【正文】 的變頻泵，兩用一備。 循環(huán)水系統(tǒng)示意圖如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 設(shè)計(jì)要求 (1)水泵起?？刂埔缶哂凶詣?dòng)和手動(dòng)兩種功能。 (2)工作泵出現(xiàn)故障后 自動(dòng)切換到備用泵。 (3)必須的保護(hù)功能（包括短路、卻相、過載、過壓、欠壓等）。 (4)要求 AI36 點(diǎn)， AO14 點(diǎn)， DI180 點(diǎn)， DO100 點(diǎn)， ACC 循環(huán)水高位水箱水位和壓力恒定，側(cè)噴泵組水流量保持為 300 立方米 /小時(shí)。冷水池水溫不高于 35℃ ，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) SCADA 功能。 (5)控制算法要求采用 PID 控制。 (6)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測和監(jiān)視 。 在該系統(tǒng)中，九臺(tái)給水泵組和兩臺(tái)側(cè)噴泵組將冷水池中的水送往 ACC 本體的高位水箱，從 ACC 本體設(shè)備流出的水經(jīng)中間水箱送往熱水池。冷卻和提升泵組是將熱水送入冷水池，前者直接送入， 后者通過冷卻塔送入。其控制要求是使冷水池和熱水池水位保持在正常工作水位附近，并且保證冷水池水溫不高于工藝要求的設(shè)定值（ 35℃ ）。兩水池的水位控制是以冷水池水位為目標(biāo)參量，同時(shí)根據(jù)熱水池水位進(jìn)行修正。其特殊之處在于所有水泵的調(diào)節(jié)量比值是不變的，目的是保持由水溫控制環(huán)提供的冷熱水流量比不變。水溫控制實(shí)質(zhì)就是調(diào)節(jié)冷卻泵組和提升泵組之間的出水比例即冷熱水流量比。 ACC 循環(huán)水泵站水循環(huán)處理系統(tǒng)必須滿足 ACC 工藝和設(shè)備所提出的各種要求，如滿足 ACC 短時(shí)間大水量間隙脈沖工作方式，調(diào)節(jié)水流量使 ACC 主體設(shè)備中高位水箱的水 位恒定，控制 ACC 主體設(shè)備中側(cè)噴泵水流量不變，保證 ACC 主體設(shè)備噴水溫度恒定在某個(gè)低溫值上，使冷水池和熱水池水位保持在某個(gè)工作范圍內(nèi)等。要滿足以上這些要求，就必須在循環(huán)水泵站設(shè)置相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)地監(jiān)測整個(gè)循環(huán)水泵的運(yùn)行狀況。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 (1)模塊化。各系統(tǒng)自上而下逐層分解，直至完成所要求的功能，并在設(shè) 計(jì)中盡量減少模塊間數(shù)據(jù)、控制參數(shù)的傳遞，以減少相關(guān)性。 (2)可靠性 。采用熱備用方式 ，三臺(tái)工頻泵采用兩用一備方式運(yùn)行，變頻泵采用兩用一 備或一用一備的方式運(yùn)行，并在無故障時(shí)工作泵 運(yùn)行一定時(shí)間后自動(dòng)切換 到備用泵，以便使所有的泵交替運(yùn)行，保證水泵的壽命。 (3)實(shí)時(shí)性。自動(dòng)地 對工作中的每個(gè)泵及其 控制設(shè)備 進(jìn)行狀態(tài)反饋 ，如水泵等的正常自動(dòng)運(yùn)行，在出現(xiàn)異常時(shí)迅速 切換 并報(bào)警 ，并通過相應(yīng)指示燈幫助工作人員 發(fā)現(xiàn)故障的原因，及時(shí)的進(jìn)行處理。 (4)方 可維護(hù)性。采用模塊化設(shè)計(jì)以方便維護(hù)。 PLC 留有 10%15%的裕量，以方便以后進(jìn)行擴(kuò)展。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 (5)可讀性 。系統(tǒng)擁有可視化的人機(jī)界面，可以對整個(gè)泵站系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行集中管理，分散控制。 設(shè)計(jì)思想 (1)采用分級、分布式結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)設(shè)中央控制室和泵站現(xiàn)場監(jiān)控站兩級，由中 心 控室統(tǒng)一管理。每座泵站為相對獨(dú)立的監(jiān)控站，能實(shí)現(xiàn)就地控制的各種功能。系統(tǒng)功能還包括能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制、就地控制和遠(yuǎn)程控制的相互切換，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，各監(jiān)控站仍能實(shí)現(xiàn)就地控制。 (2)系統(tǒng)具有高可靠性 中央控制室設(shè)置成雙機(jī)系統(tǒng)，采用雙機(jī)熱備份方式。自動(dòng)化儀表驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)均選用可靠設(shè)備。 (3)故障診斷實(shí)時(shí)性 在一個(gè)控制周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)內(nèi)的各種 I/O 模板的自診斷，發(fā)現(xiàn)故障立即進(jìn)行切換和報(bào)警。 (4)系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，重組容易。 (5)模塊化兼容的應(yīng)用軟件 。 泵站 SCADA 主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用開放式體系結(jié)構(gòu)，有利于將來系統(tǒng)的升級。中心控制室計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)場泵分控站及檢測儀表，通過 MODBUS PLUS 通信 構(gòu)成了一個(gè)先進(jìn)的管理控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (SCADA)，實(shí)現(xiàn)了對整個(gè) ACC 泵站 PLC控制 集中管理及分散控制。 設(shè)計(jì)方案 方案 選 比 方案 (一 )：利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分布式采樣，即在被控點(diǎn)附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點(diǎn)的狀態(tài)采樣和控制輸出，主要為響就控制信號輸出和信息采集，各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成 監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)。另設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊，控制各采樣單元之間控制信號；實(shí)現(xiàn)對 現(xiàn)場 設(shè)備、 運(yùn)行 狀況的監(jiān)控。 方案 (二 )：利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分布式，即在被控點(diǎn)附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點(diǎn)的狀態(tài)采樣和控制輸出，并完成該采樣單元內(nèi)部各控制信號的互鎖；各采樣單元間通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)系統(tǒng)。另設(shè)圖形化監(jiān)控終端一套構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，通過工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通訊，諧調(diào)并控制各采樣單元之間控制信號；實(shí)現(xiàn)對 現(xiàn)場 設(shè)備、 運(yùn)行 狀況的監(jiān)控。 兩 個(gè)方案中， 方案 (一 )僅僅只是利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分布式采樣，再將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 各 PLC 控制單元通過工業(yè)控制網(wǎng)與圖形上位機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接，完成信號的采集，傳送、處理。方案 (二 )在方案 (一 )的基礎(chǔ)上，增加了上位機(jī)對下位機(jī)各 PLC 控制單元的諧調(diào)功能 ，并 充分利用高速的工業(yè)控制網(wǎng)（ MB+網(wǎng)）通訊技術(shù)及 PLC 的自動(dòng)化控制性能 ， 這樣不但充分發(fā)揮可編程控制器高性能的自動(dòng)化控制優(yōu)勢，而且發(fā)揮出了工業(yè)控制網(wǎng)（ MB+網(wǎng)）的高速通訊性能，使得監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化程度更高，穩(wěn)定性更好 。因此我們選用方案二作為本設(shè)計(jì)的基本方案。 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)方案二設(shè)計(jì) ACC 循環(huán)水泵站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示， 系統(tǒng)由 打印機(jī)、HMI、 PLC、變頻器、水泵電機(jī)、 傳感器、 相關(guān)電器控制現(xiàn)場總線和 MODOBUS PLUS協(xié)議 等 組成 。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)是一個(gè)典型的由現(xiàn)場執(zhí)行級 、下位主控級、和上位監(jiān)控級組成的三級計(jì)算機(jī) 控制 系統(tǒng)。上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)與下位主控 PLC 及檢測儀表 的通訊 采用 均采用MODOBUS PLUS 協(xié) 議 。 上位 監(jiān)測系統(tǒng)由 MCGS（ HMI）軟件組態(tài)，用于監(jiān)控水處理站的系統(tǒng)運(yùn)行過程 。遠(yuǎn)程 HMI位于 ACC控制室，所有畫面都與本地 HMI相同， ACC操作人員可以通過遠(yuǎn)程 HMI了解水 處理系統(tǒng)的工作狀況。 三臺(tái) 監(jiān)控計(jì)算機(jī) 均 采用 研華 POS818，普通顯示器 19寸， 提供友好、豐富的人機(jī)界面，對循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行全面監(jiān)控畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 并有協(xié)調(diào)下位機(jī)進(jìn)行主控的作用 。 在不使用上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)視時(shí)， ACC水循環(huán) 系統(tǒng)一樣會(huì)正常工作。此時(shí)，系統(tǒng)是通過下位機(jī)即 PLC進(jìn)行單獨(dú)工作的 ， 并且系統(tǒng)的工作狀態(tài)是自動(dòng)工作狀態(tài) 。 PLC擔(dān)負(fù)著為 ACC（軋后加速冷卻）設(shè)備平穩(wěn)供水的任務(wù)，工作泵出現(xiàn)故障后能夠自動(dòng)切換到備用泵，并且要求設(shè)定必要的保護(hù)功。 PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝 置，它具有體積小，功能強(qiáng)，程序設(shè)計(jì)簡單，靈活通用，維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，使它成為大規(guī)模控制工程的理想下位機(jī)。 經(jīng) 過 設(shè)備比選，我們最終選定了 SCHENIDER公司 QUANTUM系列 PLC與現(xiàn)場電器設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接連接，執(zhí)行可靠 、 有效 、 具體的分散控制同時(shí)用于完成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)據(jù)處理及與上位機(jī)通訊的功能 。 作為本 課程 設(shè)計(jì)現(xiàn)場主控部件較為理想，它主要完成變頻器的邏輯控制。 該 PLC的特點(diǎn)是： (1)性能可靠、穩(wěn)定 ， 適應(yīng)于室外、 泵站 等惡劣環(huán)境下的自動(dòng)化控制 。 (2)它 針對行業(yè)的發(fā)展趨勢增加了很新的特點(diǎn)。具有兼容性好，處理 速 度快，具有可擦寫的存儲(chǔ)器，完整的 I/O選項(xiàng)，具有遠(yuǎn)程 I/O能 。 QUANTUM系列 PLC兼容： MODICON 98 58系列， SQUARE D SYMAX系列。 I/O兼容： 58 200系列， 800系列和 SYMAX系列。 (3)具有無與倫比的網(wǎng)絡(luò)連接能力，特別是應(yīng)用于 MODBUS PLUS網(wǎng)絡(luò)的站間通訊技術(shù)，其快速、準(zhǔn)確、可靠的性能充分滿足 系統(tǒng)控制要求。 (4)同時(shí)其具有強(qiáng)大的編程功能， PLC組態(tài)軟件 （ LD）、功 能塊圖（ FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ ST）等多 PLC編程語言，保證了系統(tǒng)的各類控制功能的需求 。 (5)系統(tǒng)構(gòu)成擴(kuò)展方便抗干擾性能好 。 該 水處理系統(tǒng) 是集監(jiān)督、測量、控制、保護(hù)、信號、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。它包括對泵站主機(jī)運(yùn)行參數(shù)的測量、控制、保護(hù)、相應(yīng)的輔助設(shè)備、以及水情數(shù)據(jù)的收集處理。實(shí)現(xiàn)主室內(nèi)集中數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)場分散控制和保護(hù)，并能通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)、真實(shí)地展現(xiàn)在各級管理人員面前。 軟件 及網(wǎng)絡(luò)通訊 設(shè)計(jì) 下位機(jī)軟件 PLC 程序的錄入可采用編程器完成 ,但這種方 式給稍大一些的程序調(diào)試帶來了困難。采用 WINDOWS 操作界面的可編程控制器編輯軟件 ,能集程序編輯、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)置和監(jiān)控于一體 ,并借助 PLC 網(wǎng)絡(luò) ,能訪問網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 PLC 的任意節(jié)點(diǎn) ,畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 監(jiān)控和修改其 I/O 狀態(tài)。本設(shè)計(jì) 采用 QUANTUM 系列可編程控制器， 軟件編程。 系統(tǒng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種功能。在手動(dòng)模式下所有動(dòng)作由操作人員控制，自動(dòng)模式下各個(gè)目標(biāo)參量由人工設(shè)定，而 PLC 則根據(jù)目標(biāo)參量自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)水泵就地操作箱上的選擇開關(guān)選擇就地時(shí)，水泵處于手動(dòng)狀態(tài)，選擇集中時(shí)，水泵處于自動(dòng)狀態(tài)，不論處于何種狀態(tài)下 ， PLC 均按照控制流程，對水泵起 、 停過程進(jìn)行控制。當(dāng)氣 動(dòng)條件（電源正常，水池水位正常，水泵無故障、變頻器無故障等 ）全部具備時(shí)，該水泵方能起動(dòng)。起動(dòng)或供水過程中，如有異常情況（電源故障 、 水池水位過低或過高 、冷水池溫度過高、水泵 故障）發(fā)生時(shí)， PLC 既按正常順序停泵，并自動(dòng)投入備用泵，以確保系統(tǒng)正常工作。當(dāng) 系統(tǒng)出現(xiàn)故障發(fā)出緊急停機(jī) 信號時(shí)， PLC 立即實(shí)施全系統(tǒng)緊急停機(jī)。 這些功能的實(shí)現(xiàn)是通過 CONCEPT編程軟件在 PLC 中寫入程序來實(shí)現(xiàn)的。 CONCEPT 編程軟件的特點(diǎn)： (1)方便用戶編程 CONCEPT 符合 IEC11313 編程語言標(biāo)準(zhǔn)并支持 5 中 IEC 標(biāo)準(zhǔn)語言：梯形圖（ LD）、順序功能圖 （ SFC） 、功能塊圖（ FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ ST）、指令表（ IL），還支持 LL984 梯形圖語言。 為用戶提供多種編程方式。 (2)功能強(qiáng)大 CONCEPT 為編程者提供生成派生 功能塊或 DFB（導(dǎo)出功能塊）標(biāo)準(zhǔn)庫的功能，并可在 CONCEPT 應(yīng)用程序中反復(fù)調(diào)用。這些 DFB 可以被寫入梯形圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)化文本或指令表中。 (3)修改方便 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編碼的模塊化和復(fù)用性使 CONCEPT 成為高效的編程環(huán)境。如果一些特定的算法或標(biāo)準(zhǔn)控制邏輯需要改變 ，例如電機(jī)啟動(dòng)電路，編程者只需要修改一次，而無需考慮在其程序中要調(diào)用多少次。 (4)具有離線仿真功能 。 上位機(jī)軟件 上位監(jiān)控軟件在 MCGS 環(huán)境下開發(fā)完成 ， MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境，組態(tài)環(huán)境幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，生成組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫；運(yùn)行環(huán)境根據(jù)組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各中處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶應(yīng)用系統(tǒng)由主控窗口，設(shè)備窗口，用戶窗口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，和運(yùn)行策略五部分組成，三種基本類型構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成MCGS 三大功能部分（設(shè)備驅(qū)動(dòng)、動(dòng)畫顯示、 流程控制）。 MCGS 主要完成與 PLC通信、操作畫面顯示、故障報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、趨勢輸出、報(bào)表打印等功能。 系統(tǒng)監(jiān)控畫面采用層次型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各子系統(tǒng)之間很容易切換，直觀反映現(xiàn)場工況，且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點(diǎn)。采用層次型結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 便于操作人員完成多個(gè)子系統(tǒng)的準(zhǔn)確切換，避免由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁瑣造成的誤操作。各子系統(tǒng)也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內(nèi)可完成多項(xiàng)操作功能 。 組態(tài)功能一般包括系統(tǒng)組態(tài)、環(huán)境組態(tài)、控制組態(tài)、顯示組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)組態(tài)、報(bào)警組態(tài)和報(bào)表組態(tài)。通過這些組態(tài)功能可 以控制系統(tǒng) (包括硬件和軟件 )控制方案的構(gòu)成，不同人員介入系統(tǒng)的權(quán)限及運(yùn)行人員工作站提供的功能等。整個(gè)組態(tài)過程是在菜單和功能鍵的幫助下進(jìn)行的。操作功能是工作站在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)提供給操作人員的功能。包括顯示操作，打印和性能計(jì)算等。 使用 MCGS 組態(tài)軟件開發(fā)，該軟件有以下特點(diǎn)： (1)在 Microsoft Windows 98/NT/2021 平臺(tái)上運(yùn)行，軟件性能優(yōu)異，運(yùn)行穩(wěn)定。畫面簡潔美觀，操作方法簡單。 (2)從經(jīng)濟(jì)上考慮 ，比國外軟件便宜很多。由于是國內(nèi)軟件，在對不同設(shè)備（ 如 變 頻 器；智能表）的驅(qū)動(dòng)的開發(fā)上周期短。 (3)它 充分利用了 Windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，必以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性。 (4)系統(tǒng)的開放性能好，能支持多家 PLC、智能儀表和板卡等工控產(chǎn)品 , 組態(tài)軟件能進(jìn)行二次開發(fā) , 開發(fā)的監(jiān)控軟件支持多家 SCADA、 HM I 軟件和其它應(yīng)用程序之間的通訊。 網(wǎng)絡(luò)通 訊 本系統(tǒng)采用 SHENIDER 公司所提供的 MODOBUS PLUS (