李义

摘 要：基于MCGS开发平台，利用可编程控制器PLC和变频调速技术相结合，开发出一套恒压供水控制系统。该系统用PLC控制变频子系统，实现水压恒定控制，用MCGS组态软件设计了远程监控程序。MCGS的应用使得开发更加容易，提高了系统的控制品质。上位机通过串行口与PLC通信，实现在上位机中实时设定压力，观测压力实际值和水压系统的各种状态。整个系统实际运行效果稳定，操作方便，能满足恒压供水控制的应用需要，同时可实现供水系统的远程和本地的手自动切换控制。

关键词：可编程控制器；MCGS；恒压供水；远程监控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.041

供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环，尤其对于现代电子制造产业而言，稳定的水源供应更是生产环节中的重要组成部分。基于传统方式的供水控制系统中，水泵的控制多为电力拖动方式，水泵工作在工频下，水量的调节由阀门的开度调节来实现，这样容易早成“水锤效应”和能源的巨大浪费。在实际生产过程中，由于用水点数量的不确定，经常导致管网水压不稳定，从而使得用水点的出水压力在用水高峰和低谷的压力过低或过高，对生产及其设备造成了很大的影响，严重情况下甚至会造成设备的损坏。采用恒压供水方式供水，可以很好的解决传统供水方式的诸多弊端，由于变频调速技术的发展，PLC技术的广泛应用，工业控制技术的成熟及完善，可以很方便的组成恒压供水系统，这样不仅可以扩大水泵的高效运行，提高效率，节约能源，提高供水服务质量，还可为安全高效生产提供一定的保障。本文主要介紹了基于MCGS平台，采用西门子S7-200PLC结合MM440型变频器进行控制的恒压供水控制系统。

1 恒压供水控制系统的功能及实现

1.1 基本工作原理

本系统以PLC为控制核心，通过触摸屏或者上位机自由设定所需压力，当压力设定好后，根据变频恒压原理，利用安装在出水管网上的压力变送器，对管网水压进行数据采样，并将压力信号转换为电信号送入PLC，与设定压力进行比较和运算，并将结果转换为频率调节信号，送给变频器，变频器据此调节水泵电机的电源频率，进而调整水泵的转速，使供水管网中的压力保持在设定压力上，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

1.2 系统组成及功能

本系统由水泵、PLC、变频器、压力传感器、水泵断路器、接触器、中间继电器等组成。用户可通过指示操作面板上的指示灯、触摸显示屏及按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。利用高低水位控制器来控制注水阀，使其自动把水注满储水水池，只要水位低于设定值，则自动往水箱内注水。水池的高/低水位信号也接送给PLC，作为低水位报警用。通过安装在出水管网上的远传压传感器将压力信号转化为4～20mA的标准信号送入PLC，经PID运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵转速，调节系统供水量，使系统的供水管网压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器增加工作泵的数目。根据用户用水量的大小来控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化。这样就构成了以压力设定值为基准的闭环控制系统，系统组成如图1所示。

2 PLC与上位机的通信连接及程序设计

本系统采用上、下位机控制结构形式，工控机作为上位机，西门子S7-200PLC作为下位机。应用MCGS进行系统组态后，上位机一方面负责对水压系统进行实时监控，并把各传感器测得的信号实时采集到工控机中，进行显示。另一方面通过上位机可对下位机的设定压力值进行调整。系统中下位机的任务首先是控制水压系统提供试验所需管压，其次下位机可接受上位机来的设定值，及时调整管路压力。

上位机软件采用MCGS进行开发。MCGS是全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，充分利用了图形编辑功能，能方便地构成监控画面，具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，用其构造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量。设计中，MCGS把每一台下位机看作是一个外部设备， MCGS通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据指令。每一个驱动程序都是一个COM对象，这种方式使通讯程序和MCGS构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。其与下位机通信原理如图2所示。

2.1 MCGS与PLC建立通讯

MCGS支持多种硬件设备，包括可编程控制器（PLC）、智能模块、板卡、智能仪表和变频器等等。对于不同的硬件设施，工程人员只需为其配置相应的通信驱动程序即可。这种方式即保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。本系统采用串口通讯的方式与西门子S7-200PLC建立联系。首先在上位机中安装西门子S7-200PLC的通讯协议，在通用串口设备中选择串口COM1，并进行有关参数的设置，如地址、波特率、奇偶检验、数据位、停止位设定等，注意此设定值必需与PLC内部设定值一致，这样即可在上位机和PLC之间建立了通讯，由此可见MCGS与硬件设备建立通讯联系十分方便。

2.2 变量定义

当建立了上位机和PLC之间通讯联系后，为实现上位机对水压系统的监控功能，需要设置变量并进行变量到PLC的连接。在MCGS中定义I/O变量，与预先在PLC的内部辅助继电器区定义中间变量相关联，此中间变量与PLC的输入通道继电器位共同控制PLC的输出通道继电器位，通过对变量的各个位进行置“1”，置“0”操作，即可直接控制PLC继电器通道中的每个位的闭合，进而控制水压系统中的各水泵的动作。MCGS通过串行口与PLC进行通信时，访问PLC相关的寄存器地址，以获得PLC所控制设备的状态或修改相关寄存器的值。

2.3 画面组态

在进行完数据变量设置后，便可进行画面组态，实现最终的上位机监控功能。根据系统监控的实际要求，设计的软件实现了下述功能：测试过程动画显示，可以直观看出测试过程中水位的变化和水流的走向；为了形象的表示参数实时值，使用曲线图和棒图来显示参数的变化；实时显示故障报警画面、查询历史报警，并可以设置报警的极限值；可以进行实时曲线监测和历史曲线查询等。此外，针对不同的操作人员，设置不同的系统操作权限及密码，并给予系统操作帮助等等。用MCGS开发的恒压供水系统界面如图3所示。

3 结语

工控机运用MCGS与PLC进行通讯，具有实时性好、速度快、可靠性高、运行稳定、调节灵活等优点。系统人机界面友好而直观，而且具有一定的灵活性，易于扩充。经试验运行表明，该水压系统的压力控制精度为0.01MPa，调节稳定时间不大于2min，压力平稳，操作简单，满足了恒压供水控制系统的应用需要。

参考文献：

[1]饶南.基于PLC的恒压供水系统研究[J].仪器仪表学报，2005（08）.

[2]李爱莲等.工控组态软件MCGS与综合自动化-恒压供水系统[J].2001（17）：9.

[3]张锦荣.水泵变频调速恒压供水的应用实例[J].世界仪表与自动化，2008（02）：47-48.

[4]张晓峰.电气与PLC控制技术及应用[M].北京：高等教育出版社，2013.