西門子S7系列PLC在恒壓供水系統中的應用
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3.5.2安全性
(1)操作安全性的保證措施：
a.對本系統各項功能和每一次操作提供檢查和校核，發現有誤時能報警或撤消。
b.當操作有誤時，能自動被禁止動作。
c.在人機通信中設操作員控制權口令。
(2)通信安全性的保證措施：
a.系統設計可保證信息傳送中的錯誤不會導致系統關鍵性故障。
b.監控中心與現地監控系統的通信包括控制信息時，對有否響應作出明確肯定的指示。當通信失敗時，可考慮2～5次重復通信并報警。
c.通道設備上提供適當的檢查手段，以證實通道正常。
(3)硬件、軟件和固件安全性的保證措施：
a.有電源故障保護。
b.有自檢能力，檢出故障時能自動顯示報警。
c.任何硬件和軟件的故障都不會危及系統的完善和人身的安全。
d.系統中任何單個元件的故障不會造成生產設備的誤動。
4控制系統具體實現
整個系統的工藝流程圖如圖2所示。
圖2 供水系統工藝流程圖
4.1單井現地控制系統
單井現地控制系統主要實現現地單井的引水，主要由一現地控制柜組成。現地控制柜主要由可編程序控制器、輸入輸出模塊、通訊線纜及空氣開關、交流接觸器、中間繼電器、按鈕、轉換開關、指示燈等低壓電氣組成，通過控制柜，實現單井泵的啟停引水控制。
單井控制單元中的可編程序控制器使用的是S7-222，它以Profibus現場總線與井群現地集中站相連，接收井群現地集中站S7-314的控制信號，完成整個單井系統的數據采集，實現對電機啟動、停止等信號的邏輯控制。S7-222集成8輸入/6輸出共14個數字量I/O點，可連接2個擴展模塊，最大擴展至78路數字量I/O點或10路模擬量I/O點，6K字節程序和數據存儲空間，4個獨立的30kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力，是具有擴展能力的，適應性更廣泛的全功能控制器。
單井控制單元的控制柜柜門上布置有電壓表、電流表、啟動按鈕、停止按鈕、及手動/集中方式轉換開關，這些設備有標簽標記。電壓表指示變壓器輸出到控制柜的進線電壓；電流表指示電機運行電流；手動/集中轉換開關為手動控制或本地集中(遠程方式)控制的轉換；啟動、停止按鈕控制水泵的啟動、停止，其信號輸入到PLC。水泵啟動時運行指示紅燈亮。具體操作：打開控制柜門，合上空氣開關然后關好控制柜，將轉換開關打到手動位置。啟動時按下啟動按鈕則水泵電機運行，這時運行指示紅燈亮且電流表有指示。停止時按下停止按鈕即可，這時運行指示紅燈滅且電流表回零。
4.2井群現地集中控制系統
井群現地集中控制系統主要實現現地本組井群5眼水井的統一引水控制，主要由一現地集中控制柜組成。現地集中控制柜主要由可編程序控制器、輸入輸出模塊、無線數傳電臺、通訊線纜及中間繼電器、按鈕、轉換開關、指示燈等低壓電氣組成，通過集中控制柜，實現本組井群5眼水井泵的集中啟停引水控制。
井群現地集中控制系統可編程序控制器使用的是S7-314，它通過Profibus現場總線與單井控制系統PLC相連，發送單井控制S7-222的控制信號；同時它通過CP340通訊處理器和無線數傳電臺FC-201與上位中心控制系統相連，完成整個井群現地集站的數據采集和傳送，實現對電機啟動、停止等信號的邏輯控制。
各井群現地集中單元中分別有一控制柜。在控制柜門上布置有一個電壓表、五個單井控制單元的電流表、啟動按鈕和停止按鈕、以及一個手動/本地集中/遠程方式轉換開關，這些設備有標簽標記。電壓表指示變壓器輸出到控制柜的進線電壓；五個電流表分別指示各個電機的運行電流；手動/本地集中/遠程方式轉換開關為手動控制或本地集中控制或遠程方式控制的轉換；各啟動、停止按鈕分別控制各個水泵的啟動、停止，其信號輸入到PLC。水泵啟動時運行各自指示紅燈亮。具體操作：打開控制柜門，合上空氣總開關和各個水泵的空氣分開關，然后關好控制柜，將轉換開關打到手動位置。啟動時按下各個啟動按鈕則各水泵電機運行，這時各自運行指示紅燈亮且電流表有指示。停止時按下停止按鈕即可，這時運行指示紅燈滅且電流表回零。
各井群現地集中單元中控制柜分別有一CP340通訊處理器和無線數傳電臺FC-201。CP340通訊處理器是串行通訊最經濟，完整的解決方案。它可用在SIMATICS7-300和ET200M(S7作為主站)之中。對下列選項，可采用點到點的連接：如SIMATICS7和SIMATICS5可編程序控制器;許多其他廠商的系統;打印機;調制解調器;機器人控制器;掃描儀條形碼閱讀器等.該模塊有三種形式的傳輸接口:RS232C(V.24)；20mA(TTY)；RS422/RS485(X.27)。可實現若干種標準的通訊協議，允許在各種不同的站上進行數據傳輸：ASCII，用于采用簡單的傳輸協議連接外部系統，如采用起始和結束字符。或帶塊校驗字符的協議可通過用戶程序詢問和控制接口的握手信號；打印機驅動器，用于在打印機上記錄下來過程狀態和事件；3964(R)，通過標準化的、開放的西門子3964(R)協議連接到西門子的裝置上或第三方部件上，包括一個帶有標準值的3964(R)驅動器和一個可配置的3964(R)驅動器。
4.3井群中心控制系統
井群中心控制系統（如圖3所示）主要實現現地6組井群30眼水井的水廠集中引水控制，主要由一井群中心控制柜組成。井群中心控制柜主要由可編程序控制器、輸入輸出模塊、無線數傳電臺、通訊線纜及按鈕、指示燈等低壓電氣組成，通過中心控制柜，實現現地井群30眼水井泵的集中啟停引水控制。
井群中心控制單元中使用的是S7-314，它通過一個CP340通訊處理器和無線數傳電臺FC-201與六個井群現地集中單元相連，發送給井群現地集中單元S7-314控制信號，完成整個井群中心控制站的數據采集和傳送，實現對水泵電機啟動、停止等信號的邏輯控制。
4.4二泵房控制系統
二泵房控制系統主要實現對城市的變頻恒壓供水。
二泵房共有5臺供水泵組成，其中55KW變頻泵1臺，75KW變頻泵2臺，75KW軟啟泵2臺。
二泵房內PLC采用西門子的S7-314可編程控制器，通過Profibus現場總線與上位機相連，它是泵房內控制柜的核心，接收上位機的控制信號控制變頻調速，實現對電機啟動、停止、復位等信號的邏輯控制；對壓力、流量、水位、電流、轉速等信號的采集和數值轉換；對電機等設備的過流、過壓保護等等。
變頻器采用SIEMENSECO系列變頻器。SIEMENSECO變頻器是SIEMENS公司推出的用于風機、水泵等設備調速節能運行的專用變頻器。其主要特點是：
(1)ECO變頻器安裝調試容易，維護和運行費用低。由于變頻器的特定功能使其產品的成本降至最小，價格便宜，降低了整套系統的成本。
(2)ECO變頻器能夠精確地跟隨設定點，可使系統有更好的性能。
(3)內置PID調節采用了標準比例、積分、微分控制的閉環過程控制，并為反饋傳感器提供了標準電源。
(4)在運行噪聲的控制方面采用了自動開關頻率優化，從而降低電機運行時的噪聲。
(5)ECO變頻器針對風機、水泵節能運行的需要，設置了能量優化控制程序，為在運行中搜尋最小能量消耗點，自動升高和降低電機電壓。當電機達到穩定點的速度（即加速過程結束時）時通用變頻器即在這個速度下運行，而ECO變頻器此時開始分析電機的功率消耗。然后開始微小地升高或降低變頻器的輸出電壓來搜索最佳頻率，即最低的功率消耗。如果ECO變頻器檢測出在升高電機電壓時，功率消耗增加了，則變頻器的控制策略（能量優化控制程序）就開始降低電機電壓，以搜索最低的功率消耗水平，如果檢測出在降低電機電壓時，功率消耗增加，則升高電機電壓。這樣就可搜尋到效率最高，功率消耗最小點并在此處運行。用這種優化節能程序（典型）可節約2%～5%的額定容量的電能。
(6)在選擇ECO變頻器時，不能用它驅動額定功率比它大或者額定功率不足其一半的電機，否則會影響變頻器的性能甚至造成損壞。變頻調速的原理非常簡單，由于異步電動機的轉速為：n=120f(1-s)/p式中：n為電動機轉速，r/min；f為電源頻率，Hz；p為異步電動機磁極個數；s為轉差。所以，理論上說，只要改變f就能改變電機轉速n。
在設計變頻器工作方式時，設計了變頻器有手動、自動兩種運行方式。手動方式時，可以人工手動設置變頻器的輸出頻率，調節水泵的轉速；自動方式時，具體驅動方式為PLC利用PID控制原理自動控制變頻器的輸出頻率,PID的幾個關鍵參數值為：
a.測量值：為水廠出水口壓力值；
b.設定值：為上位機水廠出水口壓力設定值；
c.P、I、D參數值：為系統人工整定或自整定值。
系統根據PID控制回路的輸出控制信號，自動控制變頻器的輸出頻率來自動調節變頻泵電機的轉速，從而調節水廠出水口壓力，使其始終穩定在設定壓力附近。
泵房手動控制分為兩種情況：軟啟動器控制、變頻調速控制，其中1、號泵為55KW變頻泵變頻調速控制；2、3號泵為75KW變頻泵變頻調速控制；4、5號泵為75KW軟啟泵軟啟動器控制。每個水泵各有單獨的控制柜。
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