【文章內(nèi)容簡介】 軟件向下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的雙向通信。 (4)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫 配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。 (5)可編程的命令語言 有可編程的命令語言，使用戶可根據(jù)自己的需要編撰程序，增強(qiáng)圖形界面。 (6)周密的系統(tǒng)安全防范 對不同的操作者，賦予不同的操 作權(quán)限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 WinCC 組態(tài)軟件的特點 (1)延續(xù)性和可擴(kuò)充性，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級。 (2)封裝性（易學(xué)易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能。 (3)通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（ PLC、 智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 3 章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡述 通過思考分析設(shè)計方案中供水系統(tǒng)主要由壓力變送器、水位傳感器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機(jī)組以及低壓電器組成。變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標(biāo)，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設(shè)定的供水壓力。設(shè)定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是 一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標(biāo)就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設(shè)定的供水壓力上。 圖 變頻恒壓控制原理圖 如圖 所示。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果實際供水壓力低于設(shè)定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設(shè)定壓力的差值，將這個增量和變頻器當(dāng)前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當(dāng)前應(yīng)該輸出的頻率。該頻率使水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運(yùn)行過程中該過程將被重復(fù) ，直到實際供水壓力和設(shè)定壓力相等為止。如果運(yùn)行過程中實際供水壓力高于設(shè)定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設(shè)定壓力相等。且系統(tǒng)采用 PLC，由于其本身抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性高，由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種要求和規(guī)格不同的控制系統(tǒng)。由于 PLC 和上位機(jī)具有良好的通信功能，此系統(tǒng)方便與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。當(dāng)控制要求改變時，利用編程軟件很容易進(jìn)行程序的修改和下載。因此，該系統(tǒng)能適用于不同控制要求 的場合，與機(jī)組容量大小無關(guān)。且由于良好的人機(jī)界面，使得操作更加簡單，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更直觀。 系統(tǒng)中主要依靠低壓控制系統(tǒng)采集到的傳感器信號通過比較判斷來控制水泵機(jī)組的使用的水泵個數(shù)以及通過變頻器改變水泵轉(zhuǎn)速從而改變供水流量進(jìn)而使管網(wǎng)壓力保持恒定。 本設(shè)計中控制系統(tǒng)主要由 PLC(可編程控制器 )、變頻器組成， WinCC 上位機(jī)監(jiān)控西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 系統(tǒng)，其中 PID 內(nèi)置于變頻器供水基板上，通過設(shè)置指令代碼實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能。 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)原理框圖 (1)水泵機(jī)組由 2 臺水泵 構(gòu)成，正常運(yùn)行情況下只有 1 臺主泵運(yùn)行。 (2)信號機(jī)構(gòu)由水位傳感器、壓力變送器以及變頻器的頻率上下限報警，當(dāng)正常工作情況下首先由水位傳感器判斷水池水位是否在警戒水位若在警戒水位則不啟動或立即斷開所有水泵，發(fā)出報警信號。從而防止水泵空轉(zhuǎn)造成危險。壓力變送器用來測量管網(wǎng)壓力，它會將這個壓力信號轉(zhuǎn)換為一個在 4～ 20mA 的電流信號或者 0～ 5V的電壓信號然后傳送給變頻器，變頻器內(nèi)有一個設(shè)定值，它將變送器傳給它的信號與設(shè)定值進(jìn)行比較經(jīng) PID 算法改變輸出電壓的頻率。當(dāng)變頻器達(dá)到頻率上限或下限時，變頻器就會發(fā)出相應(yīng)的信號給 PLC，讓 PLC 控制工作電機(jī)的臺數(shù)實現(xiàn)恒壓供水。 (3)控制部分主要由 PLC、變頻器和電氣元件設(shè)備構(gòu)成。 ① PLC 是整個供水控制系統(tǒng)的核心，功能主要包括供水系統(tǒng)中主要信號的采集，通過編程實現(xiàn)對主電路和控制電路的控制。 ②變頻器的主要功能是實現(xiàn)對水泵機(jī)組的控制。內(nèi)置 PID 可以實時的根據(jù)壓力變送器所給信號改變輸出頻率調(diào)節(jié)控制水泵轉(zhuǎn)速。變頻器有兩種工作狀態(tài)：循環(huán)式工作狀態(tài)和固定式工作狀態(tài)。 循環(huán)式工作狀態(tài)：變頻器連接其中一臺大的水泵，當(dāng)此水泵工作在工頻，供水量仍無法滿足用戶用水要求時，系統(tǒng)將該水泵維持在 50Hz 固 定，并將變頻器切換到另一臺水泵。 固定式工作狀態(tài)：變頻器連接其中一臺大的水泵，當(dāng)此水泵工作在工頻，供水量仍無法滿足用戶用水要求時，系統(tǒng)將直接啟動另一臺水泵工頻運(yùn)行，變頻器將不做切換。 在控制過程中由于直接啟動另一臺水泵工頻運(yùn)行，會造成水壓上升過大，一般在運(yùn)行過程中多工作在第一種工作狀態(tài)。 (4)電氣元件設(shè)備主要由接觸器、繼電器、開關(guān)、指示燈、喇叭等構(gòu)成。主 要功能是起保護(hù)和水泵切換功能。指示燈的主要是為了顯示電機(jī)的實時工作情況；喇叭西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 的主要功能是配合指示燈對報警信號進(jìn)行報警從而及時的對故障進(jìn)行排除以防造成危險和更大的 故障損失。 (1)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動水泵 M1，通過恒壓控制器，根據(jù)用戶管網(wǎng)實際壓力和設(shè)定壓力的誤差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制 M1 的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達(dá)到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間 M1 工作在調(diào)速運(yùn)行狀態(tài)。 (2)當(dāng)用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，增加水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值，反之，當(dāng)用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。 (3)當(dāng)用水量繼續(xù)增加 ，變頻器的輸出頻率達(dá)到上限頻率 50Hz 時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達(dá)到設(shè)定壓力，并且滿足增加水泵的條件時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機(jī) M1 切換至工頻電網(wǎng)供電后， M1 恒速運(yùn)行，同時使第二臺水泵 M2 投入變頻器并變速運(yùn)行，系統(tǒng)恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達(dá)到設(shè)定值為止。 (4)當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的基于PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計實際水壓仍高于設(shè)定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將上次轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行的水泵關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使 壓力重新達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直到剩下一臺變頻泵運(yùn)行為止。 (5)當(dāng)系統(tǒng)中只有 1 臺調(diào)速泵在工作，而調(diào)速泵的運(yùn)行頻率已降至下限頻率時，且滿足關(guān)泵條件，此時關(guān)閉調(diào)速泵。在這種情況下，若實際壓力低于設(shè)定壓力，則延時后開啟再開啟調(diào)速泵進(jìn)行控制，工作過程同 4 步。 前面已經(jīng)簡述了恒壓供水系統(tǒng)框圖，根據(jù)系統(tǒng)框圖可得知本系統(tǒng)所需硬件框圖如 圖 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 系統(tǒng)硬件框圖 從圖可知，系統(tǒng)所需的硬件有： （ 1）三菱 FX2N PLC； （ 2）液位傳感器、管網(wǎng)壓力表； （ 3）變頻器； （ 4）水泵機(jī)組； （ 5）監(jiān)視、控制上位機(jī)。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第 4 章 恒壓供水系統(tǒng)中 WinCC 的應(yīng)用 恒壓供水系統(tǒng)中 WinCC 界面的設(shè)計 本課題最主要的就是對恒壓供水系統(tǒng)中 WinCC 組態(tài)軟件界面的設(shè)計。用戶界面的設(shè)計是本課題中最重要的一部分，作為上位機(jī)組態(tài)軟件系統(tǒng)與用戶交互窗口，用戶界面的好壞，在一定程度上決定著軟件受歡迎的程度。所以必須在滿足過程實時監(jiān)控的基礎(chǔ)上，配以靈活、多樣、友好的人機(jī)界面。在上位機(jī)操作界面中分為工藝流程、設(shè)備控制、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù) 及曲線、故障報警和報表輸出等部分。 工藝流程界面 恒壓供水系統(tǒng)的工藝流程在 WinCC 組態(tài)軟件界面設(shè)計中是最為重要的，因為下面的變量參數(shù)、控制電機(jī)、歷史曲線等眾多界面設(shè)計和需要監(jiān)控的變量都是根據(jù)工藝流程圖設(shè)計的。在工藝流程界面（圖 ）中，可以直觀的顯示水處理整個工藝，每個電機(jī)設(shè)備有遠(yuǎn)控、運(yùn)行、故障三個狀態(tài)，用戶可在監(jiān)控室了解當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在發(fā)生故障時，用戶可以快速的根據(jù)工藝圖了解到故障發(fā)生地點以便快速排除故障。 WinCC 圖形編輯器是用于創(chuàng)造過程畫面，并通過圖形編輯器組態(tài)畫面使其動態(tài)化。也就 是說 WinCC 圖形編輯器是設(shè)計恒壓供水系統(tǒng)的工藝流流圖、設(shè)備控制界面、參數(shù)設(shè)置界面等。而對于恒壓供水系統(tǒng)的工藝流程界面的設(shè)計是最為復(fù)雜，工程量也是最大的一項。首先要在草稿紙上畫出工藝流程圖的大致布局，然后再在組態(tài)軟件上畫圖。 關(guān)于工藝流程界面的設(shè)計： 運(yùn)行 WinCC 組態(tài)軟件，打開圖形編輯器，初始圖形文件名以“ NewPdl”開始排序，可鼠標(biāo)右鍵重新命名。而一般的新建的圖形編輯器的低紋都是黑色網(wǎng)格狀的。 在對象調(diào)色板（圖 ）窗口選擇“智能對象”，左擊加號，然后左擊里面的“畫面窗口”就可以在圖形編輯器中畫出所 需要的范圍。 西安文理學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 對象調(diào)色板 設(shè)置畫面的名稱的時候，畫面的擴(kuò)展名不用改變。在標(biāo)準(zhǔn)工具欄中又有一個屬性，用來設(shè)置畫面的基本屬性；畫面的基本屬性有幾何、顏色、樣式、背景畫面、效果等。先設(shè)置好畫面的屬性，一般畫面的背景色為灰色而網(wǎng)格顏色為黑色；接下來就是畫工藝流程圖。 （ 1）在標(biāo)準(zhǔn)工具欄中選擇顯示庫，