【正文】 在此，對所有給予我?guī)椭耐瑢W表示衷心的感謝。在這半年的畢業(yè)設計的過程中，我還得到了本組同學、本班同學的大力幫助，我們一起學習，一起探討問題、解決問題。高老師淵博的學識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，務實的工作作風都深深地影響著我，并將成為我以后學習和工作的榜樣。在我做畢業(yè)設計的過程中得到了高老師的悉心指導。在以后的學習和生活中，我會不斷的提高、充實自己，爭取獲得更大的成績。比如：在硬件設備之間的連接，I/O端口的分配，地址的分配這幾方面自己起初不是很了解，但經(jīng)過這半年的自學，以及向老師、同學們請教，我對這些知識有了更深入的理解。通過本次畢業(yè)設計，不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。(3) 對上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進行了設計。通過變頻器實現(xiàn)對三相水泵電機的軟啟動，由電動機的變頻調速實現(xiàn)對水壓的調節(jié)。本文主要的工作如下：(1) 由PLC、變頻器實現(xiàn)生活用水的恒壓控制。壓力變送器采樣管網(wǎng)壓力信號經(jīng)PID處理傳送給變頻器，變頻器根據(jù)壓力大小調節(jié)電機轉速，通過改變水泵性能曲線來實現(xiàn)水泵的流量調節(jié)，保證管網(wǎng)壓力恒定。 城市小區(qū)恒壓供水系統(tǒng)監(jiān)控界面山東科技大學學士學位論文 結束語6 結束語本文針對城市小區(qū)供水的特點，設計開發(fā)了一套基于PLC的變頻恒壓供水自動控制系統(tǒng)。通過主菜單界面可以調用不同的界面，也可根據(jù)需要在系統(tǒng)運行主界面中改變壓力給定值。 監(jiān)控系統(tǒng)界面在本系統(tǒng)中，根據(jù)需要共開發(fā)了5個界面，包括啟動界面(包含系統(tǒng)所有菜單)、系統(tǒng)運行主界面、歷史和實時趨勢曲線、數(shù)據(jù)報表、報警界面。(3) 編寫控制流程程序雙擊工程瀏覽器左邊窗口“\文件\命令語言\應用程序命令語言”進行編程。 定義變量對話框 組態(tài)畫面(1) 建立新畫面單擊工程瀏覽器左側的“畫面”圖標，雙擊工作區(qū)“新建…”圖標，彈出“新畫面”對話框，輸入名稱點擊確定進入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。雙擊最下面的“新建…”圖標，彈出“定義變量”對話框（），開始定義輸入輸出變量。 串行通信接口參數(shù)設置選中“COM1”后，雙擊右側工作區(qū)出現(xiàn)的“新建…”圖標，在出現(xiàn)的對話框的“PLC”文件夾中選擇西門子的S7200系列，通信協(xié)議為PPI（），設置好單擊“下一步”直至“完成”，這樣在右側會出現(xiàn)剛生成的“新IO設備”圖標，通信設置結束。 監(jiān)控系統(tǒng)的設計 組態(tài)王的通信參數(shù)設置本設計中用S7200的PPI編程電纜實現(xiàn)計算機與CPU模塊的通信。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場過程圖形畫面；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于實時存儲現(xiàn)場控制點的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應用程序交換數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需的控制策略。 加入純滯后環(huán)節(jié)后的仿真波形圖從圖中不難看出，系統(tǒng)的調節(jié)時間較快，且能輸出穩(wěn)定的壓力信號，完全符合設計的要求。step(s)。sk=s1*s2*50。當時， () ()計算的：，PI控制器的傳遞函數(shù)為：用matlab軟件仿真，編程如下：s1=tf(2,[300,1])。 恒壓供水系統(tǒng)結構框圖由于本設計對壓力控制的要求較高，故選擇PI控制器，其傳遞函數(shù)為： （）本系統(tǒng)可近似為帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，假設其過程傳遞函數(shù)為；變頻器可近似為一個比例環(huán)節(jié)，即；反饋回路傳遞函數(shù)為。 PID參數(shù)整定控制器參數(shù)整定的方法很多，歸納起來可分為兩大類：理論計算整定法與工程整定法，常用的工程整定法有：動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、阻尼振蕩法和現(xiàn)場經(jīng)驗整定法，本設計選用的是動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調節(jié)閥WV(s)、被控對象WO(s)和測量變送Wm(s)）階躍響應特性進行近似計算的方法[17]。水泵由初始狀態(tài)向管網(wǎng)進行恒壓供水，供水管網(wǎng)從初始壓力開始啟動水泵運行，至管網(wǎng)壓力達到穩(wěn)定要求時經(jīng)歷兩個過程：首先是水泵將水送到管網(wǎng)中，這個階段管網(wǎng)壓力基本保持初始壓力，這是一個純滯后的過程；其次是水泵將水充滿整個管網(wǎng)，壓力隨之逐漸增加直到穩(wěn)定，這是一個大時間常數(shù)的慣性過程；然而系統(tǒng)中其他控制和檢測環(huán)節(jié)，例如變頻環(huán)節(jié)、繼電控制轉換、壓力檢測等的時間常數(shù)和滯后時間與供水系統(tǒng)的時間常數(shù)和滯后時間相比可忽略不計，均可等效為比例環(huán)節(jié)。實際控制中多采用增量式PID控制算法，其表達式為： （）式中：為調節(jié)器輸出的控制增量；；。數(shù)字PID控制算法是通過對式()離散化來實現(xiàn)的。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調量的振蕩，減小超調量，加快系統(tǒng)響應時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。相應的傳遞函數(shù)形式： （）PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調節(jié)規(guī)律如下：(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差e(t)一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Kp的增大而減少，比例系數(shù)過大將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成，圖中u(t)為PID調節(jié)器輸出的調節(jié)量。具有理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等優(yōu)點。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivative(微分)控制方式，稱之為PID控制。 初始化子程序SBR_0梯形圖(2) PID控制中斷子程序首先將由AIW0輸入的采樣數(shù)據(jù)進行標準化轉換，經(jīng)過PID運算后，再將標準值轉化成輸出值，由AQW0輸出模擬信號。在初始化PID控制的各參數(shù)（Kc、Ts、Ti、Td），各參數(shù)的取值將在下一節(jié)中詳細介紹。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主程序流程圖 2泵變頻運行控制流程圖 2泵工頻運行控制流程圖 控制系統(tǒng)子程序設計(1) 初始化子程序SBR_0首先初始化變頻運行的上下限頻率，在第二章水泵切換分析中已說明水泵變頻運行的上下限頻率分別為50HZ和20HZ。泵為例的變頻運行控制流程圖，泵為例的工頻運行控制流程圖。詳細的主程序梯形圖請參考附錄C。故障發(fā)生后重新設定變頻泵號和工頻泵運行臺數(shù)，在故障結束后產(chǎn)生故障結束脈沖信號。當故障信號產(chǎn)生時，相應的指示燈會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象，同時報警電鈴響起。產(chǎn)生當前泵工頻運行啟動脈沖后，若當前2泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于0，或者當前3泵處于變頻運行狀態(tài)且工頻泵數(shù)大于1，KM1線圈得電，使得KM1常開觸點閉合，1水泵工頻運行，同時KM1常閉觸點打開防止KM2線圈得電，從而實現(xiàn)變頻和工頻之間實現(xiàn)良好的電氣互鎖，KM1的常開觸點還可實現(xiàn)自鎖功能。(5) 各水泵工頻運行控制邏輯程序水泵的工頻運行不但取決于變頻泵的泵號，還取決于工頻泵的臺數(shù)。(4) 各水泵變頻運行控制邏輯程序各水泵變頻運行控制邏輯大體上是相同的，現(xiàn)在只以1水泵為例進行說明。(3) 水泵的軟啟動程序增減泵或倒泵時復位變頻器為軟啟動做準備，同時變頻泵號加一，并產(chǎn)生當前泵工頻啟動脈沖信號和下一臺水泵變頻啟動脈沖信號，延時后啟動運行。在初始化后緊接著要設定白天/夜間兩種供水模式下的水壓給定值以及變頻泵泵號和工頻泵投入臺數(shù)。(1) 系統(tǒng)初始化程序在系統(tǒng)開始工作的時候，先要對整個系統(tǒng)進行初始化，即在開始啟動的時候，先對系統(tǒng)的各個部分的當前工作狀態(tài)進行檢測，如出錯則報警，接著對變頻器變頻運行的上下限頻率、PID控制的各參數(shù)進行初始化處理，賦予一定的初值，在初始化子程序的最后進行中斷連接。PLC控制程序由一個主程序、若干子程序構成，程序的編制在計算機上完成，編譯后通過PC/PPI 電纜把程序下載到PLC，控制任務的完成，是通過在RUN模式下主機循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。梯形圖(LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應用最多的一種編程語言，與計算機語言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內部的結構原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設計和運行維護人員所接受，是初學者理想的編程工具。該軟件的SIMATIC指令集包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD)語言、功能塊圖(FWD)語言[14]。白天、夜間模式的給定壓力值不同，兩個恒壓值是采用數(shù)字方式直接在程序中設定的。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID控制的定時采樣及輸出控制。(3) 程序的結構及程序功能的實現(xiàn)由于模擬量單元及PID調節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。具體的操作是：將現(xiàn)行運行的變頻器從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。(2) 多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動電動機均為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運要有個管理規(guī)范。這一功能可通過比較指令實現(xiàn)。山東科技大學學士學位論文 系統(tǒng)的軟件設計4 系統(tǒng)的軟件設計 系統(tǒng)軟件設計分析硬件連接確定之后，系統(tǒng)的控制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結合泵站的控制要求，對泵站軟件設計分析如下：(1) 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量管理為了恒定水壓，在水壓降落時要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺水泵工作不能滿足恒壓要求時，需啟動第二臺水泵。 只是簡單的表明PLC及擴展模塊的外圍接線情況，并不是嚴格意義上的外圍接線情況。本變頻恒壓供水系統(tǒng)有11個數(shù)字量輸出信號和1個模擬量輸出信號。 輸入輸出點代碼及地址編號名 稱代 碼地址編號輸入信號供水模式信號(1白天，0夜間)SA1水池水位上下限信號SLHL變頻器報警信號SU試燈按鈕SB7壓力變送器輸出模擬量電壓值UpAIW0輸出信號1泵工頻運行接觸器及指示燈KMHL11泵變頻運行接觸器及指示燈KMHL22泵工頻運行接觸器及指示燈KMHL32泵變頻運行接觸器及指示燈KMHL43泵工頻運行接觸器及指示燈KMHL53泵變頻運行接觸器及指示燈KMHL6輸出信號水池水位上下限報警指示燈HL7變頻器故障報警指示燈HL8白天模式運行指示燈HL9報警電鈴HA變頻器頻率復位控制KA變頻器輸入電壓信號UfAQW0，畫出PLC及擴展模塊外圍接線圖，： PLC及擴展模塊外圍接線圖本變頻恒壓供水系統(tǒng)有五個輸入量，其中包括4個數(shù)字量和1個模擬量。(5) 系統(tǒng)要有完善的報警功能。(3) 考慮節(jié)能和水泵壽命的因素，各水泵切換遵循先啟先停、先停先啟原則。(2) 在用水量小的情況下，如果一臺水泵連續(xù)運行時間超過3h，則要切換下一臺水泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺水泵工作時間過長。 PLC的I/O端口分配及外圍接線圖基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)設計的基本要求如下：(1) 由于白天和夜間小區(qū)用水量明顯不同，本設計采用白天供水和夜間供水兩種模式，兩種模式下設定的給定水壓值不同。同理，3水泵的控制原理也是如此。水泵工頻運行信號，水泵變頻運行信號，KM1線圈得電，1水泵工頻運行指示燈HL1點亮，同時KM1的常閉觸點斷開，實現(xiàn)KMKM2的電氣互鎖。（2）自動控制：在正常情況下變頻恒壓供水系統(tǒng)工作在自動狀態(tài)下。只有當SB2按下時才會切斷電路，KM1線圈失電，電機M1停止運行。單刀雙擲開關SA打至1端時開啟手動控制模式，此時可以通過開關分別控制三臺水泵電機在工頻下的運行和停止。 變頻恒壓供水系統(tǒng)控制電路圖注：PLC各I/O端口、各指示燈所代表含義在下一節(jié)I/O端口分配中將詳細介紹。對變頻器頻率進行復位是只提供一個干觸發(fā)點信號，本系統(tǒng)通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復頻控制。手動運行時，可用按鈕SB1~SB6控制三臺水泵的啟/停；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。本系統(tǒng)采用西門子公司S7200系列PLC，它體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強，性能優(yōu)越。當采用手動控制時，必須采用自耦變壓器降壓啟動或軟啟動的方式以降低電流，本系統(tǒng)采用軟啟動器。系統(tǒng)啟動、運行和停止的操作不能直接斷開主電路(如直接使熔斷器或隔離開關斷開)，而必須通過變頻器實現(xiàn)軟啟動和軟停。初始運行時，必須觀察電動機的轉向，使之符合要求。同時可以通過通過轉換開關接電壓表顯示線電壓。同樣從工頻轉為變頻時，也必須先將工頻接觸器斷開，才允許接通變頻器輸出端接觸器，所以KM1和KMKM3和KMKM5和KM6絕對不能同時動作，相互之間必須設計可靠的互鎖。變頻和工頻兩個回路不允許同時接通。當電機工頻運行時，連接至變頻器的隔離開關及變頻器輸出端的接觸器斷開，接通工頻運行的接觸器和隔離開關。因此在同一時間內只能有一臺水泵工作在變頻下，但不同時間段內三臺水泵都可輪流做變頻泵。接觸器KMKMKM5分別控制MMM3的工頻運行；接觸器KMKMKM6分別控制MMM3的變頻運行；FRFRFR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QSQSQSQS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關；FU為主電路的熔斷器。綜合以上因素：本設計選擇淄博丹佛斯公司生產(chǎn)的型號為DS26分體式液位變送器，其量程為：0m~200m，適用于水池、深井以及其他各種液位的測量；零點和滿量程外部可調；供電電源：24VDC；輸出信號：兩線制4~20mADC精度等級：。 液位變送器選型考慮到水泵電機空載時會影響電機壽命，因此需要對水池水位作必要的檢測和控制。根據(jù)以上的分析，本設計中選用普通壓力表Y100和XMT1270數(shù)