【正文】 擬量輸入/輸出接口的可編程控制器價(jià)格很高，這無(wú)形中就增加了供水設(shè)備的成本。（4）新型變頻調(diào)速供水設(shè)備針對(duì)傳統(tǒng)的變頻調(diào)速供水設(shè)備的不足之處，國(guó)內(nèi)外不少生產(chǎn)廠家近年來(lái)紛紛推出了一系列新型產(chǎn)品。同時(shí)，為了保證水壓反饋信號(hào)值的準(zhǔn)確、不失值，可對(duì)該信號(hào)設(shè)置濾波時(shí)間常數(shù)，同時(shí)還可對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行換算，使系統(tǒng)的調(diào)試非常簡(jiǎn)單、方便。該工頻泵提供的流量是恒定的。在退出時(shí)，變頻泵的轉(zhuǎn)速應(yīng)自動(dòng)上升，然后慢慢下降以滿足恒壓供水的要求。當(dāng)該泵的轉(zhuǎn)速升高到工頻轉(zhuǎn)速時(shí)，由變頻供水控制器把該臺(tái)水泵切換到工頻供水。當(dāng)用水流量減小時(shí)，各并聯(lián)工頻泵按次序關(guān)泵退出，并聯(lián)泵退出的順序按先投入先關(guān)泵的原則由變頻供水控制器控制。具有變頻泵自動(dòng)輪換控制的變頻恒壓變量供水系統(tǒng)，變頻泵是定時(shí)改變的，即任何一臺(tái)并聯(lián)泵都可成為變頻泵。目前，電機(jī)調(diào)速技術(shù)己具備比較完備的技術(shù)和實(shí)踐基礎(chǔ)。但長(zhǎng)期以來(lái)，交流電的頻率卻一直固定而不能受人為控制。隨著改革開(kāi)放和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，變頻調(diào)速己形成了一個(gè)巨大的市場(chǎng)。這兩種方法，前者容易實(shí)現(xiàn)，軟起動(dòng)器一般為成品部件，但設(shè)備投資較大：后者設(shè)備投資少，但頻率波動(dòng)大，易引起水管管網(wǎng)壓力不穩(wěn)定。它將PID調(diào)節(jié)器和PLC可編程控制器等硬件集成在變頻器控制基板上，通過(guò)設(shè)置指令代碼實(shí)現(xiàn)PLC和PID等電控系統(tǒng)的功能，只要搭載配套的恒壓供水單元，便可自接控制多個(gè)內(nèi)置的電磁接觸器工作，可構(gòu)成最多7臺(tái)電機(jī)(泵)的供水系統(tǒng)。這種供水方式是現(xiàn)今最合理的供水方式，它根據(jù)用水的實(shí)際情況變頻調(diào)速供水，達(dá)到了能源的最大利用，節(jié)約了不必要的浪費(fèi)。在實(shí)際應(yīng)用中如何充分利用變頻器內(nèi)置的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻器調(diào)速恒壓供水設(shè)備，降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量等有著重要意義。 設(shè)計(jì)思路多泵并聯(lián)變頻恒壓供水的是這樣的：當(dāng)用水量小于變頻泵1在工頻恒壓條件下的流量時(shí)，由變頻泵1調(diào)速恒壓供水；隨著用水量增大，變頻泵1的轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升當(dāng)變頻泵1的轉(zhuǎn)速上升到工頻轉(zhuǎn)速時(shí)，為使流量進(jìn)一步增大，自動(dòng)起動(dòng)工頻泵投入，變頻泵1的頻率在從零增加與工頻泵并聯(lián)供水。當(dāng)用水量繼續(xù)減少時(shí)，變頻泵1的頻率下降直到零流量時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉工頻泵使之退出并聯(lián)供水。采用微處理芯片將智能擴(kuò)展到控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從傳感器、變送器到I/0模塊、執(zhí)行器，這樣產(chǎn)生了智能分散系統(tǒng)SDS。分散型I/0的特點(diǎn)是I/0與PLC模塊不在一個(gè)機(jī)架或底板上，遠(yuǎn)程I/0就地分散安裝?，F(xiàn)場(chǎng)總線I/0是現(xiàn)在的發(fā)展熱點(diǎn)，它是開(kāi)放的、獨(dú)立的、全數(shù)字化的。S7200系列PLC共有5種基本型號(hào)的CPU模塊，即CPU22CPU22CPU22CPU22CPU226XM,控制點(diǎn)數(shù)可以從10點(diǎn)擴(kuò)展到248點(diǎn)。 S7200 PLC主要組成部分1臺(tái)S7200 PLC包括一個(gè)單獨(dú)的S7200 CPU，或者帶有各種各樣的可選擴(kuò)展模塊。電源向CPU及其所連接的任何模塊提供電力。通過(guò)擴(kuò)展模塊可提供其通訊性能。 I/O輸入輸出端口I/O就是輸入輸出地址。 接口的控制方式CPU通過(guò)接口對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制的方式有以下幾種： （1）程序查詢方式 這種方式下，CPU通過(guò)I/O指令詢問(wèn)指定外設(shè)當(dāng)前的狀態(tài)，如果外設(shè)準(zhǔn)備就緒，則進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入或輸出，否則CPU等待，循環(huán)查詢。 中斷處理方式的缺點(diǎn)是每傳送一個(gè)字符都要進(jìn)行中斷，啟動(dòng)中斷控制器，還要保留和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)以便能繼續(xù)原程序的執(zhí)行，花費(fèi)的工作量很大，這樣如果需要大量數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的性能會(huì)很低。變頻器的作用主要有以下幾方面：變頻節(jié)能。流量Q與轉(zhuǎn)速N的一次方成正比，壓力H與轉(zhuǎn)速N的平方成正比。當(dāng)電機(jī)為直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定電流的57倍，這樣會(huì)對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，對(duì)電網(wǎng)容量提出很高的要求。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，由于工藝的要求，需要平滑地調(diào)速，此時(shí)，變頻器的應(yīng)用必不可少。 MCGS MCGS概況MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft（各種32位Windows平臺(tái)上）運(yùn)行，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，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)，比以往使用專用機(jī)開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更具有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。（1）實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能。MCGS以圖像、圖符、報(bào)表、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等有關(guān)信息；通過(guò)對(duì)圖形大小的變化、顏色的改變、明暗的閃爍、圖形的移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果；在圖元、圖符對(duì)象上定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。MCGS采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，MCGS提供多種高性能的I/O驅(qū)動(dòng)；支持Microsoft開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連（ODBC）接口，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)連接能力；MCGS全面支持OPC（OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)，既可作為OPC客戶端，也可以作為OPC服務(wù)器，可以和更多的自動(dòng)化設(shè)備相連接；MCGS通過(guò)DDE（Dynamic Data Exchange，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換）與其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源；MCGS全面支持ActiveX控件，提供及其靈活的面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)圖形功能，并且包含豐富的圖形庫(kù)。（5）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。不僅方便用戶進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示、打印報(bào)警信息的功能。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。用戶在設(shè)備工具箱中可方便選擇各種設(shè)備構(gòu)件。（10）良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。（11）用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，系統(tǒng)可靠性高。（12）設(shè)立對(duì)象元件庫(kù)，組態(tài)工作簡(jiǎn)單方便。組態(tài)工作將會(huì)變得更加簡(jiǎn)單、方便。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)。組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)完成了MCGS系統(tǒng)從組態(tài)環(huán)境向運(yùn)行環(huán)境的過(guò)渡，它們之間的關(guān)系如下圖所示。在MCGS的單機(jī)版中，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)只能有一個(gè)主控窗口和一個(gè)設(shè)備窗口，但可以有多個(gè)用戶窗口和多個(gè)運(yùn)行策略，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中也可以有多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象。MCGS用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這種將數(shù)值、屬性、方法封裝在一起的數(shù)據(jù)我們稱之為數(shù)據(jù)對(duì)象。設(shè)備窗口通過(guò)設(shè)備構(gòu)件把外部設(shè)備的數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)，送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，或把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備。圖元和圖符對(duì)象為用戶提供了一套完善的設(shè)計(jì)制作圖形畫面和定義動(dòng)畫的方法。所有的用戶窗口均位于主控窗口內(nèi)，其打開(kāi)時(shí)窗口可見(jiàn)；關(guān)閉時(shí)窗口不可見(jiàn)。（5）運(yùn)行策略運(yùn)行策略本身是系統(tǒng)提供的一個(gè)框架，其里面放置有策略條件構(gòu)件和策略構(gòu)件組成的“策略行”，通過(guò)對(duì)運(yùn)行策略的定義，使系統(tǒng)能夠按照設(shè)定的順序和條件操作實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制用戶窗口的打開(kāi)、關(guān)閉并確定設(shè)備構(gòu)件的工作狀態(tài)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備工作過(guò)程的精確控制。組態(tài)工作開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)只為用戶搭建了一個(gè)能夠獨(dú)立運(yùn)行的空框架，提供了豐富的動(dòng)畫部件與功能部件。對(duì)象的屬性包括基本屬性、存盤屬性和報(bào)警屬性。運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)存盤工作，用戶不必考慮這些數(shù)據(jù)如何存儲(chǔ)以及存儲(chǔ)在什么地方。運(yùn)行時(shí)，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)判斷有沒(méi)有報(bào)警信息產(chǎn)生、什么時(shí)候產(chǎn)生、什么時(shí)候結(jié)束、什么時(shí)候應(yīng)答，并通知系統(tǒng)的其它部分。第四章 恒壓供水系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn) 軟啟動(dòng)恒壓供水的供水泵采用軟啟動(dòng)。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。為保護(hù)電機(jī)，水泵用軟啟動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)，起動(dòng)參數(shù)可調(diào)，而且采用軟啟動(dòng)具有軟停車功能，即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)沖擊電流大的弊病，減輕對(duì)管道的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的“水錘效應(yīng)”，減少設(shè)備損壞。一段緩沖時(shí)間后，當(dāng)變頻器仍工作在出水頻率以下時(shí)，PLC再軟停車停掉第工頻泵，此時(shí)管網(wǎng)壓力恒定依靠調(diào)節(jié)變頻泵頻1率實(shí)現(xiàn)。首先變頻泵1打開(kāi)轉(zhuǎn)速自動(dòng)上升，當(dāng)達(dá)到工頻泵轉(zhuǎn)速時(shí)打開(kāi)工頻泵并讓變頻泵1的轉(zhuǎn)速?gòu)牧銖男律仙?，?dāng)變頻泵1的轉(zhuǎn)速再次達(dá)到工頻泵的轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)得壓力還小于給定值下限，開(kāi)啟變頻泵2，并讓變頻泵2的轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵仙?。首先變頻泵2的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降，當(dāng)達(dá)到變頻泵2的轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)測(cè)得壓力還大于給定值上限，則變頻泵1的轉(zhuǎn)速自動(dòng)下降直到為零并且測(cè)得壓力還大于給定值上限，關(guān)閉工頻泵并使變頻泵1的轉(zhuǎn)速最大，變頻泵1的轉(zhuǎn)速再次下降。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 常見(jiàn)被控量的PID參數(shù)經(jīng)驗(yàn)選擇范圍：被控量KTi(min)Td(min)流量1~~10溫度~53~10~3壓力~~30液位~5~1~1 恒壓供水的PID控制①穩(wěn)態(tài)運(yùn)行：水泵裝置的供水能力與用戶用水需求處于平衡狀態(tài)，供水壓力p穩(wěn)定而無(wú)變化，反饋值和給定值幾乎相等，PID的調(diào)節(jié)量為0。當(dāng)壓力大小重恢復(fù)到目標(biāo)值時(shí)，供水能力與用水需求又達(dá)到新的平衡，系統(tǒng)又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。CPU均為從站。這種通訊方法，與一般的自由通訊協(xié)議相比，省略了PLC的通訊程序編寫。PLC對(duì)通信介質(zhì)的基本要求是通信介質(zhì)必須具有傳輸速率高、能量損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等特性。進(jìn)入設(shè)備窗口，從設(shè)備構(gòu)件工具箱里選擇相應(yīng)的構(gòu)件，配置到窗口內(nèi)，建立接口與通信的連接關(guān)系，設(shè)置相關(guān)的屬性，即完成了設(shè)備窗口組態(tài)。內(nèi)部屬性用于設(shè)置PLC的讀寫通道，以便后面進(jìn)行設(shè)備通道連接，從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的指定數(shù)據(jù)對(duì)象或把數(shù)據(jù)對(duì)象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。因?yàn)镸CGS組態(tài)軟件只是一種監(jiān)測(cè)手段，方便操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控。 恒壓供水系統(tǒng)的MCGS工控組態(tài)界面設(shè)計(jì)在該設(shè)計(jì)中主要控制系統(tǒng)是恒壓供水控制系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)供水壓力的控制，該組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)以反映實(shí)際生產(chǎn)工藝的控制過(guò)程為原則，如水泵的打開(kāi)順序，在該圖中模擬實(shí)際的工藝控制過(guò)程，當(dāng)測(cè)得壓力過(guò)低時(shí)，變頻泵1不能滿足要求，則自動(dòng)啟動(dòng)工頻泵；而測(cè)得壓力過(guò)高，自動(dòng)停止工頻泵。本章詳細(xì)闡述了達(dá)到恒壓供水的條件及如何來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的供水相比，具有簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、控制方便、節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)。操作人員不用去現(xiàn)場(chǎng)就能清楚對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視與控制。這種水處理技術(shù)未來(lái)發(fā)展前景很大，它的供水方式和控制方式都符合供水發(fā)展方向，是現(xiàn)代人們生活所要求的并且前景光明。[10] 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司MCGS組態(tài)軟件用戶指南.[11] 倪步喜：組態(tài)技術(shù)和PLC在水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(1).4143.[12] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生，新型PID控制及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版杜，1998[13] 鄒伯敏，《自動(dòng)控制理論》[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2002[14] 黃忠霖，《控制系統(tǒng)計(jì)算及仿真》，國(guó)防工業(yè)出版社，2001[15] 陳伯時(shí)，《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》第2版，機(jī)械工業(yè)出版社992[16] 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