【正文】 DIP 開關(guān)有 8 個(gè)，通信的波特率用 1 至 3 位設(shè)置 （其范圍 是 1200~115200 bit/s） ，第 4 位和第 8 位未用 ，第 5 位為選擇 PPI（ 1）和 PPI/自由端口模式（ 0），第 6 位為選擇遠(yuǎn)程模式（ 1）和本地模式（ 0），第 7 位為調(diào)制解調(diào)器的 10 位模式（ 1）和 11位模式（ 0）。 多主站 PPI 電纜 多主站 PPI 電纜用于計(jì)算機(jī)與 S7200 之間的通信。 用計(jì)算機(jī)搭建的監(jiān)控系統(tǒng)在液位控制中有著很大的管理優(yōu)勢 ：遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制、指令的傳遞、參數(shù)的修改、現(xiàn)場監(jiān)視等。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)中，硬件設(shè)備主要有：計(jì)算機(jī)、 S7— 200 CPU 224XP CN、西門子 MicroMaster420 變頻器、 CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) 、通信線RS485 與 RS23 RS232C/PPI。而本系統(tǒng)里也就用一個(gè)容積為 1 方的水箱代替儲水池的作用了。 變頻器 變頻器是提供水泵工作的必要設(shè)備，是負(fù)責(zé)執(zhí)行由 PLC 控制指令，調(diào)節(jié)水泵的工作狀態(tài)。 其 基于組態(tài)王在 PLC 液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 51： 圖 51 液位控制系統(tǒng) 硬件 結(jié)構(gòu)圖 水泵 液位檢測 變頻器 P L C 控 制 器 水箱 儲水池 閥門 計(jì)算機(jī) 26 液位控制系統(tǒng)工作原理： 首先，由組態(tài)王搭建一個(gè)液位控制監(jiān)控管理系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的工作情況，并根據(jù)需要而隨時(shí)改變。目前，高壓大容量的變頻器主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種是采用升降壓變壓器的 ”高 —低 —高 ”式變頻器，亦稱間接高壓變頻器，另一種是無輸出變壓器的 ”高 —高 ”式變頻器，亦稱直接高壓變頻器。 2．高速度的數(shù)字控制。有些不具有此功能，對具有正反控制功能的變頗器，可直接用變頻器的正反控制信號控制電機(jī)。 10%，三相，交流， ； 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有最多的靈活性； 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)訪問結(jié)構(gòu)，操作方便。它采用模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，有多種完善的變頻器和電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能，有內(nèi)置的 RS485/232C接口和用于簡單過程控制的 PI閉環(huán)控制器，可以根據(jù)用戶的特殊需要對 I/O 端子進(jìn)行功能自定義。報(bào)表能夠進(jìn)行組態(tài)，例如有日報(bào)表、月報(bào)表、年 19 報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表的組態(tài)，操作簡單，功能齊全。其支持的通訊接口主要包括： － ； － DDE； －通過 ocx 控件的方式開放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ； －通過 Excel 表格訪問歷史數(shù)據(jù) ； 全新的溫控曲線控件 ； 組態(tài)王 重新設(shè)計(jì)開發(fā)了溫控曲線控件。 KingHistorian 是亞控新近推出的獨(dú)立開發(fā)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫。 數(shù)據(jù)就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性 ,比如水位、流量等。使現(xiàn)場的信息實(shí)時(shí)地傳送到控制室，保證現(xiàn)場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。 工程管理器：用于新建工程、工程管理，并能對已有工程進(jìn)行搜索、備份及有效恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)字典的導(dǎo)入和導(dǎo)出；工程瀏覽器：是“組態(tài)王”軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng)，是應(yīng)用工程的開發(fā)環(huán)境，內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，可完成對畫面的設(shè)計(jì)、動(dòng)畫的鏈接等工作。 三 、 S7200 的特 點(diǎn) 功能強(qiáng) 先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu) 靈活方便的尋址方法 功能強(qiáng)大、使用方便的編程軟件 簡化復(fù)雜編程任務(wù)的導(dǎo)向功能 強(qiáng)大的通信功能 品種豐富的配套人機(jī)界面 有競爭力的價(jià)格 完善的網(wǎng)上技術(shù)支持 主機(jī)結(jié)構(gòu) 一、主機(jī)外形 西門子 S7200 系統(tǒng) CPU 22X 系列 PLC 主機(jī)的外形如圖 24 所示。 PLC 執(zhí)行 5個(gè)階段就為一個(gè)掃描周期，它完成一個(gè)周期后又重新執(zhí)行上一過程，掃描周期周而復(fù)始的進(jìn)行。 ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。 通信和聯(lián)網(wǎng)： PLC 既可以對遠(yuǎn)程 I/O 進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC、 PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信，從 而構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。其主要功能有： 開關(guān)量邏輯控制： PLC 具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可實(shí)現(xiàn)各種簡單和復(fù)雜的邏輯控制，這也是其最基本的功能 。其人機(jī)對話能力增強(qiáng)，使編程人機(jī)得以普及和簡化，屏幕對話十分靈活 ，可以進(jìn)行全屏幕的編輯，用戶程序在編輯過程中不但排錯(cuò)、糾錯(cuò)能力加強(qiáng)，還可以進(jìn)行在線仿真，加快了軟件開發(fā)的周期。 在控制功能上，除了具有位邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)功能外，還具有數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)控、記錄顯示、計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制等功能。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。該草案中對可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可 靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機(jī)器人和 CAD/CAM） 之一。 其內(nèi)容主要包括兩部分：一、采用組態(tài)王 工業(yè)控制軟件建立一個(gè)人機(jī)交互的監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控的信息是液位、水量、水泵以及報(bào)警信息。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。我國相關(guān)控制器大量依靠國外的成熟技術(shù)，這些都是必須正視的現(xiàn)實(shí)。 對于液位控制系統(tǒng)，常規(guī)的 PID 控制采用固定的參數(shù)，難以保證控制適應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對參數(shù)變化不敏感和魯棒性強(qiáng)等特征，但控制精度不太理想。集合組態(tài)王 的監(jiān)控管理， S7200 系列 PLC 邏輯控制器高可靠性、控制性，變頻器的動(dòng)態(tài)控制特性以及采用 PID 控制器組合的液位控制系統(tǒng)，可帶來良好的動(dòng)態(tài)控制性能。隨著集成工藝的提高， PLC 帶有網(wǎng)絡(luò)通信功能，具有更優(yōu)秀的控制能力。使用液位控制系統(tǒng)來自動(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便性。 反觀我國，雖然液位控制系統(tǒng)在國內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但國內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍 然不高，同先進(jìn)國家的差距仍然很大。 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題。 液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。再加上 針對可能出現(xiàn)的緊急情況處理。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺 PLC（ PDP14 型），并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期。 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。它采用計(jì)算機(jī)的初級語言編寫應(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，只是專用的邏輯處理器實(shí)質(zhì)上是一臺專用的邏輯控制計(jì)算機(jī)，還缺乏 PLC自己的鮮明的性格，它的價(jià)格昂貴、功能僅限于開關(guān)量邏輯控制。初步形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系。 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)控制場合，是 PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物，而且超過繼電器控制系統(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。 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) 間可由用戶在編寫用戶程序是設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外邊設(shè)定， 實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制。 把結(jié)果送到輸出端。 四、編程器： 用來生成用戶程序，并用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。 S7200 系列是一類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。組態(tài)王圖形界面開發(fā)功能使用方便，對 I/O 設(shè)備廣泛支持。 組態(tài)王的特點(diǎn) 及應(yīng)用 它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 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)庫訪問、網(wǎng)絡(luò)功能、冗長功能。 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)。并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。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。 歷史庫的優(yōu)化 ： －通用歷史趨勢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 IO 變量可按照每次采集進(jìn)行存儲的功能 ； －當(dāng)磁盤的空間小于設(shè)定值時(shí)會(huì)有相應(yīng)的提示 ； －改進(jìn)了歷史數(shù)據(jù)的存儲算法，存儲速度更快 。 近年來，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、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。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趣。 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。目前，它主要朝以下幾個(gè)方向發(fā)展： 1．高水平的控制。 4．高集成度元件的應(yīng)用。水箱的出水口是根據(jù)實(shí)際需求情況來決定出水量的大小，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。 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 。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)容積為 1 方的水箱，用于暫時(shí)存儲水。 PLC 編程軟件 對于系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)情況，使用 STEP 7 MicroWIN SP6 版本的編程軟件 ，對系統(tǒng)的程序部分進(jìn)行編譯調(diào)試 。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。 30 圖 55 PLC 邏輯控制連接圖 變頻器 圖 56 西門子 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 過載 AQ0 AI0 DC24V CPU 224 XP 至 西門子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來對變頻器進(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)速之前是要對變頻器進(jìn)行設(shè)置的，設(shè)置請見附件 西門子 MicroMaster420 變頻器說明書中的通過調(diào)速電位器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。當(dāng)檢測到 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。 同時(shí) ,通過導(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 ,使傳感器測得壓力為 :ρ . ,顯然 , 通過測取壓力 P ,可以得到液位深度 . 功能特點(diǎn) : ◆ 穩(wěn)定性好 ,滿度、零位長期穩(wěn)定性可達(dá) %。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 。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 。控制變頻器的工作情況為：若液位在 A 之上，停止供水，關(guān)閉變頻器輸出；若液位在 A 之下 ， PLC 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。 PLC 編程軟件是設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制的一個(gè)平臺，可以為設(shè)計(jì)者帶來便利，是實(shí)現(xiàn)算法的 。 液位檢測傳感器 液位檢測傳感器是用于檢測液位的高低，將液位的情況返回給控制中心 .在本 系 27 統(tǒng)中就用 CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) ，具體原理見硬件系統(tǒng) 。 本設(shè)計(jì)是液位的控制，所以 液位的高低是人工給定的，且液位是一個(gè)控制范圍。 25 第 5 章 基于組態(tài)王 與 PLC 液位控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案的提出 結(jié)合實(shí)際情況模擬一種與實(shí)際 應(yīng)用環(huán)境十分相當(dāng)場景 ， 提出 設(shè)計(jì) 一個(gè) 由 PLC、變頻器、水泵、水箱、水池以及相應(yīng)的傳感器組成液位控制系統(tǒng) 方案 。所謂清潔電能變流器指變流器的功率因數(shù)為 1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波分量盡可能低，以減小對電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。其次，變頻器的保護(hù)和抗干擾措施也是我們應(yīng)用變頻器時(shí)應(yīng)注意的問題。 對于隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降反而要求電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加的恒功率負(fù)載，雖然容