【正文】 T 選擇的因素主要包括對象的動態(tài)特性、擾動的特性、控制算法、執(zhí)行機構的速度、跟蹤性能的要求。由于生產(chǎn)過程千變?nèi)f化，非常復雜，上面的僅是一些粗略的設計原則，實際的采樣周期需要經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試后確定。表 41 列出了采樣周期 T 的一組經(jīng)驗數(shù)據(jù)。表 41 采樣周期 T的經(jīng)驗數(shù)據(jù)被測參數(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 取純滯后時間成分 15～20 優(yōu)先選用 18sPID 參數(shù)的整定的方法有擴充臨界比例帶法、擴充響應曲線法、湊試法、仿真尋優(yōu)法。六、PID 參數(shù)控制表運用 STEP 7 編程軟件通過梯形圖設定 PID 控制參數(shù)，如表 42 所示。表 42 PID參數(shù)控制表標號 變量地址 變量名 參數(shù)設定值 注釋1 VD100 uI(n) 測量值 調(diào)節(jié)量，即被控對象的輸出量2 VD104 up(n) 給定量，即被控制對象的給定輸出3 VD108 u(n) 輸出值 控制量，用于輸出到被控對象4 VD112 KP 增益，即比例常數(shù)，可正可負5 VD116 T 采樣時間(S)，必須為正數(shù)6 VD120 TI 30 積分時間常數(shù)(min)，必須為正數(shù)7 VD124 TD 微分時間常數(shù)(min)，必須為正數(shù) 下位機 PLC 程序設計下位機 PLC 程序設計由 Step7300 軟件采用模塊化結構設計。 Step7300 軟件的特點Step7 編程軟件由符號編輯器、 SIMATIC 管理器、網(wǎng)絡與通信配置、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，用于項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。（2）符號編輯器使用符號編輯器可以管理所有的共享符號（全局符號） 。（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泵電機工頻手動啟/停 I BOOL SCALE FC 105 FC 1051泵電機工頻手動啟/停 WCC M BOOL SW UDT 5 UDT 51泵電機啟動 KM5 Q BOOL sw_vat VAT 32泵電機工頻手動啟/停 I BOOL VAT_1 VAT 12泵電機工頻手動啟/停 WCC M BOOL 變頻器故障標志 M BOOL2泵電機啟動 KM6 Q BOOL 變頻器故障復位 M BOOL3泵電機工頻手動啟/停 I BOOL 變頻器故障信號 I BOOL3泵電機工頻手動啟/停 WCC M BOOL 變頻器啟動 Q BOOL3變頻 KM1 Q BOOL 變頻器正常標志 M BOOL3變頻標志 M BOOL 風扇 KM0 啟動 Q BOOL3電機停機標志 M BOOL 風扇啟動/停止 I BOOL3工頻 KM2 Q BOOL 風扇啟動/停止 WCC M BOOL3 變吸合后 5s 啟動變頻器 T 40 TIMER 故障報警 Q BOOLWincc 變量 PLC 變量類型 Wincc 變量 PLC 變量類型3 變吸合后 5 秒啟動變頻器 T 37 TIMER 頻率為 50HZ I BOOL3 工 3s 后切 T 45 TIMER 手動/自動轉換 I BOOL3 工 4 變標志 M BOOL 手動/自動轉換 WCC M BOOL3 工 4 變溫度超且低頻標志 M BOOL 顯示泵 3 是否運行 M BOOL3 工 4 變運行標志 M BOOL 顯示泵 4 是否運行 M BOOL4泵電機工頻手動啟/停 I BOOL 溫度超且低頻用于斷開 3 工 M BOOL4泵電機工頻手動啟/停 WCC M BOOL 溫度偏低標志 M BOOL4變頻 KM3 Q BOOL 溫度偏高標志 M BOOL4電機停機標志 M BOOL 延時 1S T 46 TIMER4工頻 KM4 Q BOOL 延時 1S 切 T 53 TIMER4 變后 3s 啟動 4 工 T 43 TIMER 延時 1S 切 T 51 TIMER4 變吸合后 5s 啟動變頻器 T 42 TIMER 延時 3s,3 變切 3 工 T 41 TIMERCW UDT 6 UDT 6 延時 3s 使 3 變無效 T 49 TIMERcw_vart VAT 4 運行頻率降至最低啟動頻率 I BOOLdb_mm440 DB 1 DB 1 重新啟動系統(tǒng) M BOOLDPRD_DAT SFC 14 SFC 14 最低頻率上限標志 M BOOLDPWR_DAT SFC 15 SFC 15 最低頻率下限標志 M BOOL 系統(tǒng)流程圖的設計系統(tǒng)工作過程：啟動系統(tǒng)之后系統(tǒng)中各個設備的狀態(tài)標志正常，判斷水溫是否超限，如果超限置位相應的標志位。選擇自動調(diào)節(jié)還是手動調(diào)節(jié)，如果是手動，工作人員可以手動操作泵的啟停。如果是自動系統(tǒng)按照預定的程序自動完成調(diào)節(jié)。手動和自動通過轉換開關來實現(xiàn)。圖 42 所示為系統(tǒng)自動時的總流程。自動時的溫度測算流程、頻率測算流程分別如圖 43 和圖 44 所示。圖 42 系統(tǒng)自動時的總流程的工作過程：給系統(tǒng)上電，系統(tǒng)中的各設備狀態(tài)標志正常，程序讀取實時溫度并判斷出實時溫度是否超限，如果超限置位相應的標志位，把旋轉開關選到自動檔。這樣就能執(zhí)行預先設定好的程序了。系統(tǒng)中各設備狀態(tài)標志比較實際供水溫度是否超上限或下限并置位相應的標志位比較實際供水溫度是否低于指定頻率并置位相應的標志位是否自動自動圖 42 系統(tǒng)自動時總流程圖圖 43 溫度測算流程圖工作工程：通過模擬量模塊將采集的電壓信號送到 PLC 相應的內(nèi)存中，通過相應的程序算出當前的溫度，并置位相應的標志位。P I W 7 5 2 → M W 2 0實際溫度是否低于給定值否否是是置溫度低于下限標志實際溫度是否高于給定值置溫度高于上限標志 置溫度正常標志圖 43 溫度測算流程圖圖 44 頻率測算流程圖的工作過程：將采集到的頻率信號送入 PLC 內(nèi)存中，并判斷是否超限，如果頻率低于下限值使 得點并送入上位機顯示，頻率高于于上限值使 得點 得電，變頻器工作。Q 0 . 0 得電變頻器上電M 4 . 6 得電 ， 送最頻率標志到上位機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 ， 送最低頻率標志到上位機是否圖 43 頻率測算流程圖 上位機人機接口 Wincc 監(jiān)控畫面的設計上位機人機接口監(jiān)控畫面的設計采用 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等先進技術，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化（TIA）產(chǎn)品的技術先進和無縫集成的特點。WINCC 基本系統(tǒng)由變量管理器、圖形編輯器、報警記錄、變量歸檔、報表編輯器、全局腳本、文本庫、用戶管理器、交叉引用表九部分構成。對于本監(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)及手動方式畫面。 圖 44 為恒溫供水系統(tǒng)初始畫面能選擇整個供水系統(tǒng)的運行方式即手動和自動方式。圖45 為恒溫供水系統(tǒng)自動控制主畫面，在初始畫面中點擊“歡迎進入自動主畫面”進入恒溫供水系統(tǒng)自動控制主畫面，點擊相應的按鈕可進入相應的畫面，可進入供水系統(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)控過程中及時發(fā)現(xiàn)狀況，可以及時準確的通知現(xiàn)場值班人員進行其他操作。電氣接線圖把系統(tǒng)的成套裝置、設備或裝置的鏈接關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 為手動控制畫面，可以直觀的反應電機的運行狀態(tài)。圖 44 恒溫供水系統(tǒng)運行主畫面圖 45 恒溫供水系統(tǒng)自動控制主畫面圖 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)手動控制主畫面 本章小結本章從程序設計理論著手，畫出了程序功能圖和系統(tǒng)自動控制過程列表，并對程序設計作了具體說明，根據(jù)以上理論，設計出了程序梯形圖，并做出了 wincc 上位機組態(tài)畫面。程序根據(jù)變頻器頻率信號是否到達上限或下限來確定是否進衍加泵或減泵，如變頻器頻率信號到達下限就進行加泵，如變頻器頻率信號到達上限就進行減泵，程序根據(jù)是否在同一狀態(tài)持續(xù)運行一定時間來確定換泵運行。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，還保持每臺泵運行時間相當，不致于某一泵長時間不運行而銹死。對于水壓控制環(huán)節(jié)而言，PID 控制是一種簡單有效的控制方法。本章結合供水系統(tǒng)的運行特征總結了 PID參數(shù)對 PID 算法的影響，分析了德國 SIMENS 公司的 s7300 系列 CPU314C2DP 中的 PID 算法的離散化實現(xiàn)方法，并運用該方法設計了一個用于溫度控制環(huán)節(jié)的 PD 控制器。本文結合對西門子 S7300 系列 PLC 的 PID 模塊，對模擬 PID 公式進行離散化處理，闡明了數(shù)字 PID 控制器的設計過程。運用 PLC 配套的 STEP 7Micro／Win 編程軟件設計了一個用于供水系統(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)試本次設計用到的軟件是 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，并調(diào)試令其正常； (4)在 PLC 工作的條件下，采集溫度信號，并調(diào)試使其處于正常工作范圍； (5)在溫度信號正常的條件下，將其送入變頻器內(nèi)部，設置 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)正常設計，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。 本章小結系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)投入運行中一個重要環(huán)節(jié)，主要包括 PLC 程序調(diào)試與運行，變頻器參數(shù)的設置，PID 參數(shù)調(diào)整運行等。試驗表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠而且經(jīng)濟性強。6 全文總結在這次設計中首先確定了變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)的設計方案，主要是針對實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速，從而改變水泵工作點來達到調(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)自動切換到小容量的輔助泵運行，以進一步節(jié)能降耗，提高節(jié)能效果。在確定方案后，我對系統(tǒng)的硬件部分進行了設計，并對系統(tǒng)的主電路和控制電路的硬件進行了選型。其中，主電路中包括水泵、電動機、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、轉換開關和溫度變送器的選型。在軟件設計方面，我首先確定了本次設計中算選用了 PID 算法。再從程序設計理論著手，畫出了系統(tǒng)流程圖，并對程序設計作了具體說明，根據(jù)以上理論，運用 STEP7300 軟件設計出了程序梯形圖，并做出了 WINCC 上位機組態(tài)畫面。程序根據(jù)變頻器頻率信號是否到達上限或下限來確定是否進行加泵或減泵，如變頻器頻率信號到達下限就進行加泵，如變頻器頻率信號到達上限就進行減泵，程序根據(jù)是否在同一狀態(tài)持續(xù)運行一定時間來確定換泵運行。保持每臺泵運行時間相當，防止某一泵長時間不運行而銹死。在完成了硬件和軟件的設計之后，我對系統(tǒng)進行了調(diào)試，這是系統(tǒng)投入運行中一個重要環(huán)節(jié)，主要包括 PLC 程序調(diào)試與運行，變頻器參數(shù)的設置， PID 參數(shù)調(diào)整運行等。試驗表明系統(tǒng)穩(wěn)定可靠而且經(jīng)濟性強。變頻調(diào)速恒溫供水系統(tǒng)實現(xiàn)水泵電機無級調(diào)速，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，在用水量發(fā)生變化時保持水溫恒定以滿足用水要求。隨著新型軟件的開發(fā)，自動恒溫供水系統(tǒng)具有的標準的通訊接口，可與城市供水系統(tǒng)的上位機聯(lián)網(wǎng)，實現(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)濟運行的手段。系統(tǒng)的控制裝置采用 PLC 控制器，可實現(xiàn)泵組的邏輯控制、系統(tǒng)的數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)功能，并可對系統(tǒng)中的各種運行參數(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控，但本文對系統(tǒng)遠程監(jiān)控工作未作詳細講解，這是下一步研究的重點