【正文】 T 選擇的因素主要包括對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性、擾動(dòng)的特性、控制算法、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度、跟蹤性能的要求。由于生產(chǎn)過程千變?nèi)f化，非常復(fù)雜，上面的僅是一些粗略的設(shè)計(jì)原則，實(shí)際的采樣周期需要經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后確定。表 41 列出了采樣周期 T 的一組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。表 41 采樣周期 T的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)被測(cè)參數(shù) 采樣周期 /s 備注流量 1～5 優(yōu)先選用 1s ～2s壓力 3～10 優(yōu)先選用 6～8s液位 6～8 優(yōu)先選用 7s溫度 15～20 取純滯后時(shí)間成分 15～20 優(yōu)先選用 18sPID 參數(shù)的整定的方法有擴(kuò)充臨界比例帶法、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法、湊試法、仿真尋優(yōu)法。六、PID 參數(shù)控制表運(yùn)用 STEP 7 編程軟件通過梯形圖設(shè)定 PID 控制參數(shù)，如表 42 所示。表 42 PID參數(shù)控制表標(biāo)號(hào) 變量地址 變量名 參數(shù)設(shè)定值 注釋1 VD100 uI(n) 測(cè)量值 調(diào)節(jié)量，即被控對(duì)象的輸出量2 VD104 up(n) 給定量，即被控制對(duì)象的給定輸出3 VD108 u(n) 輸出值 控制量，用于輸出到被控對(duì)象4 VD112 KP 增益，即比例常數(shù)，可正可負(fù)5 VD116 T 采樣時(shí)間(S)，必須為正數(shù)6 VD120 TI 30 積分時(shí)間常數(shù)(min)，必須為正數(shù)7 VD124 TD 微分時(shí)間常數(shù)(min)，必須為正數(shù) 下位機(jī) PLC 程序設(shè)計(jì)下位機(jī) PLC 程序設(shè)計(jì)由 Step7300 軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 Step7300 軟件的特點(diǎn)Step7 編程軟件由符號(hào)編輯器、 SIMATIC 管理器、網(wǎng)絡(luò)與通信配置、硬件組態(tài)、多語言的用戶程序編、硬件診斷 6 部分功能組件組成。（1）SIMATIC 管理器在 step7 中，用于項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。（2）符號(hào)編輯器使用符號(hào)編輯器可以管理所有的共享符號(hào)（全局符號(hào)） 。（3）多語言的用戶程序編用于 s7300 的編程語言順序功能圖(SFC)、梯形圖(LAD)、功能模塊圖(FBD)，是 step7軟件的一個(gè)組成部分。 PLC 內(nèi)存資源分配表 43 內(nèi)存資源分配表Wincc 變量 PLC 變量類型 Wincc 變量 PLC 變量類型1泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL SCALE FC 105 FC 1051泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL SW UDT 5 UDT 51泵電機(jī)啟動(dòng) KM5 Q BOOL sw_vat VAT 32泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL VAT_1 VAT 12泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL 變頻器故障標(biāo)志 M BOOL2泵電機(jī)啟動(dòng) KM6 Q BOOL 變頻器故障復(fù)位 M BOOL3泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL 變頻器故障信號(hào) I BOOL3泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL 變頻器啟動(dòng) Q BOOL3變頻 KM1 Q BOOL 變頻器正常標(biāo)志 M BOOL3變頻標(biāo)志 M BOOL 風(fēng)扇 KM0 啟動(dòng) Q BOOL3電機(jī)停機(jī)標(biāo)志 M BOOL 風(fēng)扇啟動(dòng)/停止 I BOOL3工頻 KM2 Q BOOL 風(fēng)扇啟動(dòng)/停止 WCC M BOOL3 變吸合后 5s 啟動(dòng)變頻器 T 40 TIMER 故障報(bào)警 Q BOOLWincc 變量 PLC 變量類型 Wincc 變量 PLC 變量類型3 變吸合后 5 秒啟動(dòng)變頻器 T 37 TIMER 頻率為 50HZ I BOOL3 工 3s 后切 T 45 TIMER 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換 I BOOL3 工 4 變標(biāo)志 M BOOL 手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換 WCC M BOOL3 工 4 變溫度超且低頻標(biāo)志 M BOOL 顯示泵 3 是否運(yùn)行 M BOOL3 工 4 變運(yùn)行標(biāo)志 M BOOL 顯示泵 4 是否運(yùn)行 M BOOL4泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 I BOOL 溫度超且低頻用于斷開 3 工 M BOOL4泵電機(jī)工頻手動(dòng)啟/停 WCC M BOOL 溫度偏低標(biāo)志 M BOOL4變頻 KM3 Q BOOL 溫度偏高標(biāo)志 M BOOL4電機(jī)停機(jī)標(biāo)志 M BOOL 延時(shí) 1S T 46 TIMER4工頻 KM4 Q BOOL 延時(shí) 1S 切 T 53 TIMER4 變后 3s 啟動(dòng) 4 工 T 43 TIMER 延時(shí) 1S 切 T 51 TIMER4 變吸合后 5s 啟動(dòng)變頻器 T 42 TIMER 延時(shí) 3s,3 變切 3 工 T 41 TIMERCW UDT 6 UDT 6 延時(shí) 3s 使 3 變無效 T 49 TIMERcw_vart VAT 4 運(yùn)行頻率降至最低啟動(dòng)頻率 I BOOLdb_mm440 DB 1 DB 1 重新啟動(dòng)系統(tǒng) M BOOLDPRD_DAT SFC 14 SFC 14 最低頻率上限標(biāo)志 M BOOLDPWR_DAT SFC 15 SFC 15 最低頻率下限標(biāo)志 M BOOL 系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作過程：啟動(dòng)系統(tǒng)之后系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)標(biāo)志正常，判斷水溫是否超限，如果超限置位相應(yīng)的標(biāo)志位。選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)還是手動(dòng)調(diào)節(jié)，如果是手動(dòng)，工作人員可以手動(dòng)操作泵的啟停。如果是自動(dòng)系統(tǒng)按照預(yù)定的程序自動(dòng)完成調(diào)節(jié)。手動(dòng)和自動(dòng)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。圖 42 所示為系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)的總流程。自動(dòng)時(shí)的溫度測(cè)算流程、頻率測(cè)算流程分別如圖 43 和圖 44 所示。圖 42 系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)的總流程的工作過程：給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)中的各設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志正常，程序讀取實(shí)時(shí)溫度并判斷出實(shí)時(shí)溫度是否超限，如果超限置位相應(yīng)的標(biāo)志位，把旋轉(zhuǎn)開關(guān)選到自動(dòng)檔。這樣就能執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的程序了。系統(tǒng)中各設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志比較實(shí)際供水溫度是否超上限或下限并置位相應(yīng)的標(biāo)志位比較實(shí)際供水溫度是否低于指定頻率并置位相應(yīng)的標(biāo)志位是否自動(dòng)自動(dòng)圖 42 系統(tǒng)自動(dòng)時(shí)總流程圖圖 43 溫度測(cè)算流程圖工作工程：通過模擬量模塊將采集的電壓信號(hào)送到 PLC 相應(yīng)的內(nèi)存中，通過相應(yīng)的程序算出當(dāng)前的溫度，并置位相應(yīng)的標(biāo)志位。P I W 7 5 2 → M W 2 0實(shí)際溫度是否低于給定值否否是是置溫度低于下限標(biāo)志實(shí)際溫度是否高于給定值置溫度高于上限標(biāo)志 置溫度正常標(biāo)志圖 43 溫度測(cè)算流程圖圖 44 頻率測(cè)算流程圖的工作過程：將采集到的頻率信號(hào)送入 PLC 內(nèi)存中，并判斷是否超限，如果頻率低于下限值使 得點(diǎn)并送入上位機(jī)顯示，頻率高于于上限值使 得點(diǎn) 得電，變頻器工作。Q 0 . 0 得電變頻器上電M 4 . 6 得電 ， 送最頻率標(biāo)志到上位機(jī)P I W 7 5 4 → M W 6 0M W 6 0 ≤ 下限值M W 6 0 ≥ 上限值是M 4 . 7 得電 ， 送最低頻率標(biāo)志到上位機(jī)是否圖 43 頻率測(cè)算流程圖 上位機(jī)人機(jī)接口 Wincc 監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)上位機(jī)人機(jī)接口監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)采用 完成。西門子公司的 WINCC 是 Windows Control Center（視窗控制中心）的簡稱。它集成了 SCADA 組態(tài)、腳本(Script）語言和 OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了 Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。Wincc 繼承西門子公司的全集成自動(dòng)化（TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無縫集成的特點(diǎn)。WINCC 基本系統(tǒng)由變量管理器、圖形編輯器、報(bào)警記錄、變量歸檔、報(bào)表編輯器、全局腳本、文本庫、用戶管理器、交叉引用表九部分構(gòu)成。對(duì)于本監(jiān)控系統(tǒng)來說, 利用 WINCC 軟件制作本系統(tǒng)的主界面，其組成主要包含以下幾個(gè)部分:恒溫供水系統(tǒng)初始畫面、管理和監(jiān)控畫面、工藝流程圖、電氣接線圖、工作狀態(tài)及手動(dòng)方式畫面。 圖 44 為恒溫供水系統(tǒng)初始畫面能選擇整個(gè)供水系統(tǒng)的運(yùn)行方式即手動(dòng)和自動(dòng)方式。圖45 為恒溫供水系統(tǒng)自動(dòng)控制主畫面，在初始畫面中點(diǎn)擊“歡迎進(jìn)入自動(dòng)主畫面”進(jìn)入恒溫供水系統(tǒng)自動(dòng)控制主畫面，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕可進(jìn)入相應(yīng)的畫面，可進(jìn)入供水系統(tǒng)工藝流程圖畫面、供水系統(tǒng)電氣接線圖畫面、供水系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示畫面。通過畫面的切換可以看到系統(tǒng)的工藝流程圖（圖 46）和工作狀態(tài)（圖 48） ，這樣方便在監(jiān)控過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)狀況，可以及時(shí)準(zhǔn)確的通知現(xiàn)場(chǎng)值班人員進(jìn)行其他操作。電氣接線圖把系統(tǒng)的成套裝置、設(shè)備或裝置的鏈接關(guān)系都顯示在操作人員的面前，方便接線和檢查電路，恒溫供水系統(tǒng)的電氣接線圖見圖 47。圖 49 為手動(dòng)控制畫面，可以直觀的反應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。圖 44 恒溫供水系統(tǒng)運(yùn)行主畫面圖 45 恒溫供水系統(tǒng)自動(dòng)控制主畫面圖 46 供水系統(tǒng)工藝流程圖圖 47 供水系統(tǒng)電氣接線圖圖 48 供水系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示畫面圖 49 系統(tǒng)手動(dòng)控制主畫面 本章小結(jié)本章從程序設(shè)計(jì)理論著手，畫出了程序功能圖和系統(tǒng)自動(dòng)控制過程列表，并對(duì)程序設(shè)計(jì)作了具體說明，根據(jù)以上理論，設(shè)計(jì)出了程序梯形圖，并做出了 wincc 上位機(jī)組態(tài)畫面。程序根據(jù)變頻器頻率信號(hào)是否到達(dá)上限或下限來確定是否進(jìn)衍加泵或減泵，如變頻器頻率信號(hào)到達(dá)下限就進(jìn)行加泵，如變頻器頻率信號(hào)到達(dá)上限就進(jìn)行減泵，程序根據(jù)是否在同一狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間來確定換泵運(yùn)行。系統(tǒng)遵循“先啟先停、后啟后?！钡脑瓌t切換泵來保持管網(wǎng)溫度恒定，還保持每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)，不致于某一泵長時(shí)間不運(yùn)行而銹死。對(duì)于水壓控制環(huán)節(jié)而言，PID 控制是一種簡單有效的控制方法。本章結(jié)合供水系統(tǒng)的運(yùn)行特征總結(jié)了 PID參數(shù)對(duì) PID 算法的影響，分析了德國 SIMENS 公司的 s7300 系列 CPU314C2DP 中的 PID 算法的離散化實(shí)現(xiàn)方法，并運(yùn)用該方法設(shè)計(jì)了一個(gè)用于溫度控制環(huán)節(jié)的 PD 控制器。本文結(jié)合對(duì)西門子 S7300 系列 PLC 的 PID 模塊，對(duì)模擬 PID 公式進(jìn)行離散化處理，闡明了數(shù)字 PID 控制器的設(shè)計(jì)過程。運(yùn)用 PLC 配套的 STEP 7Micro／Win 編程軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)用于供水系統(tǒng)溫度控制的 PID 控制器。5 變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)調(diào)試本次設(shè)計(jì)用到的軟件是 step7 編程軟件和 wincc 監(jiān)控軟件。 調(diào)試步驟系統(tǒng)的調(diào)試主要包括 PLC、WINCC 和變頻器等設(shè)備的調(diào)試。(1)給PLC送電，編寫簡單的程序，調(diào)試接觸器，使得所有接觸器通斷正常；(2)給變頻器送電，并設(shè)定其參數(shù)。 (3)在 PLC 與變頻器工作正常的條件下，編寫簡單的程序，采集變頻器的輸出信號(hào)，并調(diào)試令其正常； (4)在 PLC 工作的條件下，采集溫度信號(hào)，并調(diào)試使其處于正常工作范圍； (5)在溫度信號(hào)正常的條件下，將其送入變頻器內(nèi)部，設(shè)置 PID 工作方式，調(diào)試 PID 并令其正常； (6)令系統(tǒng)所有硬件正常工作，變頻器參數(shù)正常設(shè)計(jì)，PID 工作方式正常，寫入完整的PLC 程序，看系統(tǒng)是否正常工作，若有偏差，給予調(diào)試，直到正常； (7)系統(tǒng)在 PLC 工作正常的條件下，令上位機(jī)工作，在溫度給定的條件下，看系統(tǒng)采集上來的數(shù)據(jù)是否正常，界面工作是否正常，若不正常，給予調(diào)試，直到正常。 本章小結(jié)系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)投入運(yùn)行中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要包括 PLC 程序調(diào)試與運(yùn)行，變頻器參數(shù)的設(shè)置，PID 參數(shù)調(diào)整運(yùn)行等。試驗(yàn)表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠而且經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。6 全文總結(jié)在這次設(shè)計(jì)中首先確定了變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要是針對(duì)實(shí)際要解決的問題選擇用變頻調(diào)速的方案來解決，在變頻調(diào)速供水系統(tǒng)中，是通過變頻器來改變水泵的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵工作點(diǎn)來達(dá)到調(diào)節(jié)供水流量的目的，在深白天溫度較高的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)切換到小容量的輔助泵運(yùn)行，以進(jìn)一步節(jié)能降耗，提高節(jié)能效果。在確定方案后，我對(duì)系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的主電路和控制電路的硬件進(jìn)行了選型。其中，主電路中包括水泵、電動(dòng)機(jī)、熱繼電器、交流接觸器、低壓斷路器、熔斷器和變頻器的選型；控制電路中包括可編程控制器、按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)和溫度變送器的選型。在軟件設(shè)計(jì)方面，我首先確定了本次設(shè)計(jì)中算選用了 PID 算法。再從程序設(shè)計(jì)理論著手，畫出了系統(tǒng)流程圖，并對(duì)程序設(shè)計(jì)作了具體說明，根據(jù)以上理論，運(yùn)用 STEP7300 軟件設(shè)計(jì)出了程序梯形圖，并做出了 WINCC 上位機(jī)組態(tài)畫面。程序根據(jù)變頻器頻率信號(hào)是否到達(dá)上限或下限來確定是否進(jìn)行加泵或減泵，如變頻器頻率信號(hào)到達(dá)下限就進(jìn)行加泵，如變頻器頻率信號(hào)到達(dá)上限就進(jìn)行減泵，程序根據(jù)是否在同一狀態(tài)持續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間來確定換泵運(yùn)行。保持每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間相當(dāng)，防止某一泵長時(shí)間不運(yùn)行而銹死。在完成了硬件和軟件的設(shè)計(jì)之后，我對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，這是系統(tǒng)投入運(yùn)行中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要包括 PLC 程序調(diào)試與運(yùn)行，變頻器參數(shù)的設(shè)置， PID 參數(shù)調(diào)整運(yùn)行等。試驗(yàn)表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠而且經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時(shí)保持水溫恒定以滿足用水要求。隨著新型軟件的開發(fā)，自動(dòng)恒溫供水系統(tǒng)具有的標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，為城市供水系統(tǒng)提供了現(xiàn)代化的調(diào)度、管理、監(jiān)控及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段。系統(tǒng)的控制裝置采用 PLC 控制器，可實(shí)現(xiàn)泵組的邏輯控制、系統(tǒng)的數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)功能，并可對(duì)系統(tǒng)中的各種運(yùn)行參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，但本文對(duì)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控工作未作詳細(xì)講解，這是下一步研究的重點(diǎn)