5種工作狀態的相互轉換如圖3所示。當然,實際PLC編程時,要根據水泵的工作特點,應利用定時器加入適當的延時,在我們設計的系統中,欠壓加泵延時為90秒;超壓減泵延時為60秒。
供水壓力閉環控制算法,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)劃分三個區,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）,相應的控制規則如下：
規則1:e（k）>emax,則U（k）=Umax;最大值輸出
規則2:e(k)<-emax,則U（k）=0;最小值輸出
規則3： e(k) <emin,則U(k)=U(k-1);保持區
規則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。PID運算的結果U（k）通過AO1輸出（0～10V）,送給變頻調速器,通過調速加壓泵P1或P2達到供水恒壓控制的目的。經實驗驗證,該PID算法效果較理想。
關于水源地數據采集及深井泵控制問題,將在后面通信問題中討論。
另外,變頻控制系統中的故障信號分別通過I124.0、I124.1和I124.2輸入PLC中。當故障產生時,系統停機。圖5（a）為主站PLC的程序結構。
3 從站PLC控制原理
三個從站PLC都以CPU222為核心,控制電路及結構相同,分別控制三個取水深水泵的運行及現場數據采集,如圖6所示。其中Q0.0控制深井泵的運行,I0.0為深井泵過載信號輸入端,Q0.1為故障報警輸出端。深井的水管壓力、深井泵電壓和電流三路模擬信號的現場采集通過4路模擬量輸入模塊EM231實現。程序框圖見圖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場數據的采集。在MPI網絡中,各節點的地址分別為：PC機為0;主站PLC為2;從站1 PLC為4;從站2 PLC為6;從站3PLC為8。主站通過系統功能函數SFC67和SFC68分別對三個從站進行讀和寫操作。具體說,主站PLC的M8.0實現深井泵的啟停控制,而深井泵的壓力、電壓、電流和過載故障信號則由主站PLC進行讀取。
5 上位PC機編程
為了監控PLC的通信,
使系統軟件更穩定可靠,上位PC機使用西門子公司的SIMATIC WINCC軟件進行組態軟件設計。通過系統變量標簽、圖形編輯器和報表編輯器等組態工具,可以方便地由主站PLC中獲取整個監控系統的狀態參數及運行數據。另外,我們通過VB編程,對系統數據進行計算和管理;利用DDE技術分別實現VB與WINCC的數據交換、EXCEL與WINCC的數據交換。我們設計的上位機軟件可以實時監測水廠及水源地的各個現場數據、報警狀態;顯示與打印電流、壓力及流量等各種曲線及報表,并將數據存入EXCEL數據庫中。此外,在界面設計上,我們利用動畫技術,使界面更友好、生動,且操作方便。通過人機交互,可以方便地控制整個監控系統的運行。
本文所述自來水廠分布式監控系統,由于采用MPI網絡通信和WINCC組態軟件,使系統在整個上具有較高性價比。在上位機關機時,監控系統在主站PLC控制下仍可正常工作。對于中小規模監控場合,該系統具有較好的推廣價值。
