【正文】 冷水池水溫 可以通過水溫指示儀表看到具體值，當溫度 高于 35℃時產(chǎn)生報警信號 (相應(yīng)的指示燈閃爍 )，并且系統(tǒng)自動降溫使水溫低于 35℃ 。 水循環(huán)窗口是現(xiàn)場設(shè)備運行狀況的模擬反映。而 操作人員 不能進行上述操作，但他可以進行各窗口的切換、按鈕的操作等。 控制 通過 在運行策略中 腳本程序的設(shè)計，可以實現(xiàn)現(xiàn)場的模擬運 行狀況。 系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計 組態(tài) 打開工程文件 為了保護工程開發(fā)人員的勞動成果， MCGS 組態(tài)軟件提供了工程運行“安全性”保護措施。 (4)制作動畫顯示畫面 動畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。 (4)實時數(shù)據(jù)庫：它是工程各部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將 MCGS 工程的各個部分連接成有機整體。 MCGS 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成 MCGS 組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu) MCGS 組態(tài)軟件由“ MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“ MCGS 運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成，如下圖所示。 MCGS 由五個部分組成，其中實時數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的核心，在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時每一部分可分別進行組態(tài)配置，獨立建構(gòu)、互不相干。 MCGS 的全名為“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”，是 Monitor and control generated system 的縮寫。 最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。 組態(tài)軟件的使用者是自動化工程設(shè)計人員。由于每一套 DCS 都是比較通用的控制系統(tǒng)，可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，為了使用戶在不需要編代碼的情況下，便可生成適合自己需求的系統(tǒng)，每個 DCS 廠商在 DCS 中都預(yù)裝了系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，但一直沒有人給出明確定義，只是將使用這種 應(yīng)用軟件設(shè)計生成目標應(yīng)用系統(tǒng)的過程稱為“組態(tài)”（ configure）或“做組態(tài)”。 Altivar 62 是一種結(jié)構(gòu)緊湊，堅固的大功率三相異步電動機用變頻器，它集最新的技術(shù)發(fā)展成果和控制功能為一體，可滿足大多數(shù)應(yīng)用場合．可適用于泵類．易于編程，具有一些應(yīng)用配置僅更改幾個基本參數(shù)，便可創(chuàng)建附加功能．其功率范圍覆蓋了 160KW到 630KW 恒力矩及變力矩應(yīng)用。本系統(tǒng)中 PLC 所用模塊為： 處理器模 塊 離散型 I/O 模 塊 模擬量 I/O 模 塊 電源模 塊 操作員終端 (PanelView550,2711—K5A2)。 性能價格比高 在性能上計算機和 PLC相結(jié)合的控制 系統(tǒng)技術(shù)先進，功能齊全，可靠性高 。 上位機監(jiān)控畫面豐富，功能齊全 。 方案特點 可靠性高 畢業(yè)設(shè)計說明書 13 (1)系統(tǒng)的控制功能采用以 PLC為核心的基本控制單元實現(xiàn)。 網(wǎng)絡(luò)通 訊 本系統(tǒng)采用 SHENIDER 公司所提供的 MODOBUS PLUS (MB+)網(wǎng)，速率達 1M以上，實現(xiàn)上位機與下位機在之間的通訊。操作功能是工作站在系統(tǒng)運行時提供給操作人員的功能。用戶應(yīng)用系統(tǒng)由主控窗口，設(shè)備窗口，用戶窗口，實時數(shù)據(jù)庫，和運行策略五部分組成，三種基本類型構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成MCGS 三大功能部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示、 流程控制）。 CONCEPT 編程軟件的特點： (1)方便用戶編程 CONCEPT 符合 IEC11313 編程語言標準并支持 5 中 IEC 標準語言：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。本設(shè)計 采用 QUANTUM 系列可編程控制器， 軟件編程。 (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、準確、可靠的性能充分滿足 系統(tǒng)控制要求。 PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝 置，它具有體積小，功能強，程序設(shè)計簡單，靈活通用，維護方便等一系列的優(yōu)點，特別是它的高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力，使它成為大規(guī)?？刂乒こ痰睦硐胂挛粰C。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)是一個典型的由現(xiàn)場執(zhí)行級 、下位主控級、和上位監(jiān)控級組成的三級計算機 控制 系統(tǒng)。 設(shè)計方案 方案 選 比 方案 (一 )：利用 PLC 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)分布式采樣，即在被控點附近設(shè)置采樣單元一套，就近完成被控點的狀態(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)的下位機系統(tǒng)。系統(tǒng)功能還包括能實現(xiàn)手動控制、就地控制和遠程控制的相互切換，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，各監(jiān)控站仍能實現(xiàn)就地控制。自動地 對工作中的每個泵及其 控制設(shè)備 進行狀態(tài)反饋 ，如水泵等的正常自動運行，在出現(xiàn)異常時迅速 切換 并報警 ，并通過相應(yīng)指示燈幫助工作人員 發(fā)現(xiàn)故障的原因，及時的進行處理。 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低溫值上，使冷水池和熱水池水位保持在某個工作范圍內(nèi)等。 (5)控制算法要求采用 PID 控制。系統(tǒng)的核心控制對象是由變頻器、電動機和水泵本體組成的廣義的水泵。 (4)采用組態(tài)軟件生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)。從市場預(yù)測、接受訂貨、原料供應(yīng)、生產(chǎn)計劃、作業(yè)排序、過程控制、產(chǎn)品銷售，到用戶信息反饋、新產(chǎn)品開發(fā)、經(jīng)營管理、整個形成一個動態(tài)反饋系統(tǒng)，具有自判斷、自組織、自學習的能力。 3)90 年代計算機監(jiān)控系統(tǒng)高速發(fā)展時期 90年代計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)進入一個新的發(fā)展階段，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與信 息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合構(gòu)成管控一體化新一代計算機監(jiān)控系統(tǒng)。但也存在危險集中、 速度和容量負擔過重以及開發(fā)周期過長等問 題。 DDC的第一個數(shù)字控制算法是 PID。 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展是與計算機技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)的，大體上分為三個 階段 ： 1)70 年代中期以前的集中式計算機控制系統(tǒng) 在 50年代計算機僅僅在工廠實驗室或其他測試環(huán)境中進行數(shù)據(jù)采集和分析。 目前隨著技術(shù)的發(fā)展我國的泵站自動化正從單個對象的自動控制到整個機組的自動控制，從強電就地控制到弱電集中控制，從 單個泵站的自動化到采用遠動裝置的泵站群綜合自動化，從計算機集中控制到集散控制的發(fā)展過程，以及隨著自動化程度的進一步提高，向少人值守或無人值守泵站發(fā)展。 (4)不能進行復雜的計算，難以實現(xiàn)復雜控制，無法進行優(yōu)化調(diào)度運行。 多年來，由于泵站運行產(chǎn)生的是社會效益，其經(jīng)濟效益一直未被重視。我國的一些主要行業(yè)，如石化、電力、冶金等已大量使用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。 在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實現(xiàn) 這些 任務(wù)，都是通過編寫程序（如使用 BASIC、 C、 FORTRAN等）來實現(xiàn)的。技術(shù)改造及資金投入十分有限，微機監(jiān)控起步較晚，與國外同行業(yè)相比仍有較大差距。 (5)不能進行遠程控制，對于梯級泵站無法進行聯(lián)合調(diào)度運行。它將自動化技術(shù)、通信技術(shù)、故障診斷技術(shù)和冗余技術(shù)等融為一體，其硬件和軟件采用開放式和模塊式設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、適應(yīng)性強、組態(tài)靈活、使用方便等優(yōu)點。畢業(yè)設(shè)計說明書 3 1959年美國的 TRW公司和 TEXACO公司聯(lián)合研制的 TRW300計算機控制系統(tǒng)在美國德州的一家煉油廠投運成功標志著計算機的應(yīng)用開始走入控制領(lǐng)域，但是由于這時的計算機體積太大，速度太慢，價格昂貴而且可靠性差。 PID控制算式為 : U（ k） =Kp[e(k)+ ? ? ? ?01 t didte d TT d t??? ?? ? ? ? ?01 t didte d TT d t??? ?? ] 式中 T為采樣周期，如為比例增益， Ti為積分時間， Td為微分時間， k為選擇的采樣序號， e (k)為第 k次采樣的偏差， U(k)為 PID算式的輸出，表征著閥位。 畢業(yè)設(shè)計說明書 4 分層計算機控制系統(tǒng)：集中型計算機控制系統(tǒng)的缺陷促使控制向分散化 發(fā)展，當時出現(xiàn)的過程現(xiàn)場控制和集中顯示操作分離開來的分層計算機控制系統(tǒng)有 計算機、調(diào)節(jié)器混合控制系統(tǒng)和監(jiān)視控制系統(tǒng) (SCC)兩種模式。具體表現(xiàn)為： (1)計算機監(jiān)控系統(tǒng)向綜合化、開放化發(fā)展 90年代要求各種設(shè)備 (計算機、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、單回路調(diào)節(jié)器、 PLC等 )之間的通信能力加強，以便構(gòu)成大系統(tǒng)。自從世界上第一個由美國Honeywell公司于 1975年推出 TDC200系統(tǒng)以來，全世界已 開發(fā)了各種類型的計算機監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)有 1500余種。 本文完成的主要工作 ： (1)熟悉工藝要求和設(shè)計內(nèi)容，查閱資料 ； (2)總體方案設(shè)計和硬件配置 ； (3)I/O接線圖設(shè)計 ； (4)控制程序軟件設(shè)計與調(diào)試 ； (5)監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計和通訊軟件設(shè)計； (6)結(jié)論； (7)參考文獻； (8)附錄（英文資料及翻 譯）； 畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第二章 計算機自動控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 大型泵站計算機控制系統(tǒng)是將計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、故障診斷技術(shù)和信息管理融為一體的系統(tǒng)。給水泵組由 9臺泵組成，其中 3臺 200kw的工頻泵， 3 臺 200kw 的變頻泵， 3 臺 90kw 的變頻泵，相同型號均為兩用一備。 (6)系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢測和監(jiān)視 。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)的自動控制系統(tǒng)。 (4)方 可維護性。 (2)系統(tǒng)具有高可靠性 中央控制室設(shè)置成雙機系統(tǒng)，采用雙機熱備份方式。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，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；實現(xiàn)對 現(xiàn)場 設(shè)備、 運行 狀況的監(jiān)控。上位監(jiān)控計算機與下位主控 PLC 及檢測儀表 的通訊 采用 均采用MODOBUS PLUS 協(xié) 議 。 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)行機構(gòu)直接連接，執(zhí)行可靠 、 有效 、 具體的分散控制同時用于完成系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)采集 、 數(shù)據(jù)處理及與上位機通訊的功能 。 (4)同時其具有強大的編程功能， 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 。 系統(tǒng)具有手動和自動兩種功能。 為用戶提供多種編程方式。 MCGS 主要完成與 PLC通信、操作畫面顯示、故障報警、數(shù)據(jù)記錄、趨勢輸出、報表打印等功能。包括顯示操作，打印和性能計算等。 所選 SHENIDER 公司 QUANTUM PLC 支持 MODOBUS， MODOBUS PLUS (MB+)、以太網(wǎng)三種協(xié)議。 現(xiàn)場主要運行設(shè)備如泵，都配有 備 用泵 ，一旦在運行中泵出現(xiàn)故障， PLC通過程序控制將備用泵投入運行，并切斷故障泵，不但方便了檢修還不影響整體系統(tǒng)的運行情況提高 了系統(tǒng)的可靠性。 人 機聯(lián)系功能強 通過上位機 可以監(jiān)視 系統(tǒng) 生產(chǎn)裝置甚至整個泵站群的運行情況，按預(yù)定的控制 運行 ， 一旦發(fā)生故障界面會以特定顯示出來，從而告知監(jiān)控人員去做相應(yīng)的處理。適用于多級控制管理工作。 所以，為一個實際的系統(tǒng)配置 PLC 硬件時， 要根據(jù)以下的次序來選擇相應(yīng)的硬件產(chǎn)品：信號采集點數(shù) → I/O 模 塊 → 處理器 → 電源 → 框架。具有高性能易于調(diào)整的優(yōu)點，在停車時，靠單一的自動調(diào)協(xié)操作，既可獲得高力矩和高質(zhì)量的傳動控制，即使在低速時 ()也是如此。 組態(tài)的概念最早來自英文 configuration，含義是使用軟件工具對計算機的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置，自動執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者的要求。組態(tài)軟 件的主要目的是使用者在生成適合自己需要的應(yīng)用系統(tǒng)時不需要修改軟件程序的源代碼，因此在設(shè)計組態(tài)軟件時應(yīng)充分了解自動化工程設(shè)計人員的基本需求，并加以總結(jié)提煉，重點、集中解決共性問題。 具有與第三方程序的接口、 方便數(shù)據(jù)共享。 MCGS 是為工業(yè)過程控制和實時監(jiān)測領(lǐng)域服務(wù)的通用計算機系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。而在系統(tǒng)運行過程中，各部分都通過實時數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)形成相互關(guān)聯(lián)的整體。兩個部分相互獨立，又緊密相關(guān)。 在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采 集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。前一部分類似“畫面”，可通過組態(tài)軟件提供的基本圖形元素及動畫構(gòu)建庫在用戶窗口內(nèi)“組合”各種畫面?？梢酝ㄟ^ 工具菜單中的“工程安全管理” 設(shè)定工程運行的密碼和時間限制來保護工程開發(fā)者的勞動成果。 本設(shè)計要求控制高位水箱的水位恒定 、冷水池水位保持在 正常水位附近 、 熱水池水位保持在正常水位附近、 冷水池水溫不高于 35 攝氏度、側(cè)噴本組的 流量保持在 300立方米 /小時 用組態(tài)軟件 實現(xiàn)現(xiàn)場的 這些 模擬控制 都是通過腳本程序來實現(xiàn)的。非負責人和操作員不能進入運行系統(tǒng)對其操作。此界面直觀顯示了現(xiàn)場 設(shè)備的當前狀態(tài)。 熱水池水位超過上下限時產(chǎn)生報警信號 （相應(yīng)指示燈閃爍）