1、.1畢業論文設計任務書學生旭 青專業班級電氣13.1班指導教師賢山論文題目四站小車呼叫系統研究的目標、容及方法目標：4站小車的呼叫系統如以下圖所示，要求當*站呼叫時，小車能運行到對應的呼叫位，到達呼叫位30秒后，才可允許下次呼叫。觸摸屏上要用IO域顯示出呼叫站位，實際站位，并將小車的運動過程動畫顯示。用組態顯示出呼叫站位，實際站位，并將小車的運動過程動畫顯示。分階段完成的工作1查資料，列舉方案 2021 年12月2實驗驗證階段 2021年3月3硬件裝配并驗證 2021年4月4編寫軟件并調試 2021年5月5準備畢業論文書寫，辯論 2021年6月系部主任意 見畜牧工程職業技術學院畢業設計開題報告

2、題 目：四站小車呼叫系統系 部： 電子信息工程系專 業： 電子信息工程技術班 級： 電氣13.1班學生：旭指導教師： 先山日 期：2021年6月20開題報告一、課題來源畢業設計題目：四站小車呼叫系統二、目標：4站小車的呼叫系統如以下圖所示，要求當*站呼叫時，小車能運行到對應的呼叫位，到達呼叫位30秒后，才可允許下次呼叫。觸摸屏上要用IO域顯示出呼叫站位，實際站位，并將小車的運動過程動畫顯示。用組態顯示出呼叫站位，實際站位，并將小車的運動過程動畫顯示。三、國外現狀和開展趨勢：自動化控制是指機器設備或生產過程在不需要人工直接干預的情況下,按預期的目標實現測量、操縱等信息處理和過程控制的統稱。工業自

3、動化控制系統通常集機械執行系統、電氣控制系統、傳感器測量系統等于一體。工業自動化控制系統以自動化控制理論為根底，涉及機械、信息技術、電子電路、力學設計、光學設計、熱設計、嵌入式軟件和系統可靠性設計等諸多方面的技術，被廣泛應用于醫藥、生物、冶金、石油、化工、有色金屬、機械、汽車、紡織、造紙、航空航天等諸多現代工業。由于工業自動化行業對其他行業具有較強的推動作用，因此自動化技術水平的上下已經成為衡量一個國家國民經濟開展水平和現代化程度的標志。 四、研究方案，研究途徑，技術路線一主要研究容：通過對現有4站小車呼叫系統的調研和分析，依據用戶對小車呼叫位的要求，確定以可靠性高、使用簡單、維護方便、編程靈

4、活的工控設備變頻器實現異步電動機的可逆調速控制，即可以實現電動機可正反向運行、調速和點動功能，并引入計算機對4站小車呼叫系統進展遠程監控與管理，保證整個系統運行可靠，平安節能，獲得最正確的技術經濟性能。具體而言，論文包括以下容：1 論文在對課題對進展分析和研究的根底上，提出了系統的設計方案和思路，確定論文主要的研究容和研究方法；2分析供水系統根本模型及主要參數，對恒壓供水系統中采用轉速調節法和閥門控制法作了比較，詳細分析和論證變頻調速方式在恒壓供水系統中的節能原理和效果。并分析了變頻調速方式對減少供水系統的水錘效應，提高系統平安性的作用。3論文就變頻調速恒壓供水控制系統的設計做了詳細的分析和研

5、究。從用戶的需求入手確定設備的選型；詳細分析全自動變頻恒壓運行方式水泵運行的各種有效狀態及其轉換過程，討論PLC的程序設計方法及程序執行特點，并在此根底上提出供水系統控制程序的功能模塊和設計方案；在介紹PID調節原理的根底上，分析利用PID調節原理實現恒壓供水的調節過程，給出PID參數設置方法；最后還提出了保障系統可靠性的一些措施。4 通過計算機和PLC的通信，實現4站小車呼叫系統運行狀態的實時遠程監控是本論文的一個特色之處。論文介紹了計算機和PLC通信系統的組成和通信協議，給出了通信程序，并提出4站小車呼叫系統監控軟件設計方法。二研究途徑：在4站小車呼叫系統中，小車位置處于動態變化過程之中，

6、采取恒速泵供水方式，無法維持管壓恒定，同時也影響設備壽命：假設采取閥門控制調節流量來維持管壓，必然造成大量的電能浪費；而且水泵電機直接工頻起動與制動帶來的水錘效應，對管網、閥門等也具有破壞性的影響。基于恒壓、節能及平安性考慮，采取變頻調速恒壓供水方式是一種不錯的選擇。據統計采用變頻調速技術調節流量實現恒壓供水，可節能2050，節能效果相當顯著。在討論變頻調速恒壓供水系統節能機理與平安性之前，有必要討論分析供水系統的一些根本概念和三技術路線在供水系統中，用水量處于動態變化過程之中，采取恒速泵供水方式，無法維持管壓恒定，同時也影響設備壽命：假設采取閥門控制調節流量來維持管壓，必然造成大量的電能浪費

7、；而且水泵電機直接工頻起動與制動帶來的水錘效應，對管網、閥門等也具有破壞性的影響。基于恒壓、節能及平安性考慮，采取變頻調速恒壓供水方式是一種不錯的選擇。據統計采用變頻調速技術調節流量實現恒壓供水，可節能2050，節能效果相當顯著。在討論變頻調速恒壓供水系統節能機理與平安性之前，有必要討論分析供水系統的一些根本概念和：五、設計工作的主要階段、進度和指標階段起始日期終止日期進度技術指標第一階段2021 .12.26查找資料、確定選題豐富全面第二階段完成開題報告、準備資料掌握核心技術第三階段完成系統概要設計設計合理構造化、模塊化第四階段進展系統調試和優化實現制動控制第五階段編寫畢業設計論文準備辯論詳

8、細全面六、最終目標及完成時間：2021年6月七、現有條件及必須采取的措施八、協作單位及要解決的主要問題協作單位：電子信息工程系解決的問題：。九、指導教師審核意見指導教師簽名年 月 日十、系畢業設計(論文)領導小組意見 組長簽名 年 月 日畜牧工程職業技術學院畢 業 論 文4站小車呼叫系統系統設計系 別： 電子信息工程系 專 業： 電子信息工程技術 班 級: 13.1班 學生:旭 指導教師： 先山 摘要1.1 課題的提出摘要傳統的呼叫小車大都是繼電器控制，而繼電器控制有著接線繁多，故障率高的缺點，且維護維修不易等缺點。作為目前國控制市場上的主流控制器，PLC在市場、技術、行業影響等方面有重要作用

9、，利用PLC控制來代替繼電器控制已是大勢所趨。在國際上PLC迅速開展的形勢下，我國多數PLC廠家還沒有擁有自主知識產權，能夠參與國際競爭的PLC產品，其中之一就是研發實力不夠。雖然資金投入、生產和質量管理等因素也占有非常大的比重，但對產品的質量起著決定性作用的是研發投入、研發成果產品化以及生產工藝等。而技術則是貫穿著其中每一個環節，PLC核心技術的開發、產品的后續開發、生產工藝的技術水平是決定產品質量的前提，如何在技術上進一步增強自己的實力，將是國產品牌取得市場競爭優勢的關鍵。本課題小車呼叫系統是操作人員對小車緊急呼叫的工具。該系統可以在各種環境下都能工作，PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減

10、少了控制設備外部的接線，使控制系統設計建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是可隨時控制小車的位置，監視小車完成工作任務的程度，而且在特殊情況下，可以根據需要使其完成相應的動作。可編程控制器從1969年誕生，當時主要由分立元件和小規模集成電路組成，后經微處理器的引入直到進入實用化開展階段，是一步一步的走過來的。可編程控制器進入成熟階段的標志是大規模、高速度、高性能、產品系列化。20世紀末期，可編程控制器的開展特點是更加適應于現代工業的需要。隨著系統能力的提高，PLC提供靈活通信能力、構成了可編程控制系統，人機界面逐步完善，具有離散量和模擬量數據采集系統的監控能力。從控制規模上

11、來說，這個時期開展了大型機和小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備更加容易。目前，我國自己已經可以生產中小型可編程控制器，上屋電氣生產的CF系列、機床電器廠生產的DKK及D系列、組合機床研究所生產的S系列、電子計算機廠生產的YZ系列等多種產品已經具備了一定規模并在工業產品中獲得了應用。此外華光公司、鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的PLC生產廠家。隨著我國現代化進程的不斷深入，PLC在我國將具有更廣闊的應用天地。ABSTRACTAcco

12、rding to the requirement of Chinas urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.The system is made up of PLC, transducer

13、,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch ado

14、pts the principle ofstart first stop first. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID parison operation,so,control frequency and the e*port voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator e to change

15、 water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development to show and data,report to the police i

16、nquiry.關鍵詞變頻調速，恒壓供水，PLC，組態軟件Keywords:variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition.1目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390946601第一章緒論 PAGEREF _Toc390946601 h 1HYPERLINK l _Toc3909466021.1 課題的提出 PAGEREF _Toc390946602 h 1HYPERLINK l

17、_Toc3909466031.2 PLC概述 PAGEREF _Toc390946603 h 1HYPERLINK l _Toc3909466041.2.1 可編程控制器的定義 PAGEREF _Toc390946604 h 1HYPERLINK l _Toc3909466051.2.2 PLC的開展和應用 PAGEREF _Toc390946605 h 1HYPERLINK l _Toc3909466061.2.3 西門子S7-200PLC簡介 PAGEREF _Toc390946606 h 2HYPERLINK l _Toc3909466071.3 本課題的主要研究容 PAGEREF _T

18、oc390946607 h 2HYPERLINK l _Toc390946608第二章系統的理論分析及控制方案確定 PAGEREF _Toc390946608 h 4HYPERLINK l _Toc3909466092.1 變頻恒壓供水系統的理論分析 PAGEREF _Toc390946609 h 4HYPERLINK l _Toc3909466102.1.1 電動機的調速原理 PAGEREF _Toc390946610 h 4HYPERLINK l _Toc3909466112.2恒壓供水系統控制方案確實定 PAGEREF _Toc390946611 h 4HYPERLINK l _Toc3

19、90946612恒壓供水系統的組成及原理圖 PAGEREF _Toc390946612 h 4HYPERLINK l _Toc390946613第三章系統的硬件設計 PAGEREF _Toc390946613 h 6HYPERLINK l _Toc3909466143.1 系統主要設備的選型 PAGEREF _Toc390946614 h 6HYPERLINK l _Toc3909466153.1.1 PLC及其擴展模塊的選型 PAGEREF _Toc390946615 h 7HYPERLINK l _Toc3909466163.1.2 變頻器的選型 PAGEREF _Toc390946616

20、 h 8HYPERLINK l _Toc3909466173.2 系統主電路分析及其設計 PAGEREF _Toc390946617 h 8HYPERLINK l _Toc3909466183.3PLC的I/O端口分配及外圍接線圖 PAGEREF _Toc390946618 h 9HYPERLINK l _Toc390946619第四章系統的軟件設計 PAGEREF _Toc390946619 h 10HYPERLINK l _Toc3909466204.1 PLC程序設計 PAGEREF _Toc390946620 h 10HYPERLINK l _Toc390946621控制系統主程序設計

21、 PAGEREF _Toc390946621 h 10HYPERLINK l _Toc3909466224.1.2 控制系統子程序設計 PAGEREF _Toc390946622 h 10HYPERLINK l _Toc3909466234.2 PID控制器參數整定 PAGEREF _Toc390946623 h 13HYPERLINK l _Toc3909466244.3 觸摸屏控制界面 PAGEREF _Toc390946624 h 14HYPERLINK l _Toc390946625第五章監控系統的設計 PAGEREF _Toc390946625 h 15HYPERLINK l _To

22、c3909466265.1 組態軟件簡介 PAGEREF _Toc390946626 h 15HYPERLINK l _Toc3909466275.2 監控系統的設計 PAGEREF _Toc390946627 h 15HYPERLINK l _Toc3909466285.2.1 組態王的通信參數設置 PAGEREF _Toc390946628 h 15HYPERLINK l _Toc3909466295.2.2 新建工程與組態變量 PAGEREF _Toc390946629 h 16HYPERLINK l _Toc3909466305.2.3 組態畫面 PAGEREF _Toc3909466

23、30 h 17HYPERLINK l _Toc3909466315.2.4 監控系統界面 PAGEREF _Toc390946631 h 18HYPERLINK l _Toc390946632完畢語 PAGEREF _Toc390946632 h 20HYPERLINK l _Toc390946633參考文獻 PAGEREF _Toc390946633 h 21HYPERLINK l _Toc390946635致 PAGEREF _Toc390946635 h 22HYPERLINK l _Toc390946636附錄 PAGEREF _Toc390946636 h 23HYPERLINK l

24、 _Toc390946637主程序梯形圖 PAGEREF _Toc390946637 h 23.1第一章緒論1.1 課題的提出本課題主要研究的是基于PLC的小車定點呼叫系統的設計，包括硬件的設計和軟件的設計。通過設計編制PLC程序實現小車模型控制系統的自動控制。提供較為直觀、清晰、準確的小車運行狀態，為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統的工作效率。 將PLC應用到運料小車定點呼叫電氣控制系統，可實現運料小車的自動化控制，降低系統的運行費用。它功能強大，可擴展到多達128I/O點，且能增加特殊功能模塊或擴展板。本課題主要包括：分析被控對象和明確系統控制要求；選定PLC類型，確定系統I

25、/O設備的數量及種類；控制流程設計；控制程序設計。 PLC在運料小車控制系統中的應用，已經在國外工程、工廠中得到實際應用，具有巨大的經濟和社會價值，其智能化和自動化的思路值得以后繼續深入研究和推廣。1.2PLC概述1.2.1可編程控制器的定義可編程控制器，簡稱PLC(Programmable logic Controller)，是指以計算機技術為根底的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會(International Electrical mittee)公布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義:“PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲

26、器，用來在其部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。1.2.2PLC的開展和應用世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數字設備公司(DEC)研制的。限于當時的元器件條件及計算機開展水平，早期的PLC主要由分立組件和中小規模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。20世紀70年代初出現了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數據傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業控制裝

27、置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言5，并將參加運算及處理的計算機存儲組件都以繼電器命名。此時的PLC為微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化開展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器開展的特點是大規模、高速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特

28、點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀末期，可編程控制器的開展特點是更加適應于現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期開展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，PLC在國外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、輕紡、交通運輸、及文化娛樂等各個行業，被稱為現代技術的三大支柱之一。1.2.3西門子S7-200PLC簡介西門子公司具有品

29、種非常豐富的PLC產品。S7系列是傳統意義的PLC，S7-200屬于小型PLC，在1998年升級為第二代產品，2004年升級為第三代產品，其特點如下6：(1) 功能強大。S7-200有5種CPU模塊，最多可擴展7個擴展模塊，擴展到248點數字量I/O或38路模擬量I/O，最多有30多KB的程序存儲空間和數據存儲空間；(2) 先進的程序構造，功能強大、使用方便的編程軟件；(3) 靈活方便的尋址方法；(4) 強大的通信功能和品種豐富的配套人機界面；(5) 有競爭力的價格；(6) 完善的網上技術支持等。1.3本課題的主要研究容本課題主要研究的是基于PLC的小車定點呼叫系統的設計，包括硬件的設計和軟件

30、的設計。通過設計編制PLC程序實現小車模型控制系統的自動控制。提供較為直觀、清晰、準確的小車運行狀態，為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統的工作效率。 將PLC應用到運料小車定點呼叫電氣控制系統，可實現運料小車的自動化控制，降低系統的運行費用。它功能強大，可擴展到多達128I/O點，且能增加特殊功能模塊或擴展板。本課題主要包括：分析被控對象和明確系統控制要求；選定PLC類型，確定系統I/O設備的數量及種類；控制流程設計；控制程序設計。 PLC在運料小車控制系統中的應用，已經在國外工程、工廠中得到實際應用，具有巨大的經濟和社會價值，其智能化和自動化的思路值得以后繼續深入研究和推廣論文

31、包括以下容：1 論文在對課題對進展分析和研究的根底上，提出了系統的設計方案和思路，確定論文主要的研究容和研究方法；2分析4站小車根本模型及主要參數，對4站小車系統中采用組態技術與觸摸屏技術進展設計調試，確保論文的準確性。3論文就4站小車系統的設計做了詳細的分析和研究。從用戶的需求入手確定設備的選型；詳細分析全自動小車呼叫運行方式小車運行的各種有效狀態及其轉換過程，討論PLC的程序設計方法及程序執行特點，并在此根底上提出準確的設方法，最后還提出了保障系統可靠性的一些措施。4 通過計算機和PLC的通信，實現4站小車系統運行狀態的實時遠程監控是本論文的一個特色之處。論文介紹了計算機和PLC通信系統的

32、組成和通信協議，給出了通信程序，并提出供水系統監控軟件設計方法。.1第二章系統的理論分析及控制方案確定2.1 變頻恒壓供水系統的理論分析 電動機的調速原理水泵電機多采用三相異步電動機，而其轉速公式為：式中：f表示電源頻率，p表示電動機極對數，s表示轉差率。從上式可知，三相異步電動機的調速方法有：(l)改變電源頻率(2)改變電機極對數(3)改變轉差率改變電機極對數調速的調控方式控制簡單，投資省，節能效果顯著，效率高，但需要專門的變極電機，是有級調速，而且級差比較大，即變速時轉速變化較大，轉矩也變化大，因此只適用于特定轉速的生產機器。改變轉差率調速為了保證其較大的調速圍一般采用串級調速的方式，其最

33、大優點是它可以回收轉差功率，節能效果好，且調速性能也好，但由于線路過于復雜，增加了中間環節的電能損耗7，且本錢高而影響它的推廣價值。下面重點分析改變電源頻率調速的方法及特點。根據公式可知，當轉差率變化不大時，異步電動機的轉速n根本上與電源頻率f成正比。連續調節電源頻率，就可以平滑地改變電動機的轉速。但是，單一地調節電源頻率，將導致電機運行性能惡化。隨著電力電子技術的開展，已出現了各種性能良好、工作可靠的變頻調速電源裝置，它們促進了變頻調速的廣泛應用。2.24站小車呼叫方案確實定設計方案： 四站小車的呼叫控制主要是通過輸入信號和輸出信號的比較，判斷小車的實時位置與呼叫位置的預期位置，從而給小車前

34、后行駛的信號來控制小車的運行。所以，我們需要對小車的實時位置以及預期位置進展賦值，這樣才能進展比較。我們是用圓臺模擬小車的運行，正反轉是由變頻器設置，PLC給定信號控制的。之后可以將站臺以及倒計時時間顯示在數碼管上。由于有4個站臺需要選擇，編程時我們選擇順序功能圖選擇分支。圖2.3變頻恒壓供水系統控制流程圖從圖中可看出，系統可分為：執行機構、信號檢測機構、控制機構三大局部，具體為：(l) 執行機構：執行機構是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網，其中由一臺變頻泵和兩臺工頻泵構成，變頻泵是由變頻調速器控制、可以進展變頻調整的水泵，用以根據用水量的變化改變電機的轉速，以維持管網的水壓恒定；工頻

35、泵只運行于啟、停兩種工作狀態，用以在用水量很大變頻泵到達工頻運行狀態都無法滿足用水要求時的情況下投入工作。(2) 信號檢測機構：在系統控制過程中，需要檢測的信號包括管網水壓信號、水池水位信號和報警信號。管網水壓信號反映的是用戶管網的水壓值，它是恒壓供水控制的主要反響信號。此信號是模擬信號，讀入PLC時，需進展A/D轉換。另外為加強系統的可靠性，還需對供水的上限壓力和下限壓力用電接點壓力表進展檢測，檢測結果可以送給PLC，作為數字量輸入；水池水位信號反映水泵的進水水源是否充足。信號有效時，控制系統要對系統實施保護控制，以防止水泵空抽而損壞電機和水泵。此信號來自安裝于水池中的液位傳感器；報警信號反

36、映系統是否正常運行，水泵電機是否過載、變頻器是否有異常，該信號為開關量信號。(3)控制機構：供水控制系統一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系統)、變頻器和電控設備三個局部。供水控制器是整個變頻恒壓供水控制系統的核心。供水控制器直接對系統中的壓力、液位、報警信號進展采集，對來自人機接口和通訊接口的數據信息進展分析、實施控制算法，得出對執行機構的控制方案，通過變頻調速器和接觸器對執行機構(即水泵機組)進展控制；變頻器是對水泵進展轉速控制的單元，其跟蹤供水控制器送來的控制信號改變調速泵的運行頻率，完成對調速泵的轉速控制。變頻恒壓供水系統以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現出口總管網

37、的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段是一個常數。所以，在*個特定時段，恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上10。變頻恒壓供水系統的構造框圖如圖2.4所示：圖2.4變頻恒壓供水系統框圖恒壓供水系統通過安裝在用戶供水管道上的壓力變送器實時地測量參考點的水壓，檢測管網出水壓力，并將其轉換為420mA的電信號，此檢測信號是實現恒壓供水的關鍵參數。由于電信號為模擬量，故必須通過PLC的A/D轉換模塊才能讀入并與設定值進展比較，將比較后的偏差值進展PID運算，再將運算后的數字信號通過D/A轉換模塊轉換成模擬信號

38、作為變頻器的輸入信號，控制變頻器的輸出頻率，從而控制電動機的轉速，進而控制水泵的供水流量，最終使用戶供水管道上的壓力恒定，實現變頻恒壓供水。第三章系統的硬件設計3.1 系統主要設備的選型根據基于PLC的變頻恒壓供水系統的原理，系統的電氣控制總框圖如圖3.1所示：圖3.1 系統的電氣控制總框圖由以上系統電氣總框圖可以看出,該系統的主要硬件設備應包括以下幾局部：(1) PLC及其擴展模塊、(2)變頻器、(3) 水泵機組、(4)壓力變送器、(5) 液位變送器。主要設備選型如表3.1所示：表3.1 本系統主要硬件設備清單主要設備型號及其生產廠家可編程控制器PLCSiemens CPU 226模擬量擴展

39、模塊Siemens EM 235變頻器Siemens MM440水泵機組水泵2臺壓力變送器及顯示儀表普通壓力表液位變送器液位變送器3.1.1 PLC及其擴展模塊的選型PLC是整個變頻恒壓供水控制系統的核心，它要完成對系統中所有輸入號的采集、所有輸出單元的控制、恒壓的實現以及對外的數據交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執行速度、指令豐富程度、存空間、通訊接口及協議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。由于恒壓供水自動控制系統控制設備相對較少，因此PLC選用德國SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的構造緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣泛適用于一些

40、小型控制系統。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可擴展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協議簡單等優點；PLC可以上接工控計算機，對自動控制系統進展監測控制。PLC和上位機的通信采用PC/PPI電纜，支持點對點接口(PPI)協議，PC/PPI電纜可以方便實現PLC的通信接口RS485到PC機的通信接口RS232的轉換，用戶程序有三級口令保護，可以對程序實施平安保護12。根據控制系統實際所需端子數目，考慮PLC端子數目要有一定的預留量，因此選用的S7-200型PLC的主模塊為CPU226，其開關量輸出為16點，輸出形式為AC220V繼電器輸出；開關量輸入CPU226為24點，輸入形式為+2

41、4V直流輸入。由于實際中需要模擬量輸入點1個，模擬量輸出點1個，所以需要擴展，擴展模塊選擇的是EM235，該模塊有4個模擬輸入(AIW)，1個模擬輸出(AQW)信號通道。輸入輸出信號接入端口時能夠自動完成A/D的轉換，標準輸入信號能夠轉換成一個字長(16bit)的數字信號；輸出信號接出端口時能夠自動完成D/A的轉換，一個字長(16bit)的數字信號能夠轉換成標準輸出信號。EM235模塊可以針對不同的標準輸入信號，通過DIP開關進展設置。 變頻器的選型由于本設計中PLC選擇的西門子S7-200型號，為了方便PLC和變頻器之間的通信，我們選擇西門子的MicroMaster440變頻器。它是用于三相

42、交流電動機調速的系列產品，由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。它采用模塊化構造，組態靈活，有多種完善的變頻器和電動機保護功能，有置的RS-485/232C接口和用于簡單過程控制的PI閉環控制器，可以根據用戶的特殊需要對I/O端子進展功能自定義。快速電流限制實現了無跳閘運行，磁通電流控制改善了動態響應特性，低頻時也可以輸出大力矩。MicroMaster440變頻器的輸出功率為0.7590KW，適用于要求高、功率大的場合，恰好其輸出信號能作為75KW的水泵電機的輸入信號。另外選擇西門子的變頻器可以通過RS-485通信協議和接口直接與西門子PLC

43、相連，更便于設備之間的通信。3.2 系統主電路分析及其設計基于PLC的變頻恒壓供水系統主電路圖如圖3.2所示：結合實際情況，本論文的恒壓供水系統的主電路如以下圖。系統共有二臺電機，分別為Ml、M2。其中Ml、 M2均可以在工頻或變頻兩種方式下運行。每臺電機都通過兩個接觸器與變頻器輸出電源相聯，變頻器輸入電源前面接入一個自動空氣開關，來實現電機、變頻器的過流過載保護。接觸器KM1、KM3分別控制M1、M2的工頻運行，KM2、KM4控制M1、M2的變頻運行。VVVF為通用變頻器.在系統工作流程中，我們知道當一臺調速水泵己運行在上限頻率，此時管網的實際壓力仍低于設定壓力，需要增加水泵來滿足供水要求，

44、到達恒壓的目的；當調速水泵和工頻運行水泵都在運行且調速水泵己運行在下限頻率，此時管網的實際壓力高于設定壓力，此時需要減少工頻運行水泵來減少供水流量，到達恒壓的目的。圖3.2 變頻恒壓供水系統主電路圖3.3PLC的I/O端口分配及外圍接線圖基于PLC的變頻恒壓供水系統設計的根本要求如下：(1) 由于白天和夜間小區用水量明顯不同，本設計采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設定的給定水壓值不同。白天，小區的用水量大，系統高恒壓值運行；夜間，小區用水量小，系統低恒壓值運行。(2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續運行時間超過3h，則要切換下一臺水泵，即系統具有“倒泵功能，防止*一臺水泵工作時

45、間過長。倒泵只用于系統只有一臺變頻泵長時間工作的情況下。表3.2 輸入輸出點代碼及地址編號名稱代 碼地址編號輸入信號供水模式信號SB1I0.0啟動按鈕SB2I0.1停頓按鈕SB3I0.2壓力變送器輸出模擬量電壓值UpAIW0輸出出信號1*泵工頻運行KM1、HL1Q3.01*泵變頻運行KM2、HL2Q3.12*泵工頻運行KM3、HL3Q3.22*泵變頻運行KM4、HL4Q3.3指示燈KAQ0.0變頻器輸入電壓信號UfAQW0PLC及擴展模塊外圍接線圖，如圖3.4所示：圖3.4 PLC及擴展模塊外圍接線圖第四章系統的軟件設計4.1 PLC程序設計PLC控制程序由一個主程序、假設干子程序構成。控制系

46、統主程序設計PLC主程序主要由系統初始化程序、水泵電機起動程序、水泵電機變頻/工頻切換程序、水泵電機換機程序、模擬量(壓力、頻率)比較計算程序和報警程序等構成。 控制系統子程序設計(1) 初始化子程序SBR_0梯形圖如圖4.4所示。圖4.4 初始化子程序SBR_0梯形圖(2) PID控制中斷子程序梯形圖如圖4.5所示。圖4.5 PID控制中斷子程序INT_0梯形圖4.2PID控制器參數整定運行后得到的仿真波形圖如圖4.8所示圖4.8 恒壓供水系統階躍響應仿真波形圖從圖中不難看出，系統的調節時間較快，且能輸出穩定的壓力信號，完全符合設計的要求。4.3 觸摸屏控制界面運行后得到的觸摸屏控制界面如圖

47、4.9所示圖4.9 觸摸屏控制界面.1第五章監控系統的設計5.1 組態軟件簡介 組態軟件一般有圖形界面系統、實時數據庫系統、第三方程序接口組件和控制功能組件組成。圖形界面系統用于生成現場過程圖形畫面；實時數據庫系統用于實時存儲現場控制點的參數；第三方程序接口組件用于組態軟件與其他應用程序交換數據；控制功能組件用于生成監控所需的控制策略。本設計中選擇亞控公司的“組態王軟件制作監控系統。5.2 監控系統的設計 組態王的通信參數設置本設計中用S7-200的PPI編程電纜實現計算機與CPU模塊的通信。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設備文件夾中的“1圖標，在出現的對話框中設置波特率為1920

48、0bit/s，如圖5.1所示。圖5.1 串行通信接口參數設置選中“1后，雙擊右側工作區出現的“新建圖標，在出現的對話框的“PLC文件夾中選擇西門子的S7-200系列，通信協議為PPI見圖5.2，設置好單擊“下一步直至“完成，這樣在右側會出現剛生成的“新IO設備圖標，通信設置完畢。圖5.2 通信協議的設置新建工程與組態變量雙擊“組態王6.52”啟開工程管理器，新建一個工程，名為“恒壓供水系統，雙擊新建工程翻開工程瀏覽器，點擊工程瀏覽器中的“數據詞典圖標，右面工作區會出現系統定義好的存變量。雙擊最下面的“新建圖標，彈出“定義變量對話框見圖5.3，開場定義輸入輸出變量。用同樣的方法組態所有變量見圖5

49、.4。圖5.3 定義變量對話框 組態畫面(1) 建立新畫面單擊工程瀏覽器左側的“畫面圖標，雙擊工作區“新建圖標，彈出“新畫面對話框，輸入名稱點擊確定進入組態王的開發系統。(2) 制作動態監控畫面利用工具箱中各畫圖工具繪制監控系統界面，然后進展動畫連接。(3) 編寫控制流程程序雙擊工程瀏覽器左邊窗口“文件命令語言應用程序命令語言進展編程。(4) 按鈕、指示燈組態設定按鈕或文字的對象，按鈕既可以用來執行*些命令，還可以圖5.4 數據詞典中的變量列表輸入數據給*些變量，當和外部的一些智能儀表、PLC等進展連接時，會大大增加其數據傳輸的簡潔性；指示燈組態后用于顯示系統的工作狀態。監控系統界面系統運行主監控界面如圖5.5所示，圖5.5恒壓供水系統監控界面系統運行監控實時趨勢曲線界面如圖5.6所示圖5.6系統運行監控實時趨勢曲線界面 系統運行監控報表曲線界面如圖5.7所示.1完畢語本文主要的工作如下：經過兩個星期的團隊協作，我們小組終于合力完成了這次實訓任務。期間酸甜苦辣，冷暖自知。 在此之前，因為幾經學習過西門子S7-200的PLC