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1 引言
随着3c技术(计算机、通信、控制)和变频技术的不断发展，在居民小区生活用水、工业用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中，原来均是采用水塔、高位水箱等设备，这些设备不但占地广、投资大，越来越不能满足现代化的供水要求。另一方面，采用传统的方法很难保证供水的实时性，并且由于水泵是采用大供水量设计的，由于用水高峰时间短，很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。本文以永城煤电集团水厂的控制系统为例，介绍一种基于plc和触摸屏控制的恒压供水系统。
2 系统简介
永城煤电集团水厂变频恒压供水系统由plc控制器、两台变频调速器、软启动器、触摸屏显示器、交流接触器、热继电器、压力变送器、水位变送器、流量变送器等其他电控设备以及4台75kw水泵和一台45kw的小水泵组成，如图1所示。
图 1 恒压供水系统图
在供水系统的蓄水池中安装水位变送器，在总出水管安装压力变送器和流量变送器，检测出水位、压力和流量，转换成4~20ma的信号，输入到plc的模拟量输入模块，将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过pid运算，通过控
制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速,以达到保持水压的恒定;通过水位检测，根据水位的高低来开启水源井的多少和调节反渗透系统的产水能力。在触摸屏显示器上可以显示各个电机的电流、频率、水位、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。系统信息还可以通过企业的intranet网发布到网络上，通过网络进行系统的远程诊断和控制。
3 控制对象
根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况，控制水厂现场设备(泵、阀门等)的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止，以实现水厂恒压供水的自动控制。
4 系统工作原理
该系统具有手动和自动两种运行方式:
4.1 手动运行方式
选择手动运行方式时
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根据需要，通过按启动和停止按钮，来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。
4.2自动运行方式
(1) 启动程序
在自动运行时，检测5台泵是否有泵出现故障，如果1＃泵出现故障，则通过触摸屏在线修改该水泵的状态，把1＃泵设为故障状态，则系统启动时，自动不启动1＃泵。检测蓄水池水位，如果符合要求，
1＃泵也无故障，开始启动真空泵抽真空，如果满足要求，则1＃泵变频交流接触器吸合，电机和变频器连通，打开1＃泵的电磁阀，通过检测压力的大小
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plc经过pid运算，此时变频器的输出频率从0hz开始上升，如果压力不够，则上升到50hz，延时后，通过软启动器，将1＃泵切换到工频，再启动2＃泵，依次类推，直到出水压力达到设定压力。
(2) 水泵切换程序
根据流量传感器检测到的流量的大小，如果出水量减少，出水压力过大，则plc控制变频器的输出频率控制工程网版权所有，减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20hz，此时plc开始计时，如果出水压力降低
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则放弃计时;如果出水压力一直高于设定压力，到一定时间后，则根据先投先停的原则，plc将先关闭正在运行的投入时间长的泵的电磁阀，再关闭该泵，直到出水压力达到设定值。
(3) 启动小功率泵
对于永城煤电公司居民生活用水来说，其属于用水时段性很强的系统，在5台水泵中，1＃-4＃泵为75kw，5＃泵为45kw。当在用水低谷时，一台45kw的小功率泵就足可以保持供水压力，此时，就可以通过变频运行5＃小功率泵，使其工作在低频状态，就可以维持供水系统的水压稳定。
(4) 远程控制和故障诊断
该控制系统通过plc的通讯模块cp340向设在局后勤处的上位机发送信息，两者之间通讯采用rs-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时www.cechina.cn，可以通知多开启水源井和反渗透装置，以提高蓄水池水位，防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布，当出现故障，而现场人员无法解决时，通过远程诊断功能，由厂家帮助处理。
5 控制系统硬件配置及软件编程
5.1 硬件配置
(1) plc的配置
可编程控制器采用siemens的s7-300系列cpu-314主机，1个电源模块，2个32位i/o模块，2个16位输出模块，2个12位ad模块，1个12位da模块和一个cp340模块。cp340和上位机之间通过rs-485进行通信。
(2) 触摸屏
触摸屏选用siemens生产的tp270系列，它自身具有丰富的操作系统，可以方面的通过串行通讯与编程器通信，也可以和plc通过mpi网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还可以通过触摸屏对plc进行在线控制。
(3) 变频器及控制方式选择
在本系统中，根据冗余设计原则，采用2个三菱专用供水变频器，以在发生故障时相互备用。由plc开关量输出控制变频器的启动/停止。
5.2 软件编程
(1) plc编程
plc从软件配置上有系统程序和用户程序。系统程序装配在cpu模块上随硬件的产品而来。用户程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块，程序是采用块式结构形式
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共有5种形式:组织块(0b)、程序块(pb)、功能块(fb)、数据块(db)、顺序块(sb)(本系统未用)。在plc软件中使各种功能的程序模块通过主程序有机的结合起来。故plc程序主要解决现场各泵的启动程序、切换程序、启动小功率泵;模拟量的处理;与上位机和触摸屏通信数据的处理功能等。
(2) 上位机程序
上位机使用vb编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要完全符合siemens公司plc的rs-485通信协议;对plc发回的响应帧，上位机必须进行拆装、识别
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才能正确的分离出交换数据和有用的状态信息。
(3) 触摸屏程序
触摸屏程序主要有主画面、参数设置、供电回路、反渗透、实时曲线、报表统计、故障维护等画面组成，其结构如图2所示。
图2 触摸屏程序结构
5 结束语
在供水系统中采用基于plc与触摸屏控制的变频恒压供水系统，可以根据实际需要水压的变化自动调节水泵的转速或加减速，实现恒压供水，降低能耗;还可以延长主泵电机的使用寿命。由于采用了双变频器控制工程网版权所有，在一台变频器出现故障时，系统可以自动的切换到另一台变频器，基本可以保持不间断的恒压供水,具有一定的先进性。
目前
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该系统在永城煤电集团水厂经过一年多的运行后控制工程网版权所有，运行状况良好，达到了预期的设计要求，节能效果显著，受到了用户的好评，具有很好的应用前景。
儿童玩具——乐高拼装玩具和汽车无线电按钮键有什么相似的地方吗？相同点在于他们的生产上：模型浇铸。通常，我们不会去关心日常生活中所用到的相似产品是怎样生产的。我们每天会使用这些日用品无数遍，不管是我们汽车的远程控制锁、手机或是一支印有公司商标的铅笔，甚至一些很老的弹簧接插件也是由模型浇铸成的。
Erwin Quarder WerkzeugGmbH是一位在该领域的生产商。该公司特别研究生产各种工业用的塑料材料，以Espelkamp莱茵河北岸/德国的威斯特伐利亚地区为基地，在美国也有生产。Quarder是技术的公司，尤其是在2-孔浇铸和嵌入技术领域。
整个过程开始于把颗粒状的塑料材料通过抖动喂料器传送到具有螺旋柱面筒的浇铸模具中。在筒中通过摩擦和加热使得原材料具有可用性，并在受到巨大的压力下被压入模具内部。按照过程的复杂性，从所给的材料量中可以获取1—16个塑料器件。等模具打开后注口就转向分拣桶，生产工序重新开始。注口是分类的，成品会被传送到部件容器中。
在机器修正过程中，Quarder决定修正某些生产线的控制系统。主要的目的是提升机器的运作
能力、简化生产过程，从而减少停工期。原先由一台老式的计算机、一个键盘、62的显示器和DOS应用系统组成的控制系统，被更换为Pro-face的图形逻辑控制器LogiTouch系列的LT-A。这款图形逻辑控制器拥有62的触摸屏，集运作与控制功能于一体。其具备的16点输入和16点输出的功能替代了一般的小型PLC。
JurgenReich，电气工程师，是这样解说他的方案的：新型的Pro-face终端相当大地简化了机器的监控功能。操作者可以为所有的参数设定相应轨道。
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较以前的键盘输入相比，图形逻辑控制器的输入更清晰。32点I/O就足够处理机器的各功能参数。输出口控制了产品向右或向左传送，就像一个控制灯一样。设置者可以把模具开、关的状态输入进去。步
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操作者输入要生产的部件的数量以及每次供料的量。“这个控制系统的独特之处在于它能自动控制整个流程的时间”，JurgenReich解释。
生产线启动后，整个到成品出来的流程取决于前3-5次的供料时间，通常是15至30秒间。一旦确定下来，这些数据就会被保存到屏中。的工作，LogiTouch就会智能地加以识别控制，并显示出错环节。如果浇铸过程中温度上出现偏差或是没料了，整个流程的时间就会延长，一旦出现这种情况的话，LogiTouch就会识别出，信号控制灯也会变亮。
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成品出口方向就会改变，坏的部件被挑出来。操作者排除故障，流程就能重新开始了。
如果供料箱中材料量出现像先前所说的情况，控制灯也会亮，系统就停止传送机工作并显示成品量CONTROLENGINEERINGChina版权所有，这时，模型浇铸机还照常运行。如果指令不能全部执行控制工程网版权所有，操作者可以预备的供料箱。通过LogiTouch，操作者可以确认整个流程，传送机恢复工作，生产的部件量也会显示在屏上。
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所有的部件生产都会得以监控和记数。
浇铸进程中，各部件的生产、分流传送和包装进程的互不干扰确保了整个生产线的持续运作。
就LogiTouch的画面编辑而言，Quarder的工程师们得益于Pro-face多年来在触摸屏技术领域的经验。逻辑编程工具为创建一个简而易懂的显示提供了一个简单操作的平台。它里面包含有1800多种预定义的部件，比如按钮、灯、棒和趋势图等编程所需的基本元素。它可以创建原先的各元素并可保存在图像库中，以便以后使用。有了这些字开关、位开关、功能开关，切换画面按钮、各种信号灯和变量等，任何操作环境都可以鼠标点击完成创建。运用这些数据资源，用户只要拖拉逻辑编程图标到LT逻辑编程器上，它就会自动创建相应的部分，比如一个灯或一个按钮。一份完整的相对应于IEC611313的47阶梯说明标记将会很有用。
除了具有数字I/O的触摸终端LT-H之外，为了满足用户的需求，Pro-face还研发了其他的型号，如：远程I/O网络、数字和模拟I/O以及温度输入等。
经过四个星期的试用
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系统没有任何问题，操作者在使用上也没有任何问题。通过触摸输入数据比键盘输入更清晰，更灵敏。现在好几台机器都安装了LT系列，JurgenReich说：“这个控制系统几乎不需要维护！在屏幕上进行编辑，使我们能完全享受操作的灵活性。此方案的另一个优势是大大节省了空间。Pro-face的这种控制终端LogiTouch正是我们的理想选择。我们已在另一个项目接插件的测试中安装由Logi Touch控制的机器手。”
前言
我们在该实例中用到的触摸屏为GP37W2-BG41-24V ( 5.7 英寸，单色蓝白LCD ) ；PLC采用台湾Fatek 公司 FB 系列 PLC 的一款，其型号为 FBe-28MC ( 28点，16 点IN / 12 点OUT )。
1、工艺流程
净水系统，由于其组成设备多，水的各种指标严格www.cechina.cn，如纯度、PH值、电导率等。HMI与PLC通讯引用在净水系统，很好的满足了工艺要求，改变了传统复杂的按钮控制方式。如下图示，净水系统的流程框图如下。
该净水系统用到了许多水泵和阀门控制，当然还有许多传感器和检测器。这些检测设备获得的信号，通过电缆传送到PLC，PLC再对信号进行处理。PLC通过通讯电缆，将信息传送给HMIGP ，这样在HMI（人机界面）上得到显示，方便操作技术人员进行相应的操作。
由于各个水箱的供水设备都是水泵，那么我们需要注意控制工程网版权所有，水泵这种特殊的设备，不适宜频繁启动，否则容易损坏，降低使用寿命，甚至直接损坏。我们需要对这种频繁启动采取避免措施。鉴于传感器只能对限位做出立即动作，即达到限位就有信号，保持通的状态；低于限位就没有信号，保持断的
状态，电气设备较难改变。我们采用了对PLC编程的方式，来消除水泵的频繁启动问题，这是很容易解决的。我们给每一的启动-停止-再启动，设定一个时间段，保持这样的时间段，可以避免水泵的频繁启动。时间段的长短，可以根据工厂具体的需求来设定，这个在软件上是很容易实现的。
一、净水工艺控制要求
根据附图Ⅰ，我们可以大概的了解净水系统整个的系统控制要求和流程。对于一个工程，其详细的现场工艺控制要求非常重要，它是PLC程序编写的准则和现场调试的校验标准。
净水工艺控制要求：
⑴、原水箱通过外接设备供水，当原水箱液位检测为低的时候，原水泵停止运行；当原水箱液位检测为中的时候，原水泵运行；原水箱液位检测为高的时候，外接设备停止供水。
⑵、原水泵与加絮凝剂供给泵联动。
⑶、原水泵在开始运行的浓水阀打开，开始排放浓水，2分钟后，一级高压泵自动启动，浓水阀自动关闭，停止排放。
⑷、PSL1压力差开关低压时，5秒钟后，一级高压泵停止运行。PSL2压力差开关高压时，一级高压泵立刻停止运行。
⑸、当原水泵停止运行的时候，一级高压泵停止运行。
⑹、中间水箱液位检测为高时，一级高压泵停止运行；中间水箱液位检测为中时控制工程网版权所有，一级高压泵启动运行。
⑺、加阻垢剂计量泵与一级高压泵联动。
⑻、加NaOH计量泵与二级高压泵联动。
⑼、中间水箱液位检测为中时控制工程网版权所有，二级高压泵启动运行；中间水箱液位检测为低时，二级高压泵停止运行。
⑽、纯水箱液位检测为高时，二级高压泵停止运行；纯水箱液位检测为中时，二级高压泵启动运行。
⑾、纯水箱液位检测为低时，纯水泵停止运行；纯水箱液位检测为中时，纯水泵启动运行。
⑿、纯水的电导率检测高时，纯水电磁阀门关闭，纯水回流电磁阀门开启；纯水电导率检测为低时，纯水电磁阀门开启，纯水回流电磁阀门关闭。
⒀、纯水泵与杀菌器联动。
⒁、清洗泵为手动状态运行。
⒂、系统有手动/自动两种工作运行状态。
⒃、停机控制为手动控制，当按下停机按钮，系统在5秒后自动停止。
根据净水系统工艺控制要求，我们编写PLC程序，进行试验室测试，安装到净水设备上，进行现场调试。（PLC
原程序参附程序Ⅰ）
二、PLC FBe-28MC I / O 点设置及中间存储器、定时器设置
根据净水系统工艺控制要求，针对PLC FBe-28MC 的主机电气规格，我们对PLC的I / O
点进行设置，并且将用到的中间存储器和定时器进行设置。
在下表中，给出了PLC的I /O点对应的控制电气信号或设备；并对中间存储器、定时器进行选择设置。
PLC FBe-28MC I / O（表 三）
注：16 点的输入，X 7, X 14
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, X 15没有接输入信号；Y 12没有接输出信号。
主要PLC FBe-28MC M、T（表 四）
三、GP37W2画面程序编写
Digital
公司GP系列可编程序触摸屏的画面设计及编成软件，在购买产品的时候可以获得。该软件为GP-PRO/PB3 for bbbbbbs(支持bbbbbbs 98 / Me / 2000 / XP 系统)，目前新的版本为 Version7.01。（本文附件中包括了净水系统的PLC程序）在选择系统组成后，我们需要对系统进行编程，这里讲到的是对可编程序触摸屏的编程。既然是用触摸屏的触摸方式来控制该净水系统，我们需要做出画面CONTROLENGINEERINGChina版权所有，并设置按钮来，在手动控制环境下，按钮对应控制PLC中的中间存储器，从而达到控制PLC的目的。同样，在自动运行环境下为了把系统的各个电气设备的工作状态显示出来，以便现场控制技术人员采取对应的措施继续控制www.cechina.cn，我们需要做出报警画面，通过它来显示系统各个电气设备的工作状态，许多个指示灯，它们是功过监视PLC对应信号来显示的。
HMI 画面的制作和GP程序的编写，我们都可以用GP-PRO / PB3 forbbbbbbs软件来完成，其具体的操作和相应的规则，可以参考书籍Pro-face 操作应用基础、Pro-face 应用手册和theManual of GP-PRO / PB3 for bbbbbbs，仔细学习一下，你就可以很轻松的完成HMI画面的制作和GP程序的编写。
根据项目规则及净水系统工艺控制要求，并考虑调研得到的现场操作控制的需要
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我们在对多套方案做出分析后，选择了本套方案，它满足控制的简单化，并易于现场技术员的控制。画面由五幅画面组成：主画面、控制选择画面、手动输入控制画面、自动控制状态显示画面和控制流程图画面。它们彼此间可以切换，并可以返回上一级画面，操作简单，且可以满足工厂现场控制需要。
如下图示，我们举出两幅画面例子，一幅为主画面，另一幅为手动输入控制画面。
在这里简要介绍一下画面的工作，当按
下主画面时，我们进入控制选择画面，根据按钮提示下，按下手动输入按钮，则进入手动输入控制画面。根据工艺过程需要，我们可以选择不同的按钮按下，则相应的设备自动启动运行，按钮也会呈反色状态；若要其停止，则在相应按钮再按一次，则其相应设备停止运行，按钮也会恢复原色。
这种按按钮来控制电气设备，是通过控制PLC的中间存储器来实现的，而其颜色的显示则是通过监视PLC相应输出信号的状态实现的。如图示，在按下二级高压泵按钮时，弹出一个窗口BitSwitch Setting ，可以看到Operation Bit Address ，显示的是M105中间存储器地址，它即是表四中列出的M 105，二级高压泵手动输入控制按钮。Bit Invert是指控制位可以通过触摸的方式来实现置位和复位双重控制。
我们编写好的GP画面和程序后需要的就是通过专用电缆GPW-CB02，通过PC上的串口和GP上的TOOL口，用RS232C通讯方式下载到GP上，这样GP的程序就算完成了。当然，我们可以通过使用仿真的方式，来查看画面的切换及程序的运行是否正确，为现场调试减少工作量。
四、PLC FBe-28MC 程序的编写
FATEK FB系列PLC 之一FBe-28MC PLC 程序的编写可以用对应的FP-07程序书写器来编写。但我们选用了用PC (Personal Computer )来进行编写。FATEK FB系列PLC的专用编程软件为 WinProladder Version1.06
(English) (支持 bbbbbbs 98 \ Me \ 2000 \XP操作系统)，该软件在购买FB系列PLC时，可以从公司获得。（本文附件中包括了净水系统的PLC程序）。
该软件操作简单www.cechina.cn，采用梯形图（LED）编程方式。学习过电气工厂控制，具备一定的编程经验的技术员都能很快掌握。我们也可以参考《永宏可编程序控制器FB系列-使用手册Ⅰ硬件篇&基础功能篇》，《永宏可编程式控制器FB系列-使用手册Ⅱ功能篇》该软件编程方便，传输下载程序都是很简单的。值得注意的事项是，我们在对编写好的梯形图程序，下载到PLC上的时候，我们需要对通讯参数进行设置。如下表所示：
在这里我们举个例子来进行说明
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,利用高速计数器作等长度截断控制。
工程结构：
从系统结构很容易看出，X 2 是一个检测输入信号，它是相当于一个运行常闭开关，即当可以检测到来料的时候，X2输入信号存在，整个系统才可以开始工作；当无法检测到来料的时候，X 2 输入信号不存在，整个系统停止工作。X 4是一个启动开关，开启系统作用，一旦X 4输入信号存在，则系统开始自动运行。
主程序：
我们根据该系统工艺控制要求，为该净水系统编写程序。前面已经给出了该系统 I /O点的设置，并且给出了中间存储器、计时器的设置选择。在附表Ⅳ中，我们给出了该系统的整个梯形图程序，供参考。
PLC程序编写好以后，我们就可以通过下载电缆，将PC上的程序下载到PLC上。到这一步，我们就完成了系统的软件部分。现在，我们可以通过GP-PLC通讯电缆，来实现系统的控制试验，后则安装到机械设备上，进行现场调试。
系统安装好以后，在后期的维护中，我们如果需要对GP程序或PLC程序进行更改，我们只需使用相应的下载电缆对GP或PLC上的程序进行下载到PC上，做出更改，仿真后，再重新下载到GP或PLC上，进行调试，试运行控制工程网版权所有，直到符合要求即可。我们可以认识到该系统的后期维护非常的方便，使用效果很好。