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基于gprs的plc多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)

2025-08-19 19:19本頁(yè)面

【導(dǎo)讀】閉環(huán)的供暖控制系統(tǒng)。通過(guò)組態(tài)控制方法和PID控制策略,設(shè)計(jì)了組態(tài)界面監(jiān)控程。在本設(shè)計(jì)了主要分為三個(gè)部分:上位機(jī)通用組態(tài)軟件、GPRS無(wú)線傳。的畫(huà)面顯示組態(tài)功能。在組態(tài)界面上主要顯示各小區(qū)換熱站的網(wǎng)管溫度、壓力、流。量等參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行控制,保證其安全可靠的運(yùn)行。DTU是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊,在網(wǎng)絡(luò)中主要完成下位機(jī)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。任?wù),同時(shí)也是與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)的工作接口。

  

【正文】 ( 32) 同 步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速: pfn 60? ( 33) n1為異步電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速 ; n 為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ; f 是供電電源頻率 ; p 為異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù) ; s 為轉(zhuǎn)差率 。 由 以上的 公式可知, 在調(diào)速方面 異步電動(dòng)機(jī) 可以有三種 方式 :可以 改變轉(zhuǎn)差率、電源的頻率和異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。 當(dāng)電機(jī)的極對(duì)數(shù) P 不變時(shí) ,電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電源的頻率 f 成正比,通過(guò)對(duì)電源的頻率進(jìn)行改變來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速可 以實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的變化。如果保持電源頻率和轉(zhuǎn)差率不變,改變電機(jī)的極對(duì)數(shù),那樣只能 通過(guò)改變電機(jī)繞組的接線方式 來(lái)實(shí)現(xiàn) ,這種方法是一種有級(jí)調(diào) 的 速不適合供水的恒壓調(diào)速。改變轉(zhuǎn)差率的方式 會(huì) 使電機(jī)的運(yùn)行效率變低, 還會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性 ,也不適合在恒壓供水的系統(tǒng)上使用。 所以本系統(tǒng)采 用了改變電源的頻率來(lái)控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。 壓力手 動(dòng)運(yùn)行方式 在對(duì)二次管網(wǎng)壓力手動(dòng)控制方面,本系統(tǒng)采用的是在組態(tài)界面上有一個(gè)與變頻器相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)塊,讓滑塊與 PLC 的變頻器信號(hào)建立一個(gè)連接通道, 使 工作人員可以直接改變滑塊 大小 來(lái)控制變頻器的頻率信號(hào)。保 證系統(tǒng)既可以應(yīng)用 PID 進(jìn)行 自動(dòng)調(diào)節(jié),也可以通過(guò)直接控制變頻器的頻率信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié) 補(bǔ)水 泵的轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)手動(dòng)方式的時(shí)候最主要是要解決數(shù)值轉(zhuǎn)換的問(wèn)題,手動(dòng)方式是在不 采用 PLC 內(nèi)部 的 PID運(yùn)算 控制器情況下根據(jù)壓力傳感器的壓力值直接改變 組態(tài)軟件的界面上 對(duì)應(yīng) PLC內(nèi)部單元的 VD556 的滑塊 值來(lái)控制頻率信號(hào), 把滑塊的值送到 存儲(chǔ)單元 VD556 內(nèi) ,直接通過(guò)模擬量的輸出通道輸出給變頻器, PLC 只能處理 032020 的數(shù)值, 所以將唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 組態(tài)軟件上的滑塊 值轉(zhuǎn)換成與之成比例的數(shù) ,以便通過(guò)滑塊來(lái)直接改變變頻器的頻率信號(hào), 手動(dòng)壓力控制如圖 411 所示 。 圖 411 壓力手動(dòng)控制 壓力自動(dòng)運(yùn)行方式 在 自動(dòng) 方式 控制二次管網(wǎng)壓力恒定時(shí) 采用的方法和對(duì)溫度控制 一樣 采用是 的PID 運(yùn)算方式,補(bǔ)水泵的 補(bǔ)水情況完全由 PLC 根據(jù)壓力狀況和內(nèi)部 PID 的設(shè)定參數(shù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。 上 電后,首先 PLC 采集壓力傳感器的管網(wǎng) 壓力值送給模擬量的輸入通道,經(jīng)過(guò)模擬量擴(kuò)展模塊的 A/D 轉(zhuǎn)換送到 PLC 的 CPU 內(nèi)經(jīng)過(guò) PID 和給定值進(jìn)行比較運(yùn)算, 得出一個(gè)合適的調(diào)節(jié)參數(shù),將 結(jié)果再送給模擬量的輸出模塊進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換輸出給變頻器的信號(hào)口,來(lái)控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)管網(wǎng)的壓力過(guò)高時(shí), 通過(guò)降低 補(bǔ)水泵的頻率來(lái)降低轉(zhuǎn)速?gòu)亩箟毫档?;?dāng)壓力過(guò)低時(shí)通過(guò) PID 運(yùn)算來(lái)控制變頻器的信號(hào)變高,來(lái)提過(guò)補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速,使管網(wǎng)的壓力變大 , 控制流程如圖 412所示 。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 21 圖 412 自動(dòng)控制流程圖 自動(dòng)方式的恒壓供水的 PID 設(shè)置向?qū)Ш蛯?duì)溫度控制的類似,只是在 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)單元必須保證不重復(fù)。通過(guò)給 PID 一個(gè)給定值, PID 會(huì)把從模擬量輸入通道AIW2 采集來(lái)的壓力值和給定值進(jìn)行比較計(jì)算, 給出一個(gè)比較合適的參數(shù)值,送給輸出通道到達(dá)變頻器來(lái)控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。 為了防止在 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中變頻器發(fā)生故障,導(dǎo)致管道壓力過(guò)大,使管道爆破等造成不必要的損失,本系統(tǒng)還涉及到了管道壓力過(guò)高時(shí)的報(bào)警系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),就把 PLC 從壓力傳感器采集來(lái)的壓力值不僅送給 PID 還同時(shí)送到 PLC 內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)單元,設(shè)定一個(gè)上限值,使得管道的壓力在超過(guò)上限值由 PLC 輸出報(bào)警信號(hào) , 壓力報(bào)警程序如下 412 所示 。 圖 412 壓力報(bào)警 補(bǔ)水箱液位控制 系統(tǒng)對(duì)于補(bǔ)水箱的液位的控制沒(méi)有特殊的要求,就是要保證系統(tǒng)在變頻恒壓補(bǔ)水的時(shí)候,保證水箱的水位總在一定的 范圍內(nèi)。本系統(tǒng)主要是利用液位記采集補(bǔ)水箱的液 位信號(hào),送給 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)單元,通過(guò)設(shè)定上限值和下限值,在補(bǔ)水箱的開(kāi)始 PID 自整定 PID 調(diào)整 大于 設(shè)定值 加大頻率信號(hào) 減小頻率信號(hào) 否 是 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 22 水位 超過(guò)或低于設(shè)定值 時(shí),通過(guò) PLC 輸出報(bào)警信號(hào), 對(duì)補(bǔ)水箱的控制的程序如圖413 所示 。 圖 413 補(bǔ)水箱的控制程序 供水流量的控制 系統(tǒng) 在 對(duì)流量 方面的控制沒(méi)有具體的要求,只是要在一次的供水網(wǎng) 側(cè)安裝一個(gè)流量計(jì)來(lái)顯示一次側(cè)的供水流量。通過(guò)安裝的流量計(jì)采集的流量信號(hào)傳送給 PLC 內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)單元,在這里要解決的就是數(shù)值轉(zhuǎn)換 的問(wèn)題 , 要使工作人員能在監(jiān)控室的上位機(jī)上直觀的看到供水的流量值。要想 把流量值在組態(tài)軟件的界面上顯示出來(lái), 就要在組 態(tài)界面上添加一個(gè)顯示輸出,將它與換熱站的流量傳感器在 PLC 內(nèi)部的存儲(chǔ)單元建立一個(gè)連 接通道,流量的程序如圖 414 所示 。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 23 圖 414 流量處理 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 24 5 硬件及設(shè)備選型 本系統(tǒng)的控制器選用的是西門子 的 S7200 系列的 PLC,由于本系統(tǒng)是對(duì)六個(gè)小區(qū)的換熱站的控制,所以在這里選用了六個(gè) S7200 來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)進(jìn)行采集。S7200 可以代替許多繼電器 工作,減少了觸點(diǎn),使得系統(tǒng)的抗干擾性增強(qiáng)還可以有很廣泛的通訊能力 。 在 PLC 中, CPU 224XP 數(shù)字量有 14 入 /10 出,最大 可擴(kuò)展的數(shù)字量點(diǎn)數(shù)為 168,模擬量點(diǎn)數(shù)為 35,還 有兩路模擬量輸入 (10bit,177。 DC10V),一路模擬量輸出 (10bit,DC 010V 或 020mA),有兩 個(gè) RS485 通信口,高速脈沖輸出頻率提高到 20kHz,有 PID 自整定功能。 這些參數(shù)都符合本系統(tǒng)的運(yùn)行,所以本系統(tǒng)選用了 CPU 224XP來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的采集 、 控制。 模擬量輸入輸出模塊的選型 由于本系統(tǒng)要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度,壓力,流量,液位等進(jìn)行采集,還要求對(duì)許多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制,而這些量都是模擬量。單獨(dú)的 CPU 只能處理數(shù)字量不能完成對(duì)模擬量的 處理, 模擬量擴(kuò)展模塊可以把從各種傳感器送來(lái)的模擬量通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換變成 PLC 能接受的 032020 的數(shù)字量,還可以把 PLC 內(nèi)的數(shù)字量通過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換變成 05V 或 420mA 的電流信號(hào),來(lái)控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 所以在這里系統(tǒng)選擇了EM235 作為模擬量擴(kuò)展模塊來(lái)輔助運(yùn)行。 EM235 里有 4 路模擬量輸入 /1 路模擬量的輸出 ,本系統(tǒng)需要四個(gè)模擬量輸出,一個(gè) PLC 最多可以擴(kuò)展 7 個(gè)模擬量模塊,這里只需要選擇 4 個(gè) EM235 就可以完成對(duì)系統(tǒng)模擬量的處理 [10], EM235 的結(jié)構(gòu)圖如圖 51 所示 。 下圖是模擬量擴(kuò)展模塊 EM235 的接線 方法,對(duì)于電壓信號(hào),按照電壓的正、負(fù)極直接接入 X+和 X-就可以;對(duì)于電流信號(hào),一定要將 RX 和 X+短接后才能接電流輸入信號(hào)的“+”端;沒(méi)有連接傳感器的通道要將 X+和 X-短接。 在選擇量程和輸入格式的時(shí)候必須要符合一致的原則,根據(jù) EM235 的技術(shù)參數(shù),在這里我們選用的是的電流信號(hào),因?yàn)殡娏餍盘?hào)傳輸具有一定的穩(wěn)定性好,可以遠(yuǎn)距離的傳輸??梢酝ㄟ^(guò)模塊上的 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)置來(lái)選擇輸入模式和單雙極性。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 25 圖 51 EM235結(jié)構(gòu)圖 I/O分配 I/O 分配表 如圖 52 所示 。 圖 52 系統(tǒng)的 I/O分配表 傳感器 的選擇 在本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制中應(yīng)用了許多的傳感器來(lái)采集信號(hào),例如溫度傳感器、壓力傳感器,流量計(jì),液位計(jì)等。這些傳感器就是要將溫度 、 壓力 和 流量等信號(hào)轉(zhuǎn)換唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 26 成 05V 或 420mA 的電流信號(hào) 送給 PLC 的模擬量擴(kuò)展模塊。 現(xiàn)在的大多數(shù)的傳感器有輸出 05V 的還有 420mA 的電流信號(hào), 但 如果在 信號(hào)需要遠(yuǎn)距離傳輸或 在使用現(xiàn)場(chǎng) 環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)合, 最好還是選擇420mA 的電流信號(hào),電流型的傳感器里有恒流源可以保持電流的不變,而電壓型的會(huì)隨著距離的增加,電壓會(huì)產(chǎn)生壓降,而且 電壓輸出型傳感器抗干擾能力較差 。 考慮到本系統(tǒng) 是將各個(gè)小區(qū)的換熱站的參數(shù)傳送到監(jiān)控室里需要 各個(gè)部件及控制器間的 遠(yuǎn) 距離 傳送,因此,在本系統(tǒng)中選用的傳感器 均選用輸出 420mA 電流信號(hào)的電流輸出型 的傳感器 。 ( 1) 溫度傳感器 pt100 Pt100 是現(xiàn)在比較常用的鉑電阻溫度傳感器,它主要使用于 60℃到 +400℃之間的溫度值,在本系統(tǒng)里測(cè)量范圍大概在 0℃ 100℃之間 [10]。要把溫度傳感器 pt100隨著溫度變化采集來(lái)的電阻轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度值,利用下面的溫度公式可以求得: T℃ =(溫度數(shù)字量 0℃的偏置量 )/1℃數(shù)字量 溫度數(shù)字量為存儲(chǔ)在 PLC 內(nèi)部存儲(chǔ)單元的值 0℃偏置量為在 0℃測(cè)出的數(shù)字量 1℃的數(shù)字量為溫度每升高 1℃的數(shù)字量 [9] ( 2) 壓力傳感器 PTJ205 PTJ205 具有不銹鋼封焊的結(jié)構(gòu), 有很強(qiáng)的抗干擾能力 。 量程 : 0~ 1~ 150( MPa) 輸出的信號(hào)為 4~ 20mA( 二線制 ) 、 0~ 5V、 1~ 5V、 0~ 10V(三線制 )、 供電電壓 :24DCV(9~ 36DCV)、 介質(zhì)溫度 : 20~ 85℃ 環(huán)境溫度 : 常溫 (20~ 85℃ ) ( 3) 渦街式流量計(jì) 渦街式流量計(jì)耐高溫高壓,不易結(jié)垢,抗干擾性強(qiáng) 溫壓補(bǔ)償一體化設(shè)計(jì) ; 電流輸出均為電隔離型 , 具有良好的共模干擾抑制能力 ; 能同時(shí)顯示流量值與累計(jì)流量值??梢詼y(cè)量介質(zhì)的溫度為 – 25℃~ 100℃,輸出 420mA 的電流信號(hào)。 在本系統(tǒng)里選用的是 HQLUGB 穩(wěn)壓補(bǔ)償智能型渦街流量計(jì)。這種流量計(jì)是將壓力、溫度、流量信號(hào)綜合起來(lái)通過(guò)智能數(shù)字的處理后輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流量。 HQLUGB 型流量計(jì)的技術(shù)參數(shù):介質(zhì)溫度范圍是 50℃ ~ +400℃,壓力等級(jí)為PN25,連接方式有夾持式、法蘭式或插入式的,供電電壓為 12~ 36VDC 或 的電池,輸出信號(hào)為兩線制的 4~ 20mA 的電流輸出,通訊方式為 RS485。 ( 4) 液位計(jì) 在本系統(tǒng)里采用的是 HQUHZ 水箱液位計(jì) , 它采用了浮力原理和磁性耦合作用,彌補(bǔ)了玻璃管液位計(jì)的顯示不清晰和易破碎的不足 , 顯示范圍大。 HQUHZ 液位計(jì)的技術(shù)參數(shù):測(cè)量范圍 015000mm,公稱壓力為 ,輸出信號(hào)為 420mA 的電流信號(hào),電源電壓可以為 24DC 或 220V,可以采用法蘭式唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 27 接法。 變頻器的選擇 補(bǔ) 水泵是最普通的負(fù)載,對(duì)變頻器的要求也很 簡(jiǎn)單, 變頻器給電機(jī)的脈動(dòng)電流比工頻時(shí)的電流值大,所以只要變頻器容量稍微小于 電動(dòng)機(jī)的容量即可。 為了保證二次側(cè) 管網(wǎng)的壓力恒定在這里采用了自控控制的閉環(huán)系統(tǒng),反饋裝置用了 PID調(diào)節(jié),為了滿足工藝要求在這里可以選擇 施耐德的 ATV38 變頻恒壓供水控制器 ,它的功率為 22KW, 擁有 40mA 的電流信號(hào)輸出端。 電動(dòng)閥門 的選擇 在本系統(tǒng)里控制的換熱站出水口的溫度值,主要是調(diào)節(jié)一次側(cè)供水網(wǎng)的溫度調(diào)節(jié)閥閥門的開(kāi)度,使用 PID 的溫度控制系統(tǒng)必須保證閥門可以調(diào)節(jié)大小,所以選擇了 電動(dòng)蝶閥 。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易操作,體積小,重量輕很符合本系統(tǒng)的控制要求 。 調(diào)節(jié)型是以 AC220V 電源作為動(dòng)力,接收 為了滿足控制要求的 420mA( 05V等弱電控制 ) 的電流 信號(hào)來(lái)完成調(diào)節(jié)動(dòng)作。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 28 6 通用 組態(tài)軟件 關(guān)于 MCGS 組態(tài)軟件 MCGS[11](Monitor and Control Generated System)是 在軟件領(lǐng)域內(nèi),工作人員根據(jù)控制對(duì)象及工藝要求, 配置用戶應(yīng)用軟件的過(guò)程,即使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)和軟件的各種資源進(jìn)行配置,實(shí)現(xiàn)用軟件按照預(yù)先設(shè)定的要求滿足使用者的要求目的。MCGS 是數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件,能以靈活多樣的組態(tài)方式為用戶提供良好的用戶開(kāi)發(fā)界面, 具有豐富的畫(huà)面顯示組態(tài) 功能。并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和 I/O 產(chǎn) 品 [11]。 MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分,組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件, 工作人員可以在組態(tài)環(huán)境里設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用系統(tǒng)。 運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng), 在用戶對(duì)組態(tài)畫(huà)面進(jìn)行設(shè)置后,可以按照自己的控制要求來(lái)模擬系統(tǒng)的運(yùn)行方式 ,在 組態(tài)環(huán)境 里設(shè)計(jì)系統(tǒng)的畫(huà)面及各個(gè)器件,在 運(yùn)行環(huán)境 里根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求通過(guò)所寫(xiě)的腳本程序來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的模擬運(yùn)行。 的組成部分 MCGS 通用 組態(tài)軟件 由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)
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