【正文】 heating thermostats.In contrast, the PID controller would receive input as the actual temperature and control a valve that regulates the flow of gas to the heater. The PID controller automatically finds the correct (constant) flow of gas to the heater that keeps the temperature steady at the set point. Instead of the temperature bouncing back and forth between two points, the temperature is held steady. If 。在畢業(yè)之際還要感謝教過我的老師們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中給我的幫助和關(guān)心，還有和我朝夕相處的同學(xué)們，對(duì)他們給的幫助送上我最深的祝福。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和論文的撰寫是在馬老師的悉心指導(dǎo)下才完成的，馬老師知識(shí)淵博，每周不辭辛苦的都為我們指導(dǎo)和講解，尤其是在最后的調(diào)試過程中，更是耐心的指導(dǎo)我們。以前對(duì)這方面的知識(shí)了解的很少，但是通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)它有了深刻的認(rèn)識(shí)，雖然達(dá)不到專業(yè)水平，但也覺得有巨大的收獲，也提高了自己自學(xué)的能力。謝辭這半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程里，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助下得以順利完成。當(dāng)前的PLC內(nèi)部都有PID向?qū)Ш妥哉ǖ膮?shù)調(diào)節(jié)方式，這就為我們解決了應(yīng)用PID所面臨的最大問題，所以現(xiàn)在GPRS+PLC的控制方式適用性很強(qiáng)。本系統(tǒng)在溫度和壓力控制方面主要運(yùn)用了PID控制方式，現(xiàn)場(chǎng)利用傳感器采集溫度壓力值，將其轉(zhuǎn)換為420mA PLC模擬量擴(kuò)展模塊能接收的數(shù)值，再通過D/A轉(zhuǎn)換，送給PLC的PID運(yùn)算模塊，將系統(tǒng)的采樣值與給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，輸出一個(gè)合適的偏差值作為輸出控制系統(tǒng)里的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到溫度和壓力的控制目的。8 結(jié)論本系統(tǒng)通過西門子的S7200 PLC對(duì)小區(qū)換熱站的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集，并采用當(dāng)前應(yīng)用廣泛的GPRS無線通訊業(yè)務(wù)將六個(gè)小區(qū)的換熱站參數(shù)和監(jiān)控室的上位機(jī)進(jìn)行通信，這里應(yīng)用了通用組態(tài)軟件來完成上位機(jī)方面。（2）溫度受外界環(huán)境的干擾性比較大，當(dāng)陰天或天氣出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)，就會(huì)對(duì)溫度控制造成很大的影響。（1）由于溫度控制是一個(gè)慣性很大的系統(tǒng)，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的滯后性比較大，調(diào)節(jié)時(shí)間很長。（2）在運(yùn)行之前必須要把PLC程序編譯下載，點(diǎn)擊運(yùn)行后一定要關(guān)閉S7200的程序窗口，這樣才能正常的運(yùn)行組態(tài)軟件。還有就是溫度報(bào)警調(diào)試就是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用指示燈來表示從PLC內(nèi)部單元里的溫度報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度高于一定的值后指示燈就會(huì)亮，同時(shí)組態(tài)界面上的報(bào)警指示燈也亮起。經(jīng)過在運(yùn)行過程中采集數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，溫度沒升高一度的數(shù)字量大概為240，所以可以計(jì)算出實(shí)際的溫度值。如果要看通道是否連接正常了可以點(diǎn)開設(shè)備調(diào)試界面，在連接正常的通道會(huì)顯示1或具體的數(shù)值，通道連接設(shè)置如圖76所示。首先要在組態(tài)軟件的設(shè)備窗口內(nèi)添加通訊窗口父設(shè)備，然后選擇西門子的S7200系列的PLC作為子設(shè)備。在調(diào)試過程中是給定AIW4一個(gè)模擬信號(hào)，來調(diào)節(jié)給定模擬量當(dāng)PLCVD466里的值超過設(shè)定的上限或下限值后，就由PLC輸出報(bào)警信息，使試驗(yàn)臺(tái)上的報(bào)警指示燈亮，同時(shí)組態(tài)界面上的報(bào)警指示燈的變綠，液位處理程序如圖74所示。（3）量的調(diào)整主要是液位報(bào)警信息和流量的顯示，將PLC內(nèi)部存儲(chǔ)單元和組態(tài)軟件里的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建立連接后，主要解決的問題也是數(shù)值的轉(zhuǎn)換。壓力調(diào)整的手動(dòng)方式也是要解決數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將組態(tài)界面的手動(dòng)滑塊和PLC的量程對(duì)應(yīng)好。2%，溫度控制本身就屬于惰性系統(tǒng)會(huì)存在一定的慣性和誤差，過比較可以滿足系統(tǒng)的控制要求，調(diào)整結(jié)果如圖72所示。圖71 參數(shù)自整定在經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的自整定后，PID自整定出了一組參數(shù)，微分參數(shù)為0。為用戶提供的參數(shù)值，如果用戶覺得不符合要求，也可以在這些參數(shù)的基礎(chǔ)上，點(diǎn)擊手動(dòng)調(diào)節(jié)改變參數(shù)值。在程序運(yùn)行的過程中打開工具里的PID控制面板，點(diǎn)擊界面上的自動(dòng)整定，系統(tǒng)就開始進(jìn)入自行整定的過程，經(jīng)過一段時(shí)間的整定，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的找出一組比較適合此系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)值，整定時(shí)間會(huì)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況而定，有的一個(gè)小時(shí)，有的需要幾個(gè)小時(shí)。對(duì)于PID三個(gè)參數(shù)的整定在本系統(tǒng)里采用的是西門子S7200 PLC里的PID自整定的方式，PID的三個(gè)參數(shù)既是互相獨(dú)立又是互相影響的，而且設(shè)置過程很復(fù)雜。（1）進(jìn)行溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的時(shí)候主要是對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行整定，此系統(tǒng)可以借用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的溫度模塊PT100來進(jìn)行調(diào)試。模擬量模塊接線連完后，然后把報(bào)警信號(hào)燈和系統(tǒng)開關(guān)等按照數(shù)字量模塊得接線要求把線接好。調(diào)試的過程中分了三個(gè)部分：接線，程序分步調(diào)試，與組態(tài)相連[14]?？梢詫LC采集的各個(gè)參數(shù)通過GPRS無線數(shù)據(jù)通訊發(fā)送到監(jiān)控室的上位機(jī)界面上，以便實(shí)現(xiàn)工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制。 本設(shè)計(jì)用GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊將PLC采集的運(yùn)行參數(shù)傳送到上位機(jī)的MCGS組態(tài)軟件上[13]。圖64 運(yùn)行策略圖65 腳本程序設(shè)備窗口：是設(shè)置連接MCGS與外部設(shè)備通訊的窗口界面，使系統(tǒng)能與外部設(shè)備進(jìn)行良好的通訊，可以讀取和控制外部設(shè)備的運(yùn)行狀況，設(shè)備窗口設(shè)置如圖66所示。在編寫腳本程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的報(bào)警控制時(shí)，對(duì)控制流程假設(shè)：當(dāng)溫度值變大時(shí)閥門的開度相應(yīng)的變小，溫度值變小時(shí)，閥門開度變小。在編寫腳本程序時(shí)一定要注意在各語句之間用“：”分開。編寫好腳本程序后，還要在運(yùn)行策略里建立新的循環(huán)策略，把系統(tǒng)涉及到得腳本程序調(diào)用到循環(huán)策略里，設(shè)置腳本程序如圖64所示。主要完成腳本程序的編寫和循環(huán)策略的生產(chǎn)。建立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫如圖63所示。就可以在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里添加界面上的元器件對(duì)象，并對(duì)其屬性進(jìn)行設(shè)置，選擇好是開關(guān)量還是數(shù)值量，如果是數(shù)值量就得設(shè)置好其量程。圖62 換熱站的系統(tǒng)圖實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫：是MCGS的數(shù)據(jù)處理中心，用對(duì)象變量代替真正意義上的對(duì)象值系統(tǒng)的各個(gè)部分均在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫交換各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部分的協(xié)調(diào)工作。從新打開組態(tài)環(huán)境的用戶窗口，通過對(duì)系統(tǒng)的分析確定各個(gè)元器件及控制過程，在界面上的工具箱里選擇需要的各個(gè)控件，并對(duì)器件的屬性進(jìn)行設(shè)置與建立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)對(duì)象連接起來使設(shè)置的控件按照控制要求動(dòng)作[13]。 工作臺(tái)界面用戶窗口：是用戶自己定義的用來實(shí)現(xiàn)MCGS的圖形界面，是組成MCGS的基本窗口，還可以建立報(bào)表數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行曲線圖等。它就像一個(gè)大的容器可以放置很多的用戶窗口和負(fù)責(zé)這些窗口的管理調(diào)度。MCGS通用組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成[12]。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)。MCGS是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，能以靈活多樣的組態(tài)方式為用戶提供良好的用戶開發(fā)界面，具有豐富的畫面顯示組態(tài)功能。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)來完成調(diào)節(jié)動(dòng)作。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。補(bǔ)水泵是最普通的負(fù)載，對(duì)變頻器的要求也很簡單，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。（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。這種流量計(jì)是將壓力、溫度、流量信號(hào)綜合起來通過智能數(shù)字的處理后輸出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流量。可以測(cè)量介質(zhì)的溫度為–25℃～100℃，輸出420mA的電流信號(hào)。量程：0～1～150（MPa） 輸出的信號(hào)為（1）溫度傳感器pt100Pt100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]。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。圖52 系統(tǒng)的I/O分配表在本系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制中應(yīng)用了許多的傳感器來采集信號(hào)，例如溫度傳感器、壓力傳感器，流量計(jì)，液位計(jì)等?？梢酝ㄟ^模塊上的DIP開關(guān)設(shè)置來選擇輸入模式和單雙極性。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；沒有連接傳感器的通道要將X＋和X－短接。所以在這里系統(tǒng)選擇了EM235作為模擬量擴(kuò)展模塊來輔助運(yùn)行。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。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。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。要想把流量值在組態(tài)軟件的界面上顯示出來，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。圖413 補(bǔ)水箱的控制程序系統(tǒng)在對(duì)流量方面的控制沒有具體的要求，只是要在一次的供水網(wǎng)側(cè)安裝一個(gè)流量計(jì)來顯示一次側(cè)的供水流量。圖412 壓力報(bào)警系統(tǒng)對(duì)于補(bǔ)水箱的液位的控制沒有特殊的要求，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)。為了防止在系統(tǒng)運(yùn)行過程中變頻器發(fā)生故障，導(dǎo)致管道壓力過大，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高時(shí)的報(bào)警系統(tǒng)。開始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)。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)過模擬量擴(kuò)展模塊的A/D轉(zhuǎn)換送到PLC的CPU內(nèi)經(jīng)過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，來控制補(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)，直接通過模擬量的輸出通道輸出給變頻器，PLC只能處理032000的數(shù)值，所以將組態(tài)軟件上的滑塊值轉(zhuǎn)換成與之成比例的數(shù)，以便通過滑塊來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。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控制變頻器的頻率信號(hào)。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。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，通過對(duì)電源的頻率進(jìn)行改變來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的變化。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式: （31）三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為： （32） 同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速： （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。對(duì)于恒壓補(bǔ)水，實(shí)際上就是利用三相電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)，來進(jìn)行補(bǔ)水。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將50HZ的工頻電源變換成另一種頻率可變的控制裝置。本系統(tǒng)用壓力傳感器，PLC和變頻器組成一個(gè)控制壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)，這樣的控制方式不僅使硬件運(yùn)行可靠，還使軟件編程更簡單。在二次管網(wǎng)中的壓力是時(shí)刻在變化的如果在這里采用恒定轉(zhuǎn)速的泵對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)水，很明顯的不能保證時(shí)刻在變化的壓力保持恒定；如果采用閥門對(duì)其進(jìn)行恒壓補(bǔ)水，會(huì)造成對(duì)電能的很大浪費(fèi)，還會(huì)使電機(jī)受到?jīng)_擊，水錘和頻繁啟動(dòng)的影響，所以在這里采用了變頻補(bǔ)水泵對(duì)其進(jìn)行隨時(shí)的補(bǔ)水保證管道壓力值恒定。通過系統(tǒng)的給定值PID會(huì)自動(dòng)的將過程量進(jìn)行處理，使其達(dá)到系統(tǒng)的給定值。圖49 PID完成界面在上面界面中點(diǎn)擊完成，生成了一個(gè)PID子程序并且完成了對(duì)PID的設(shè)置，在編寫程序時(shí)就可以在子程序里直接調(diào)用，自動(dòng)運(yùn)行情況下的程序如圖410所示。然后可以點(diǎn)擊下一步進(jìn)入下面的界面，如圖48所示。設(shè)置完成后點(diǎn)擊下一步進(jìn)入以下界面，如圖47所示。表41 采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控制量流量壓力溫度液位成分采樣周期1—53—1015—206—815—20設(shè)置完上述參數(shù)點(diǎn)擊下一步進(jìn)入下面得界面，如圖46所示。圖45 參