变频器、PLC在水处理实验监控系统中的应用

摘要：本文介绍了使用上位机、西门子Ｓ7-200系列PLC和ＭＭＶ变频器来实现水处理系统中的变频调速的监控方案，分析了该系统的主要组成部分及特性。  

关键词：变频器、PLC、PID控制、USS协议、PPI协议、组态软件  

  

０ 引言  
某水处理实验系统要求压力恒定和流量恒定，并且需要动态保存大量数据，以备分析。若采用手动调节控制压力和流量，不仅繁琐，而且误差较大，并造成能源浪费。本系统采用上位机、ＰＬＣ、变频器和组态软件等组成恒压供水系统控制方案，实现了对系统的自动监控，达到了实验系统的需要。  


１ 硬件配置
系统采用１台西门子Ｓ７－２１６型ＰＬＣ、２块西门子ＥＭ２３１模块、１台西门子ＭＭＶ４２０变频器，上位机采用普通机型（由于试验环境良好），电磁阀１１个，流量变送器２个，压力变送器３个，监控软件采用ＫｉｎｇＶｉｅｗ６．５。系统组成如图１所示，电气原理图如图２所示。

图1 膜处理试验装置系统组成

图2 电气控制原理图


２ 程序设计
２．１ 人机界面  
组态软件采用北京亚控公司ＫｉｎｇＶｉｅｗ６．５，系统共有“主界面”、“报警”、“报表”、“压力曲线”、“流量曲线”、“参数设定”７个界面。其中，“主界面”用于模拟显示现场状态，“报警”界面用于显示系统中报警，“报表”界面用于保存、打印报表，“压力曲线”用于显示系统实时、历史压力变化?“流量曲线”用于显示系统实时、历史流量变化，“参数设置”用于设置、选择系统参数。


２．２ ＰＬＣ编程
程序包括主程序和１０个子程序、３个中断程序。主程序完成逻辑功能控制以及子程序和中断程序的调用。ＳＢＲ０为初始化子程序，主要完成系统初始化。ＳＢＲ１?ＳＢＲ３为ＵＳＳ通讯协议所需子程序。ＳＢＲ４为过滤子程序，实现“过滤”这一过程的电磁阀的通断。ＳＢＲ５为快洗子程序，实现“快洗”过程的电磁阀的通断。ＳＢＲ６为反洗子程序，实现“反洗”过程的电磁阀的通断。ＳＢＲ７为药洗子程序，实现“药洗”过程的电磁阀的通断。ＳＢＲ８为压力恒定时系统的ＰＩＤ控制，ＳＢＲ９为流量恒定时系统的ＰＩＤ控制。ＩＮＴ０?ＩＮＴ２为ＵＳＳ协议通讯指令所需中断程序。  

２．３ 通讯  
Ｓ７－２１６型ＰＬＣ有２组通讯口。一组通讯口与上位机通讯，采用ＰＰＩ协议；另一组通讯口与变频器通讯，采用西门子的ＵＳＳ协议。ＵＳＳ协议指令是ＳＴＥＰ ７－ＭＩＣＲＯ／ＷＩＮ３２软件工具包的一个组成部分，通过专为ＵＳＳ协议通信而设计的预配置子程序和中断程序，使变频器的控制更为方便。


２．４ ＰＩＤ控制  
Ｓ７－２１６提供了ＰＩＤ运算指令。使用时只需在内存填写一张参数控制表?表１?，再执行指令? ＰＩＤＴＡＢＬＥ?ＬＯＯＰ，程序会按填写的参数自动执行ＰＩＤ运算。ＴＡＢＬＥ是回路表的起始地址，ＬＯＯＰ是回路号可以是０到７的整数在程序中?最多８路?。参数２、４、５、６、７须在编程时设定，并可通过文本显示器显示和修改；参数３、８、９由程序在执行ＰＩＤ指令时自动生成，并实时变化，编程时只需预留变量地址；参数１为ＰＩＤ的反馈值，编程时将压力?流量?变送器反馈回的压力?流量?值经换算后赋值给该变量（注９个参数全部为３２位的实数格式共占３６个字节）。

表1 PID控制参数表


３ 结论
本系统采用ＰＬＣ和ＭＮＶ变频器来实现水处理系统中的变频调速的监控方案，以ＰＬＣ为核心，通过ＰＬＣ与上位机、变频器通讯实现系统的恒压和恒流控制，并在上位机上实时模拟显示系统的状态及各种相关数据。系统运行结果表明，该监控系统控制灵活方便，节约能源，满足了实验系统的要求。  

参考文献?
１ ＳＩＭＡＴＩＣ Ｓ７－２００与Ｓ７－３００应用论文集． ＳＩＭＥＮＳ，２００４，４：７－８．  

２?ＰＬＣ的ＰＩＤ功能在恒压供水系统中的应用．潍坊高等专科  

学校学报? ２０００， ４： １４－１５．