1．引言
經隨著城市建設規模的不斷擴大和生活水平的提高，加上居住小區推行一戶一表供水以后，對市政管網供水的可靠性（壓力、流量）要求越來越高，各種分散或集中加壓設施也逐漸增多。在這些加壓設施中，采用調節水池加上變頻調速恒壓供水系統（以下簡稱系統）變量供水方式在穩定城市管網壓力、節約能源、系統監視管理方面已顯現出極大的優越性。
2．系統組成情況
2.1 SINAMICS G150變頻器
源于西門子最新傳動家族的SINAMICS G150高性能單機變頻調速柜適用于所有單電機傳動的應用，滿足多種負載特性的要求，包括平方轉距，線性轉距，恒轉距及恒功率負載類型.。采用緊湊高品質威圖（RITTAL）柜式設計，節省占地面積30%～70%。柜內強電保護，安靜運行（低于67dB）。使用全新主控制板CU320，智能化設計，采用CF軟件存儲卡，提供光纜接口和ProfiBus接口，功能操作面板AOP30和功能強大的軟件工具 STARTER進行選型，調試，節能計算。SINAMICS G150變頻器配合N-Compact電機非常適用于使用平方律扭矩特性驅動泵和風機的變頻器操作。
2.2 可編程序控制器（PLC）
選用西門子S7-300系列通用型PLC。該系列PLC能適合自動化工程中的各種應用場合，使用模塊化結構，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。使用CPU313C-2DP為核心控制單元，該模塊帶MPI和ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" title="ProfiBus-DP">ProfiBus-DP" 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2.3工業控制計算機（IPC）系統
使用研華IPC610工控機，以MS Windows2000為系統平臺，配置CP5611用于ProfiBus-DP現場總線通信，SIMATIC NET 軟件配置OPC Server 使用VB6開發系統監控軟件，MS SQL Server為后臺數據庫管理平臺。使用 SIMATIC SETP7 軟件進行對系統的組態和編程調試，使用STARTER 軟件進行對SINAMICS G150變頻器的配置調試。
其他設備包括水泵電機、出口閥門、壓力傳感器、液位計及相關電氣控制設備等集成，進行變頻調速全自動閉環控制管理監視功能，其系統組成示意見圖1 。

圖1 系統組成

3．系統的設計與實踐
3.1 基本控制原理
由壓力變送器測量管網壓力和流量信號轉換成標準模擬信號經PLD的A/D轉換，和設定值比較，進行PID運算，通過DP總線控制變頻器頻率，調節水泵轉速而達到恒壓及節能原理。如圖示。
3.2 通訊網絡的選擇與設計
PLC的發展除了功能越來越多、集成度越來越高外，
網絡功能也越來越強。選擇好控制器之后，選擇數據的傳輸方式——通訊網絡也是非常重要的。西門子根據不同自動化水平的要求（工廠級, 單元級, 現場和傳感器/執行器級）,提供了網絡解決方案，包括多點接口 （MPI）、Profibus、工業以太網、ProfiNet （基于工業以太網）、點對點連接 （PtP）、執行器/傳感器接口（ASI）。目前網絡是一個發展趨勢，一個好的網絡系統可以大大降低成本。本系統使用了Profibus-DP的網絡，Profibus-DP通信速率達到12Mbps,能夠方便將PC、PLC和變頻器通過一根RS485屏蔽雙絞線連接在一起實現通信控制，降低了布線和維護的費用。SIMATIC STEP7 提供強大的網絡診斷工具也給調試帶來很大方便。
3.2 變頻參數設置
可以通過多種途徑設置G150變頻器參數。使用STARTER軟件能夠方便而直觀的進行所有的參數設置。通過STARTER的向導設置G150變頻器站地址，和波特率等參數，使之連接到DP總線上，成為S7-300PLC 的一個從站。配置連接的電機類型、電流、功率等參數，配置變頻器命令源和主參數設定源為Profibus方式，選擇速度控制方式（Speed control），定義Profibus PZD數據格式，選擇使用水泵風機負載類型。如圖所示。

圖2 變頻器設置向導

圖3 驅動原理

圖4 斜坡功能發生器（RFG）

圖5 速度設定邏輯

3.3 下位機PLC程序開發
PLC本控制系統的核心元件。設備服務器工控機（IPC）與S7-300數據通訊使用高速PROFIBUS-DP通訊方式變頻器和Profibus總線型西門子變頻器。基于該對象進行PLC的硬件組態和軟件組態，然后通過SIMATIC STEP7編程實現PLC控制算法，實現單元級控制。
使用控制字CW（Control Word）控制變頻器的啟停及運行方式，故障確認等。
監視狀態字SW（Status Word）實時反饋變頻器的運行狀態。

圖6 SETP7 中設置系統網絡結構

圖7 STEP7里進行硬件配置

圖8 SETP7 DP通信程序

3.4 上位機監控程序開發
3.4.1 OPC Server通信服務器
PLC與上位監控計算機的數據交互采用了先進的OPC接口實現。OPC（OLE for Process Control）是以OLE/COM/DCOM 機制作為應用程序級的通信標準。OPC技術的實現包括兩個組成部分，即OPC Server和OPC Client。OPC Client通過OPC標準接口與OPC Server通信，獲取OPC Server的各種信息。只要符合OPC標準的所有客戶應用程序都可以訪問來自任何生產廠商的標準OPC服務器程序。與DDE相比,OPC技術更具優越性。數據傳輸速度更快（在遠程客戶數多時，OPC技術優勢尤為突出）、更安全、開發成本更低、可靠性更高等。西門子公司提供了功能強大的OPC Server 軟件SIMATIC NET。通過SIMATIC STEP7 建立一個PC STATION 配置通信硬件CP5611，添加OPC Server和PLC建立S7通信連接編譯后下載到本地PC運行既建立了OPC Server。
SIMATIC NET 不僅是功能強大的OPC Server而且包含了測試OPC 客戶端 OPC Scout，并帶有 OPC Server Browse OCX等控件，為上位機的開發提供了很大的方便。界面的設計使用VB6，在VB6中添加SIMATIC提供的 OPC 客戶端組件，將PLC的變量和畫面上的對象直接連接起來，就象組態軟件一樣方便。大大的簡化了上位機和下位機通信驅動的開發編程，同時也提高了通信的穩定性和可擴展性。

圖9 顯示界面設計

3.4.2 SQL Server數據庫服務器
選擇了采用客戶機/服務器計算機模型的SQL Server作為后臺關系數據庫服務器。根據需要建立了用戶注冊信息表、歷史數據表、歷史報警數據表、歷史事件數據表、日志表、用戶登陸信息表等。通過VB的ADO對象能夠方便的對數據庫進行操作，進行歷史數據和歷史報警和事件的記錄、歸檔和查詢。
3.4.3 界面元素設計
在成功建立通信和數據鏈路后，要將數據動態直觀的在計算機屏幕顯示出來。VB的良好的界面設計能力，能夠實現各種WINDOWS元素的顯示。本系統還使用了第三方設計的動態顯示控件組（世紀飛揚），對實時曲線，歷史曲線，動態指示燈、按鈕、棒圖等對象做了很好的處理，簡單的數據連接即能實現美觀的效果，大大的方便了設計。

4．結論
隨著能源的相對緊缺，變頻技術的不斷發展和應用對于大功率的電機設備逐漸實現了變頻改造。此外，由于計算機、網絡通訊等技術的不斷發展,潛移默化的改變著人們的學習、生活和工作等方式。對基于現場總線控制和遠程、無線控制技術也將不斷推廣應用于各個行業。如對上述系統將IPC通過互連網絡或PLC端加置無線通信（如GPRS）模塊連接到自來水水總公司便可以實現網絡的遠程集中監控管理（包括遠程智能監測和控制、遠程故障診斷和維護等）、實現無人值班守泵站建設。

參考文獻
[1] SINAMICS G150 Operating Instructions. Siemens A&G, Edition 06/03
[2] SIMATIC STEP7編程手冊. 西門子自動化與驅動集團
[3] 西門子工業網絡通信指南. 西門子自動化與驅動集團,機械工業出版社