【正文】 控制變頻器輸出 驅(qū)動(dòng)水泵工作 ，再經(jīng) PID 進(jìn)行液位控制，以穩(wěn)定液位的高度。 計(jì)算機(jī)部分 計(jì)算機(jī)運(yùn)用是突顯監(jiān)控管理的，是與 PLC 邏輯控制器的之間通信的接收者，同時(shí)也是發(fā)送者，傳達(dá)人們的控制指令，呈現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。也是接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令或者參數(shù) 進(jìn)而 切換到另一運(yùn)行狀態(tài) 的最終執(zhí)行者 。此時(shí) 連接方式為 AQ0 接AIN+端，地線接 AIN端。用于 S7200與 PC 或 DTE 設(shè)備之間的連接，支持多主 站模式，最高通訊速度可達(dá) ，如圖 58 所示 。這個(gè)時(shí)間與電纜上的 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)定的波特率選擇有關(guān) 見(jiàn)表 51。 同時(shí) ,通過(guò)導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔 ,再將液面 上的大氣壓 Po 與傳感器的負(fù)壓腔相連 ,以抵消傳感器背面的 Po ,使傳感器測(cè)得壓力為 :ρ . ,顯然 , 通過(guò)測(cè)取壓力 P ,可以得到液位深度 . 功能特點(diǎn) : ◆ 穩(wěn)定性好 ,滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá) %。 表 51 波特率設(shè)置 波特率 /（ bit/s） 切換時(shí)間 /ms 設(shè)置 波特率 /（ bit/s） 切換時(shí)間 /ms 設(shè)置 115200 110 9600 2 010 57600 111 4800 4 011 38400 000 2400 7 100 19200 1 001 1200 14 101 液位檢測(cè)傳感器 液位檢 測(cè)傳 感器 是用于 對(duì)水 位高 度的 測(cè)量， 本系 統(tǒng)設(shè) 計(jì)選 用的是CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) 如圖 59，是 基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理 ,采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳 33 感器 ,將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ,再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正 ,轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào) (一般為4~20mA/1~5VDC). 圖 59 CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) 適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行 業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量 .精巧的結(jié)構(gòu) ,簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式 ， 提供了 .4~20mA、 0~5v、 0~10mA 等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出 。當(dāng)檢測(cè)到 RS232 的發(fā)送線有字符時(shí)，電纜立即從接收模式轉(zhuǎn)換到發(fā)送模式。 S7200 的通信接口為RS485，計(jì)算機(jī)可以使用 RS232C 或 USB 通信接口，因此有 RS232C/PPI 電纜 和USB/PPI 兩種電纜。 30 圖 55 PLC 邏輯控制連接圖 變頻器 圖 56 西門(mén)子 MicroMaster420變頻器 端口接線圖 RS232C/PPI 至 PC 主機(jī) RS232 RS485 CBM2100/CBM2700 0~10V 1~5V 1L 手動(dòng)起動(dòng) 手動(dòng)停止 SB1 L+ M 1M 2M AC 220V 故障指示燈 故障報(bào)警器 SB2 過(guò)載 AQ0 AI0 DC24V CPU 224 XP 至 西門(mén)子MicroMaster420 KM1 KM2 起動(dòng) 停止 FR 31 在本系統(tǒng)中，控制變頻器是采用 PLC 邏輯控制器輸出模擬電壓信號(hào)來(lái)對(duì)變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，進(jìn)而控制水泵的輸出量，在進(jìn)行電位器變頻調(diào)速之前是要對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)置的，設(shè)置請(qǐng)見(jiàn)附件 西門(mén)子 MicroMaster420 變頻器說(shuō)明書(shū)中的通過(guò)調(diào)速電位器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。與 PLC 之間只需一條通信線就可，且硬件要求也較低 如圖 53，只是 S7200 的通信接口為 RS485，計(jì)算機(jī)多為 RS232，所以得用 RS232C/PPI 電纜 。此時(shí)，則 PLC 控制器可進(jìn)行單獨(dú) 手動(dòng) 工作，只是該工作模式參數(shù)是不能改變的，即是默認(rèn)的工作模式。 28 圖 52 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 52 是液位控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖，其硬件的工作流程是： 首先，由電腦給PLC 邏輯控制器傳送液位控制 參數(shù) A。 PLC 編程軟件 對(duì)于系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)情況，使用 STEP 7 MicroWIN SP6 版本的編程軟件 ，對(duì)系統(tǒng)的程序部分進(jìn)行編譯調(diào)試 。 管道和閥門(mén) 管道和閥門(mén)是供水網(wǎng)絡(luò)中一般少不了的，而本系統(tǒng)中的管道也就用一般的 塑料水管就行了， 閥門(mén)也選用一個(gè)合適的，在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)的。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)容積為 1 方的水箱，用于暫時(shí)存儲(chǔ)水。 變頻器是驅(qū)動(dòng)水泵工作的一個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，所以變頻器的輸出功率必須得考慮實(shí)際情況來(lái)決定，在本系統(tǒng)中，變頻器采用西門(mén)子 MicroMaster420 變頻器。 系統(tǒng) 硬件 選定 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案給出之中主要使用的硬件結(jié)構(gòu)部分，硬件是整個(gè)系統(tǒng)組成的重要部分，是液位控制 系統(tǒng)功能 實(shí)現(xiàn)的“體力”執(zhí)行者 。 其次，再對(duì) PLC 邏輯控制器進(jìn)行編程，用于處理來(lái)自計(jì)算機(jī)和其它硬件傳送回的數(shù)據(jù) ，并根據(jù)實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)奶幚?。水箱的出水口是根?jù)實(shí)際需求情況來(lái)決定出水量的大小，在用水量大時(shí) ， PLC 控制變頻器 ， 使水泵的 輸 出水量大，反之則小。由于后者省掉了輸出變壓器，減小了損耗，提高了效率，同時(shí)也減小了占地面積，所以它是大容量電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū) 動(dòng)發(fā)展的方向。 4．高集成度元件的應(yīng)用。目前主要是全數(shù)字控制技術(shù)，以 32 位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，以數(shù)字控制的大功率交 —交變頻器已經(jīng)面世。目前，它主要朝以下幾個(gè)方向發(fā)展： 1．高水平的控制。對(duì)不具有此功能的變頻器，應(yīng)利用接觸器切換變頻器輸 出相序。 在應(yīng)用變頻器時(shí)，除選擇合適的容量，確定合理的控制方式外，還應(yīng)選擇好變頻器的運(yùn)行方式和外用設(shè)備，由于各種控制對(duì)象和負(fù)載以及調(diào)速系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度，精度不一樣 要求采用變頻器的外圍設(shè)備及運(yùn)行方式是不同。 控制功 能： 線性 V/F 控制，平方 V/F 控制，可編程多點(diǎn)設(shè)定 V/F 控制； 最新的 IGBT 技術(shù)，數(shù)字微處理器控制； 集成 RS485 通訊接口，可選 PROFIBUSDP 通訊模塊 /DeviceNet 模板； 具有 7 個(gè)固定頻率， 4 個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； 捕捉再起動(dòng) 功能； 保護(hù)功能： 過(guò)載能力為 150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 60 秒； 過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)； 變頻器過(guò)溫保護(hù)； 接地故障保護(hù)，短路保護(hù)； 電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)； 閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)。全新的 IGBT 技術(shù)、強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、和高可靠性都讓控制變成一種樂(lè)趣?？焖匐娏飨拗?FCL 實(shí)現(xiàn)了無(wú)跳閘運(yùn)行，磁通電流控制 FCC 改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，低頻時(shí)也可以輸出大力矩。 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，通用變頻器在種類(lèi)、性能和應(yīng)用等方面都取得了很大提高，這些變頻器已基 本上能滿足現(xiàn)代工業(yè)控制的需要，且用戶的選擇范圍也非常大。例如：日?qǐng)?bào)表的組態(tài)只需用戶選擇需要的變量和每個(gè)變量的收集間隔時(shí)間。 歷史庫(kù)的優(yōu)化 ： －通用歷史趨勢(shì)曲線的每條曲線都可以定義自己 Y 軸單位和范圍，并且 Y 軸坐標(biāo)能夠根據(jù)曲線區(qū)域數(shù)據(jù)的最大值，最小值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整 ； －增加了對(duì)關(guān)機(jī)時(shí)刻和通訊失敗時(shí)歷史數(shù)據(jù)的處理 ； －增加對(duì) IO 變量可按照每次采集進(jìn)行存儲(chǔ)的功能 ； －當(dāng)磁盤(pán)的空間小于設(shè)定值時(shí)會(huì)有相應(yīng)的提示 ； －改進(jìn)了歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)算法，存儲(chǔ)速度更快 。產(chǎn)品更加符合工程開(kāi)發(fā)者的使用習(xí)慣。通訊方式靈活多樣，為用戶提供了充足的選擇空間，可以適應(yīng)各種設(shè)計(jì)方案的需要。具有單個(gè)服務(wù)器支持高達(dá) 10 萬(wàn)點(diǎn)、支持 256個(gè)并發(fā)客戶同時(shí)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)、每秒檢索單個(gè)變量超過(guò) 30,000 條記錄的強(qiáng)大功能。并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見(jiàn)，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。 16 連接 ,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行 ,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。 該系統(tǒng)是中文界面 ,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。管理人員不需要深入到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。 它還配有加密鎖，支持工程加密：驅(qū)動(dòng)程序較為豐富，如支持 DDE、板卡、OPC 服務(wù)器、 PLC 智能儀表、智能模塊等，支 持 ActiveX 控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)功能、冗長(zhǎng)功能。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 組態(tài)王的特點(diǎn) 及應(yīng)用 它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 畫(huà)面運(yùn)行系統(tǒng)：是“組態(tài)王”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，用于顯示畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中建立的動(dòng)畫(huà)圖形畫(huà)面，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)與 I/O 服務(wù)程序的數(shù)據(jù) 交換，通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理從一組工業(yè)控制對(duì)象采集到的各種數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)的變化用動(dòng)畫(huà)的方式形象的表現(xiàn)出來(lái)，同事完成報(bào)警、歷史記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)控功能，并可生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)文件。組態(tài)王圖形界面開(kāi)發(fā)功能使用方便，對(duì) I/O 設(shè)備廣泛支持。 圖 24 S7200 CPU 模塊外形圖 二、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 輸出信號(hào) 類(lèi)型 電源輸出 13 基本 I/O 存儲(chǔ)安全 高速反應(yīng) 模擬電位器 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 輸入輸出可擴(kuò)展性 三、各 CPU 型號(hào)對(duì)比 ，如表 21。 S7200 系列是一類(lèi)小型可編程邏輯控制器，它具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的 擴(kuò)展 性、低廉的價(jià)格和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使它能近乎完美的滿足小規(guī)模的擴(kuò)展要求。 簡(jiǎn)而言之， PLC 是采用周期循環(huán)掃描、集中輸入與輸出的工作方式。 四、編程器： 用來(lái)生成用戶程序，并用它來(lái)編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。 三、 輸入、輸出接口： 采用光電隔離，減小了電磁干擾。 把結(jié)果送到輸出端。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 的組成結(jié)構(gòu)圖 PLC 主要由 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見(jiàn)圖 21）。 定時(shí)控制： PLC 具有定時(shí)功能，它為用戶提供了若干個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器的時(shí) 間可由用戶在編寫(xiě)用戶程序是設(shè)定，也可以用撥盤(pán)開(kāi)關(guān)在外邊設(shè)定， 實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制。 模擬量控制： 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程 中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、流量、液位等都是模擬量，但 CPU 只能處理數(shù)字量，所以 PLC 中配置了 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，以完成對(duì)模擬量的控制。 二 、 小型 化 發(fā)展小型 PLC 是為了占領(lǐng)廣大的、分散的、中小型的工業(yè)控制場(chǎng)合，是 PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物，而且超過(guò)繼電器控制系統(tǒng)的功能，小型、超小型、微小型 PLC 不僅便于機(jī)電一體化，也是實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化的理想控制器。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 雖然 PLC 只有 30 多年的歷史，但其發(fā)展迅猛，成為當(dāng)今增長(zhǎng)速度最快的工業(yè)控制器，而且還將繼續(xù)發(fā)展下去。初步形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系。在編程技術(shù)方面開(kāi)發(fā)了面向用戶的梯形圖編程法，通俗易懂。它采用計(jì)算機(jī)的初級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序：它的 CPU 采用中、小規(guī)模集成電路，以邏輯運(yùn)算為主，只是專(zhuān)用的邏輯處理器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)專(zhuān)用的邏輯控制計(jì)算機(jī)，還缺乏 PLC自己的鮮明的性格，它的價(jià)格昂貴、功能僅限于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是 PLC 與順序控制器在可編程方面有質(zhì)的區(qū)別。 這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，所以編程方便。它采用了可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)計(jì)算等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺(tái) PLC（ PDP14 型），并在通用汽車(chē)公司自動(dòng)裝配線上試用獲得了成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期。 PLC 控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平， PLC裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置。再加上 針對(duì)可能出現(xiàn)的緊急情況處理。二、采用西門(mén)子公司的 S7200的 PLC 控制器組成的液位控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)時(shí)的情況控制液位在一個(gè)設(shè)定的范圍之內(nèi)。 液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來(lái)了不可想象的變化。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來(lái)越高， 一般的自動(dòng)化控制已經(jīng)也不能 夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制（ PLC）。 為了解決人工控制的 控制速度慢、 控制準(zhǔn)度低、靈敏度低等一系列問(wèn)題。所以，發(fā)展先進(jìn)的液位控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢(shì)。 反觀我國(guó)，雖然液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但國(guó)內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍 然不高，同先進(jìn)國(guó)家的差距仍然很大。 因此，除了傳統(tǒng)的 PID 控制系統(tǒng)外，近年來(lái)隨著組態(tài)王和 PLC 的快速發(fā)展，也得以廣泛應(yīng)用。使用液位控制系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)維持液位高度，工作人員可以輕易在操作室獲知整個(gè)設(shè)備的儲(chǔ)水狀況，大大減低工作人員工作的危險(xiǎn)性，同時(shí)更提高了工作的效率及簡(jiǎn)便性。 關(guān)鍵詞 ： 組態(tài)王 ； PLC； 變頻器 ； PID； 液位控制 ABSTRACT Since the programmable logic controller published, already after more than 40 years of shape,