5種工作狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換如圖3所示。當(dāng)然,實(shí)際PLC編程時(shí),要根據(jù)水泵的工作特點(diǎn),應(yīng)利用定時(shí)器加入適當(dāng)?shù)难訒r(shí),在我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)中,欠壓加泵延時(shí)為90秒;超壓減泵延時(shí)為60秒。

供水壓力閉環(huán)控制算法,我們采用一種適用于PLC控制的智能PID算法[1]。其原理是,按壓力偏差e(k)劃分三個(gè)區(qū),如圖4所示。該偏差變化率為ec=e(k)-e(k-1),PID算法輸出為U（k）,相應(yīng)的控制規(guī)則如下：

規(guī)則1:e（k）>emax,則U（k）=Umax;最大值輸出

規(guī)則2:e(k)<-emax,則U（k）=0;最小值輸出

規(guī)則3： e(k) <emin,則U(k)=U(k-1);保持區(qū)

規(guī)則4：emin≤ e(k) ≤emax,

則U（k）=U(k-1)+k1×e(k)+k2×ec(k)/(k)

式中,k1和k2為系數(shù)。PID運(yùn)算的結(jié)果U（k）通過(guò)AO1輸出（0～10V）,送給變頻調(diào)速器,通過(guò)調(diào)速加壓泵P1或P2達(dá)到供水恒壓控制的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該P(yáng)ID算法效果較理想。

關(guān)于水源地?cái)?shù)據(jù)采集及深井泵控制問(wèn)題,將在后面通信問(wèn)題中討論。

另外,變頻控制系統(tǒng)中的故障信號(hào)分別通過(guò)I124.0、I124.1和I124.2輸入PLC中。當(dāng)故障產(chǎn)生時(shí),系統(tǒng)停機(jī)。圖5（a）為主站PLC的程序結(jié)構(gòu)。

3 從站PLC控制原理

三個(gè)從站PLC都以CPU222為核心,控制電路及結(jié)構(gòu)相同,分別控制三個(gè)取水深水泵的運(yùn)行及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集,如圖6所示。其中Q0.0控制深井泵的運(yùn)行,I0.0為深井泵過(guò)載信號(hào)輸入端,Q0.1為故障報(bào)警輸出端。深井的水管壓力、深井泵電壓和電流三路模擬信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)采集通過(guò)4路模擬量輸入模塊EM231實(shí)現(xiàn)。程序框圖見(jiàn)圖5（b）所示。

4 主從站PLC的通信

主、從站PLC的通信主要是完成水源地深井泵的控制及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集。在MPI網(wǎng)絡(luò)中,各節(jié)點(diǎn)的地址分別為：PC機(jī)為0;主站PLC為2;從站1 PLC為4;從站2 PLC為6;從站3PLC為8。主站通過(guò)系統(tǒng)功能函數(shù)SFC67和SFC68分別對(duì)三個(gè)從站進(jìn)行讀和寫(xiě)操作。具體說(shuō),主站PLC的M8.0實(shí)現(xiàn)深井泵的啟停控制,而深井泵的壓力、電壓、電流和過(guò)載故障信號(hào)則由主站PLC進(jìn)行讀取。

5 上位PC機(jī)編程

為了監(jiān)控PLC的通信,使系統(tǒng)軟件更穩(wěn)定可靠,上位PC機(jī)使用西門(mén)子公司的SIMATIC WINCC軟件進(jìn)行組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)系統(tǒng)變量標(biāo)簽、圖形編輯器和報(bào)表編輯器等組態(tài)工具,可以方便地由主站PLC中獲取整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)及運(yùn)行數(shù)據(jù)。另外,我們通過(guò)VB編程,對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和管理;利用DDE技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)VB與WINCC的數(shù)據(jù)交換、EXCEL與WINCC的數(shù)據(jù)交換。我們?cè)O(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水廠及水源地的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、報(bào)警狀態(tài);顯示與打印電流、壓力及流量等各種曲線及報(bào)表,并將數(shù)據(jù)存入EXCEL數(shù)據(jù)庫(kù)中。此外,在界面設(shè)計(jì)上,我們利用動(dòng)畫(huà)技術(shù),使界面更友好、生動(dòng),且操作方便。通過(guò)人機(jī)交互,可以方便地控制整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。

本文所述自來(lái)水廠分布式監(jiān)控系統(tǒng),由于采用MPI網(wǎng)絡(luò)通信和WINCC組態(tài)軟件,使系統(tǒng)在整個(gè)上具有較高性?xún)r(jià)比。在上位機(jī)關(guān)機(jī)時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)在主站PLC控制下仍可正常工作。對(duì)于中小規(guī)模監(jiān)控場(chǎng)合,該系統(tǒng)具有較好的推廣價(jià)值。