設(shè)定值時穩(wěn)定運行；若水泵M1頻率達(dá)到50Hz仍不能達(dá)到用水要求，保持30S后，水泵M1切換為工頻運行，增加水泵M2在變頻器控制下作變頻調(diào)速調(diào)節(jié)水壓，如還不能滿足用水需求，則發(fā)出警報；用戶需求減小時，供水壓力增加，水泵M1工作頻率下降，使供水壓力減小至設(shè)定值時穩(wěn)定運行；若水泵M2達(dá)到0Hz時的供水量仍超出用水要求，保持30S后，關(guān)掉水泵M2，變頻器拖動水泵M1變速運行。除此之外，為了防止水泵出現(xiàn)故障，當(dāng)某臺水泵使用時長超過24h時，將其更換為備用水泵M3，重新將其作為變頻泵使用。實際情況下，水泵切換的判斷條件如下：加泵條件：且延時判別成立(2.2)減泵條件：且延時判別成立 (2.3)：上限頻率 ：下限頻率 ：設(shè)定壓力 ：反饋壓力系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLC的概述PLC概述可編程邏輯控制器簡稱PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController），是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。[8]它由中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入輸出接口（I/O模塊）、通信接口和電源組成。[9]可編程控制器操作便捷、工作可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、功能強(qiáng)大，在現(xiàn)代工業(yè)自動化中具有舉足輕重的地位。S7-1200CPU及其擴(kuò)展模塊的選型S7-1200目前有3款CPU（如表3-1），分別為CPU1211C（不支持信號擴(kuò)展模塊，支持3路高速計數(shù)器），CPU1212C（支持2個信號擴(kuò)展模塊，支持4路高速計數(shù)器），CPU1214C（支持8個信號擴(kuò)展模塊，支持8路高速計數(shù)器）。每款CPU都自帶一個PROFINET接口，還可以通過開放的以太網(wǎng)與其它設(shè)備進(jìn)行連接。擴(kuò)展模塊分為信號模塊、通信模塊和通信板（如圖3-2）。表3-1S7-1200CPU分類及訂貨號CPU訂貨號CPU1211CCPU1211CDC/DC/DC6ES7211-1AD30-0XBOCPU1211CAC/DC/繼電器6ES7211-1BD30-0XBOCPU1211CDC/DC/繼電器6ES7211-1HD30-0XBOCPU1212CCPU1212CDC/DC/DC6ES7212-1AD30-0XBOCPU1212CAC/DC/繼電器6ES7212-1BD30-0XBOCPU1212CDC/DC/繼電器6ES7212-1HD30-0XBOCPU1214CCPU1214CDC/DC/DC6ES7214-1AD30-0XBOCPU1214CAC/DC/繼電器6ES7214-1BD30-0XBOCPU1214CDC/DC/繼電器6ES7214-1HD30-0XBO表3-2模塊分類及訂貨號信號模塊、通信模塊和信號板訂貨號信號模塊SM12218x24VDC輸入6ES7221-1BF30-0XBOSM122116x24VDC輸入6ES7221-1BH30-0XBOSM12228x24VDC輸入6ES7222-1BF30-0XBOSM122216x24VDC輸入6ES7222-1BH30-0XBOSM12228x繼電器輸出6ES7222-1HF30-0XBOSM122216x繼電器輸出6ES7222-1HH30-0XBOSM12238x24VDC輸入/8x24VDC輸出6ES7223-1BH30-0XBOSM122316x24VDC輸入/16x24VDC輸出6ES7223-1BL30-0XBOSM12238x24VDC輸入/8x繼電器輸出6ES7223-1PH30-0XBOSM122316x24VDC輸入/16x繼電器輸出6ES7223-1PL30-0XBOSM12314x模擬量輸入6ES7231-4HD30-0XBOSM12318x模擬量輸入6ES7231-4HF30-0XBOSM12322x模擬量輸出6ES7232-4HB30-0XBOSM12324x模擬量輸出6ES7232-4HD30-0XBOSM12344x模擬量輸入/2x模擬量輸出6ES7234-4HE30-0XBO通信模塊CM1241RS2326ES7241-1AH30-0XBOCM1241RS4856ES7241-1CH30-0XBO信號板SB12232x24VDC輸入/2x24VDC輸出6ES7223-0BD30-0XBOSB12321路模擬量輸出6ES7232-4HA30-0XBO小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)中，共有10個數(shù)字量輸入、10個數(shù)字量輸出、2個模擬量輸入和1個模擬量輸出。因此，CPU選用1214CAC/DC/繼電器（包含14個數(shù)字量輸入和10個數(shù)字量輸出），在此基礎(chǔ)上，再擴(kuò)展一個SM1234模塊（包含4個模擬量輸入和2個模擬量輸出）就能滿足設(shè)計需求。變頻器的概述變頻器的構(gòu)成變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。[10]變頻器靠內(nèi)部IGBT來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。[11]隨著時代的進(jìn)步，變頻器的性能越來越完善，它在生產(chǎn)生活中得到的應(yīng)用也越來越廣泛。變頻器（如圖3-1所示）由主電路和控制電路組成，主電路的功能是改變電機(jī)的電壓和頻率，包括整流器、中間電路、逆變器等，控制電路的功能是控制電機(jī)的動作狀態(tài)。圖3-1變頻器的組成變頻器的應(yīng)用與選型變頻調(diào)速包括了各類電控技術(shù)與智能控制，它的出現(xiàn)在電氣傳動控制領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響。除了能在風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載上應(yīng)用以外，還可以廣泛應(yīng)用于傳送、起重、擠壓等各種機(jī)械設(shè)備的控制領(lǐng)域。[12]不僅能使能源得到更好的利用，還能提高工藝制作的質(zhì)量、提高生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度。在變頻器領(lǐng)域中，德國西門子公司的變頻器研發(fā)出來之后，解決了行業(yè)內(nèi)一些復(fù)雜的難題。該公司生產(chǎn)的M4系列變頻器的驅(qū)動功能十分強(qiáng)大，得到了市場的認(rèn)可，這個系列的變頻器分別是：MM410，MM420，MM430和MM440。其中MM440變頻器的響應(yīng)性能和驅(qū)動性能優(yōu)異，在負(fù)載發(fā)生劇變時的控制效果也十分理想，能對電機(jī)起到有效的保護(hù)，特別適合用來帶動變頻恒壓供水系統(tǒng)的水泵電機(jī)。MM440變頻器對電源電壓的適應(yīng)性高，單相電源和三相電源都能使用，能帶動的功率范圍是0.12W到250kW，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。水泵電機(jī)功率計算公式為：（3.1）在小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)設(shè)計中，水廠的最大供水量Q為500m3/h，水的密度ρ=1000kg/m3，加速度g=9.8m/s2，效率η=0.85，總功率P=29.8KW。所以，每臺水泵電機(jī)所需最大功率=9.9KW，選擇三相異步電機(jī)，AC380V，功率15kW，能有效滿足設(shè)計需求。傳感器的選型傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它的存在是為了方便人們在探究世界的時候，能更準(zhǔn)確地從外界獲取信息。根據(jù)人們的需求不同，傳感器的分類也多種多樣，可以測量物理量；也能輸出模擬量、輸出數(shù)字信號；還能將非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號、非電量信號轉(zhuǎn)換為電參數(shù)。本設(shè)計中需要用到的有壓力傳感器和液位傳感器。前者用于管網(wǎng)水壓壓強(qiáng)信號的反饋，在恒壓供水系統(tǒng)中是必不可少的存在。液位傳感器用于水池液位信號檢測，防止液位過低導(dǎo)致水泵空抽，最終損壞設(shè)備。在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，壓力范圍是0到1.0Mpa。所以，壓力變送器選擇水，氣，油通用的美控MIK-P300，它的輸出信號范圍是4-20mA，能測量的水壓范圍是0到5.0Mpa。它有抗老化、抗沖擊、密閉性好等優(yōu)點。液位傳感器采用靜壓投入式液位變送器，它可以輸出4～20mA的信號，擁有穩(wěn)定性好、能保護(hù)電路、結(jié)構(gòu)精簡等優(yōu)點，在供排水行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛。遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊選型巨控科技公司生產(chǎn)的GRM530無線通訊模塊多用在遠(yuǎn)程監(jiān)控項目中。它能實現(xiàn)的功能有PLC遠(yuǎn)程下載上傳和監(jiān)控；觸摸屏遠(yuǎn)程下載；組態(tài)軟件遠(yuǎn)程監(jiān)控；手機(jī)APP和電腦瀏覽器遠(yuǎn)程監(jiān)控PLC；PLC短信報警、查詢、控制。它具有以下特性:抗干擾和穩(wěn)定性強(qiáng)，可直接安裝在含大功率電氣設(shè)備的電柜中。使用簡單，無需任何固定IP和服務(wù)器，電腦能上網(wǎng)即可遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)?？赏瑫r支持局域網(wǎng)和全球范圍內(nèi)因特網(wǎng)監(jiān)控。利用成熟的4G網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)，速度穩(wěn)定。系統(tǒng)主電路和控制電路設(shè)計本系統(tǒng)共有三臺水泵、一個變頻器，其中兩臺水泵采用“變頻+工頻”的方式運行，另外一臺水泵作為備用泵。任意水泵累計使用時間達(dá)到24h則替換為備用泵并重啟系統(tǒng)?；赑LC的變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖（如圖3-2所示）中，三臺水泵電機(jī)編號為M1、M2、M3；接觸器KM控制三臺水泵電機(jī)的工頻運行和變頻運行；；FR為熱繼電器，防止電機(jī)過載；QF是斷路器，起過載保護(hù)和短路保護(hù)作用；FU為主電路的熔斷器，對電路起短路保護(hù)作用。電路中同時只能有一臺電機(jī)變頻運行，供水過程中同一臺電機(jī)變頻和工頻狀態(tài)不會并存。電機(jī)變頻運行時，先將連接工頻的斷路器和接觸器斷開，變頻器的斷路器QF1接通，將需要變頻運行的電機(jī)相應(yīng)的接觸器KM接通即可；電機(jī)工頻運行時，變頻器的斷路器QF1端和連接變頻的接觸器斷開，將需要工頻運行的電機(jī)相應(yīng)的斷路器QF和接觸器KM接通即可。圖3-2變頻恒壓供水系統(tǒng)主電路圖基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖（如圖3-3所示）中，SA為制動操作模式和手動操作模式轉(zhuǎn)換開關(guān)。SA置于3時，系統(tǒng)運行狀態(tài)由PLC自動操作；SA置于4時，系統(tǒng)運行狀態(tài)通過按鈕人工操作。控制電路中共有SB1到SB8共8個按鈕，其中SB1到SB6分別用于手動控制三臺水泵變頻和工頻運行。SB7為消防用水按鈕，按下即可增大管網(wǎng)水壓以此增加出水量。SB8為消鈴按鈕，用于解除警報狀態(tài)。HL5為水位下限報警燈，HL6為變頻故障報警燈，HA為報警電鈴。圖3-3變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計PLC的IO分配表及接線圖基于PLC的小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)設(shè)計的基本要求如下：(1)在實際生活中，用戶在白晝和夜間的用水需求差別較大，因此采用兩種供水模式，兩種情況下默認(rèn)的管網(wǎng)水壓不同。用戶在白晝的用水需求較大，供水系統(tǒng)的管網(wǎng)水壓需要偏高；用戶在夜間用水需求較小，供水系統(tǒng)的管網(wǎng)水壓需要偏低。(2)為了避免水泵長時間使用出現(xiàn)故障，若一臺水泵連續(xù)運行時間超過24h，則要切換為備用泵。并且水泵連續(xù)運行時間超過3h需要交換水泵的使用順序。(3)為了降低能耗、維護(hù)電機(jī)使用壽命，各水泵遵循先啟先停原則。(4)三臺水泵電機(jī)均為軟啟動，控制方式分為手動和自動，在緊急情況下或設(shè)備檢修時可臨時調(diào)整為手動操控使用。(5)系統(tǒng)具備自動報警功能，水源水位不足或設(shè)備故障等緊急情況時發(fā)出警報。根據(jù)以上控制要求，整理出整個系統(tǒng)控制過程所需的數(shù)字量輸入信號及其分配地址如表4-1所示，模擬量輸入信號及其分配地址如表4-2所示，數(shù)字量輸出信號及其分配地址如表4-3所示，模擬量輸出信號及其分配地址如表4-4所示。表4-1PLC數(shù)字量輸入分配表序號名稱PLC地址1泵1變頻反饋%I0.02泵1工頻反饋%I0.13泵2變頻反饋%I0.24泵2工頻反饋%I0.35泵3變頻反饋%I0.46泵3工頻反饋%I0.57消防用水%I0.68消鈴按鈕%I0.79水位下限%I1.010自動手動模式選擇開關(guān)%I1.111變頻故障%I1.2表4-2PLC模擬量輸入分配表序號名稱PLC地址1壓力傳感器%IW962變頻頻率反饋%IW98表4-3PLC數(shù)字量輸出分配表序號名稱PLC地址1泵1號變頻啟動%Q0.02泵1號工頻啟動%Q0.13泵2號變頻啟動%Q0.24泵2號工頻啟動%Q0.35泵3號變頻啟動%Q0.46泵3號工頻啟動%Q0.57生活/消防電磁閥%Q0.68水位下限報警燈%Q0.79變頻故障報警燈%Q1.010報警電鈴%Q1.1表4-4PLC模擬量輸出分配表序號名稱PLC地址1變頻頻率控制信號%QW96小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)的PLC輸入和輸出接線圖見圖4-1所示。220V交流電接PLC的L和N；24V直流電接PLC的輸入1M和PLC輸入公共端；24V接PLC的輸出1L、2L和PLC的輸出公共端；24V直流電接擴(kuò)展模塊SM1234的L+、M。KM1和KM2是泵1變頻工作和工頻工作的接觸器；KM3和KM4是泵2變頻工作和工頻工作的接觸器；KM5和KM6是泵3變頻工作和工頻工作的接觸器。KA2/KA3/KA4分別是泵1泵2泵3故障的中間繼電器。圖4-1S7-1200CPU和SM1234模塊接線圖系統(tǒng)軟件設(shè)計分析系統(tǒng)控制過程分析在小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)設(shè)計中，最根本的目的時保證管網(wǎng)水壓的恒定。于是，在水壓變化時，變頻器要根據(jù)傳感器反饋到可編程控制器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，到臨界情況時，還需要增減電機(jī)。傳感器對供水管網(wǎng)中的水壓進(jìn)行測定，反饋到可編程控制器中和設(shè)定的值對比，通過PID控制來調(diào)節(jié)變頻器的輸出值。若水壓過低，變頻器輸出頻率增大，到最大值時，延時一段時間增加水泵；若水壓過高，變頻器輸出頻率減小，到最小值時延時一段時間減少水泵，直到水壓繼續(xù)減小，全部水泵停止工作。PID控制理論在PID控制器調(diào)節(jié)中，輸出控制量的大小與測量值和設(shè)定值之間的偏差成正比，偏差越大，輸出越大。PID控制分為以下3個內(nèi)容：P:為比例帶，它設(shè)定值越小，靈敏度越高，穩(wěn)定性越低。I為積分時間，積分運算的目的是為了消除靜態(tài)誤差，將控制量向使偏差消除的方向移動。D:為微分時間，積分的作用是根據(jù)偏差產(chǎn)生的速度對輸出量進(jìn)行修正，彌補(bǔ)消除其積分時間的不足。綜上所述，將比例作用的快速性，積分時間作用的徹底性，微分時間作用的超前性這三項的優(yōu)點結(jié)合起來，就構(gòu)成了較為理想的PID調(diào)節(jié)器。PLC內(nèi)部使用地址在程序編寫時，自定義了部分PLC內(nèi)部使用內(nèi)存位地址，如表4-5、表4-6和表4-7：表4-5PLC內(nèi)部地址名稱PLC地址泵1變頻泵2停止泵3停止%M0.0泵1變頻泵2停止泵3停止變頻切換%M0.1泵1工頻泵2變頻泵3停止%M0.2泵1工頻泵2變頻泵3停止增泵切換變頻%M0.3泵1工頻泵2工頻泵3變頻%M0.4泵1工頻泵2停止泵3變頻%M0.5泵1停止泵2停止泵3變頻%M0.6泵3變頻泵1停止泵2停止變頻切換%M0.7泵1變頻泵2停止泵3工頻%M1.0泵1變頻泵2停止泵3工頻增泵切換變頻%M1.1泵1工頻泵2變頻泵3工頻%M1.2泵1工頻泵2變頻泵3停止(1)%M1.3泵1停止泵2變頻泵3停止%M1.4泵2變頻增泵變頻切換定時到%M1.5泵1停止泵2工頻泵3變頻%M1.6泵1停止泵2工頻泵3變頻變頻切換%M1.7泵1變頻泵2工頻泵3工頻%M2.0泵1變頻泵2停止泵3工頻(1)%M2.1泵1工頻泵2停止泵3變頻變頻切換%M2.2泵1工頻泵2變頻泵3停止增泵切換變頻(1)%M2.3泵1工頻泵2變頻泵3停止增泵切換變頻(2)%M2.4泵1變頻增泵定時到%M10.0泵1變頻增泵變頻切換定時到%M10.1泵1工頻泵2變頻泵3停止增泵定時到%M10.2泵1工頻泵2變頻泵3停止，增泵切換變頻定時到%M10.3泵1工頻泵2工頻泵3變頻減泵定時到%M10.4泵1工頻泵2停止泵3變頻減泵定時到%M10.5泵3變頻增泵定時到%M11.0泵3變頻增泵變頻切換定時到%M11.1泵1變頻泵2停止泵3工頻增泵定時到%M11.2泵1變頻泵2停止泵3工頻增泵切換變頻定時到%M11.3泵1工頻泵2變頻泵3工頻減泵定時到%M11.4泵1工頻泵2變頻泵3停止減泵定時到%M11.5泵2變頻增泵定時到%M12.0泵1停止泵2變頻泵3停止增泵定時到%M12.1泵1停止泵2工頻泵3變頻增泵定時到%M12.2泵1停止泵2工頻泵3變頻增泵切換變頻定時到%M12.3泵1變頻泵2工頻泵3工頻減泵定時到%M12.4泵1變頻泵2停止泵3工頻減泵定時到%M12.5泵1工頻泵2變頻泵3停止減泵定時到(1)%M13.0泵1變頻泵2停止泵3工頻減泵定時到(1)%M13.1泵1停止泵2工頻泵3變頻減泵定時到%M13.2Tag_11%MB14泵1工頻泵2停止泵3變頻增泵定時到%M14.0Tag_3%M14.2Tag_4%M14.3Tag_5%M14.5Tag_6%M14.6Tag_7%M15.0自動運行使能條件%M20.0表4-6DB1模擬讀取數(shù)據(jù)地址名稱PLC地址備注變頻器頻率反饋DB1.DBD0保存檢測的反饋頻率值壓力讀取DB1.DBD4保存檢測的壓力值表4-7DB2參數(shù)設(shè)定數(shù)據(jù)地址名稱PLC地址備注壓力設(shè)定DB2.DBD0設(shè)定控制壓力變頻輸出高設(shè)定DB2.DBD4設(shè)定變頻輸出高，增泵變頻輸出變頻輸出低設(shè)定DB2.DBD8設(shè)定變頻輸出低，減泵變頻輸出壓力測量范圍設(shè)定DB2.DBD12設(shè)定壓力測量范圍PLC程序設(shè)計PLC程序用西門子公司的TIAPortalV15博途軟件進(jìn)行編寫。博途軟件作為自動化行業(yè)中首個將工程組態(tài)和軟件編寫結(jié)合的軟件，在自動化項目應(yīng)用上有著舉足輕重的地位。程序使用結(jié)構(gòu)化方式進(jìn)行編程，主程序循環(huán)執(zhí)行的過程中，對需要用到的程序進(jìn)行調(diào)用。本設(shè)計的程序中，F(xiàn)C1-FC8是水泵增減需要調(diào)用的程序塊。除此之外，OB30是中斷程序，在運行過程中循環(huán)執(zhí)行，用于PID控制。首先，在項目樹的PLC_1--PLC變量文件夾下，建立程序編寫需要用到的所有變量，然后進(jìn)行程序的編寫。圖4-2變量表的建立詳細(xì)的程序如下：OB1：主程序OB30FC1：第一變頻增泵FC2：泵3變頻減泵FC3：泵3變頻增泵FC4：泵2變頻減泵FC5：泵2變頻增泵FC6：泵1變頻減泵FC7：兩臺泵同時運行減泵FC8：兩臺泵同時運行增泵觸摸屏組態(tài)設(shè)計及系統(tǒng)仿真組態(tài)控制原理西門子公司研發(fā)的TIA博途軟件能很好的將組態(tài)界面和編程環(huán)境融合，是一款實用性極高的自動化軟件。用戶在這樣的編程環(huán)境下，通過這樣一款工程軟件，能夠?qū)帉懙南到y(tǒng)快速便捷地進(jìn)行開發(fā)和調(diào)試。TIA博途軟件擁有強(qiáng)大的平臺，它將項目所需的硬件組態(tài)在一起，方便了用戶對其中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，還能實現(xiàn)用戶對程序的編程和調(diào)試，在系統(tǒng)提供的服務(wù)人性化的基礎(chǔ)上還上保證了操作的統(tǒng)一性，大大提高了用戶完成項目的效率。TIA博途軟件集軟硬件調(diào)試和系統(tǒng)仿真于一體，提高了系統(tǒng)的可操作性，保證了系統(tǒng)的自動化程度。用戶可以在軟件中對西門子公司的可編程控制器、HMI人機(jī)界面以及驅(qū)動設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，不僅減少了操作步驟，還有效降低了項目研發(fā)成本。設(shè)備組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和HMI組態(tài)設(shè)備組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D在小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)中，需要用到的CPU是1214CAC/DC/繼電器和一個擴(kuò)展模塊SM1234模塊。設(shè)備組態(tài)如圖5-1所示。在設(shè)備組態(tài)過程中，軟件中使用設(shè)備的型號和產(chǎn)品的序列號一定要和生產(chǎn)實踐中的設(shè)備一致。圖5-1S7-1200CPU與SM1234擴(kuò)展模塊組態(tài)HMI人機(jī)界面在編寫程序的過程中，可以進(jìn)行人機(jī)信息的交互。添加HMI人機(jī)界面，選擇SIMATIC精簡系列面板中的10＂顯示屏中帶有PROFINET接口的6AV6647-0AF11-3AX0顯示屏，它擁有640x480像素，256色；支持按鍵和觸摸操作，8個功能鍵。在網(wǎng)絡(luò)視圖中拖動S7-1200CPU和顯示屏的PROFINET接口進(jìn)行連接即可。圖5-2S7-1200CPU與HMI連接的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DHMI人機(jī)界面組態(tài)首先，在HMI人機(jī)界面文件夾的HMI變量表里新建所需要的變量。在PLC變量一欄中選中與之對應(yīng)的PLC變量將其選中，它將建立起它們的連接。圖5-3新建HMI變量并建立連接然后，在HMI人機(jī)界面文件夾的畫面文件夾中添加新畫面，并將其定義為起始畫面。在右側(cè)工具箱中添加基本對象或元素將其拖至合適位置，通過屬性可以設(shè)置顏色、所占像素點；通過動畫中的變量一項可以選中已設(shè)定的變量并與其建立連接。圖5-4小型水廠加壓泵房系統(tǒng)主頁面添加好第一個界面后，新建畫面2（參數(shù)設(shè)定界面）和畫面3（報警界面），使用同樣方法建立畫面并將按鈕或方框區(qū)域與對應(yīng)的變量建立連接。圖5-5參數(shù)設(shè)定界面圖5-6報警畫面系統(tǒng)仿真PLC程序的仿真如果將PLC和HMI集成在博途的同一個項目中，用PLC的仿真軟件S7-PLCSIM可以同時實現(xiàn)對PLC和HMI的仿真。最人性化的是，HMI的按鈕和程序之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，達(dá)到聯(lián)動效果。仿真開始前，需要在電腦的控制面板中設(shè)置“應(yīng)用程序訪問點（如圖5-6）。圖5-7設(shè)置PG/PC接口將添加的1214CCPU和觸摸屏在網(wǎng)視圖中建立連接關(guān)系后，將接口/子網(wǎng)的連接設(shè)置為“插槽1×1處的方向”后，將程序下載至CPU中即可開始仿真。圖5-8程序下載前設(shè)備的連接編譯組態(tài)加載后進(jìn)入下載預(yù)覽界面，勾選全部覆蓋后點擊“裝載”將程序下載到設(shè)備。圖5-8下載預(yù)覽界面點擊“完成”按鈕，完成程序的下載工作。圖5-9完成下載點擊PLCSIM仿真軟件界面的RUN按鈕，PLC程序開始仿真，轉(zhuǎn)到在線，進(jìn)入監(jiān)控模式可以在線調(diào)試修改變量顯示值。圖5-10程序仿真時的監(jiān)控模式HMI人機(jī)界面的仿真選中項目樹中的HMI_1站點，右鍵選擇“開始仿真”，打開HMI人機(jī)界面的系統(tǒng)仿真。按下畫面上的“啟動”按鈕，PLC中的變量“啟動按鈕”(M100.1)被置為1狀態(tài)。圖5-11HMI人機(jī)界面仿真結(jié)論本文的小型水廠加壓泵房控制系統(tǒng)設(shè)計，采用了西門子公司的S7-1200PLC和SM1234擴(kuò)展模塊作為控制核心，用一臺西門子MM440變頻器，對3臺水泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)來保證供水管網(wǎng)中的水壓保持穩(wěn)定。整個設(shè)計在熟悉變頻恒壓供水系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了電氣圖紙設(shè)計、元器件選型和軟件程序編寫。主要結(jié)論：采用了更科學(xué)、更現(xiàn)代化的設(shè)備對傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，使得現(xiàn)在的供水系統(tǒng)更加高效節(jié)能，極大的提高了機(jī)關(guān)、企業(yè)、小區(qū)居民等的工作效率和生活質(zhì)量。隨著科技的進(jìn)步，相信恒壓供水系統(tǒng)還有更大進(jìn)步空間，發(fā)展前景巨大。參考文獻(xiàn)[1]顧躍.基于PLC的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)研究[D].中南大學(xué)，2003.[2]劉娟，董天舒.變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展概述及行業(yè)分析[J].電器工業(yè)，2009(9)：53-54.[3]崔金貴.變頻調(diào)速恒壓供水在建筑給水應(yīng)用的理論探討[J]，蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報，2000，1:84-88.[4]郭加強(qiáng)，李興唐，郭小凡.無負(fù)壓供水系統(tǒng)在離石供水加壓泵站改造中應(yīng)用[J].山西建筑，2015(29):148-150.[5]陳建明，李秦月.變頻恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2017(8).[6]龍成忠，龍先超.恒壓供水自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2009(06):87-89.[7]卜民鳳.PLC與變頻器在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008，037(002):88-90.[8]南光群，胡學(xué)芝.可編程控制器的選擇[J].機(jī)械制造與自動化，2004，33(2)：65-67.[9]李燕.基于構(gòu)件的嵌入式PLC硬件電路設(shè)計平臺的研究與設(shè)計[D].杭州電子科技大學(xué).[10]鄧海波，高志勇．礦物加工過程檢測與控制技術(shù)：冶金工業(yè)出版社，2017.01[11]楊欣鴻，申延合，唐琳.中文版AutoCAD2017電氣設(shè)計從入門到精通：中國鐵道出版社，2017.08.[12]陳元勇.PLC控制電機(jī)變頻調(diào)速試驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].山東大學(xué)，2009.致謝經(jīng)過這段時間的努力，畢業(yè)設(shè)計的工作進(jìn)度已經(jīng)接近尾聲。在完成這次畢業(yè)設(shè)計課題的過程中，由于對課題的不熟悉，也由于設(shè)計經(jīng)驗的匱乏，期間遇到了很多難題。所幸的是，在導(dǎo)師的悉心教導(dǎo)和同學(xué)的支持下，終于不負(fù)眾望。畢業(yè)設(shè)計的過程，漫長而艱苦，幾乎一切都要從頭開始，需要查閱大量專業(yè)書籍和論文文獻(xiàn)。因此，我由衷的感謝那些在本次設(shè)計中引到我、幫助我、鼓勵我的人。在這里，首先要感謝我的指導(dǎo)老師胡天龍。老師平日工作繁忙，在百忙之中還抽空指導(dǎo)我查閱各類相關(guān)資料補(bǔ)充理論知識，在設(shè)計過程中，胡老師在我對電氣圖紙和程序編寫上也提供了許多寶貴的專業(yè)意見。胡老師身上為人和藹的態(tài)度、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木瘛酚谥说牧?xí)慣，都是在以后的生活和工作中非常值得我學(xué)習(xí)的。其次，我要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)，大家一起探討設(shè)計中遇到的問題，使我得到了不小的提升。最后，我要感謝大學(xué)學(xué)習(xí)中教授我電氣知識和可編程控制器知識的老師，真是有了他們的教導(dǎo)，我才能更順利的將這次的畢業(yè)設(shè)計