【正文】 4. 熟悉了軟件的設(shè)計過程，對于書本所學(xué)的軟件工程中的模塊化等思想有了更為深刻的了解 5. 熟悉 了人機界面，通過對臺達(dá)的人機界面軟件的操作，了解了人機界面的制作和使用方法。 3. 完成了硬件開發(fā)，通過對硬件的選擇，了解了硬件的各種參數(shù)對系統(tǒng)的影響。 2. 熟悉了 PLC 的基礎(chǔ)知識，對 PLC 的組成，特點，工作原理等有了更深刻理解。 通過這次系統(tǒng)的設(shè)計， 我學(xué)到了不少的知識，積累了許多寶貴的經(jīng)驗，鍛煉自己的動手能力，學(xué)會了系統(tǒng)的開發(fā)和研究。該系統(tǒng)利用單臺變頻器實現(xiàn)多臺水泵電機的調(diào)速，擯棄了原有的自耦降壓啟動裝置。 2畫面的傳送 面制作好以后，將畫面進行編譯，編譯通過后就可以通過通信電纜將應(yīng)用傳送給觸摸屏。 畫面 6如圖所示 在畫面 6中， PID 調(diào)節(jié)，這些按鈕都是 數(shù)值輸入型按鈕，通過 它們可以很輕松的調(diào)節(jié)水壓，比例時間，積分時間，微分時間。 畫面 5如圖所示 在畫面 5中，主要是歷史趨勢圖，通過它可以了解一段時間內(nèi)的小區(qū)用水情況，對于工作人員把握小區(qū)的用水規(guī)律有一定的幫助。這些按鈕主要是在電機出現(xiàn)故障或者定期檢修的時候，用來手動控制三臺電機。這個按鈕是用來返回主畫面的。 例如按下手動控制就可以轉(zhuǎn)入畫面 2，從而可以手動控制各臺電機。 畫面 1 如圖所示 在畫面 1 中，主要設(shè)置六個功能按鈕，它們分別是啟動系統(tǒng)、手動控制、 消防供水、生活供水、水壓歷史趨勢圖、 PID調(diào)節(jié)。 其中畫面 1是實現(xiàn)主要功能的主畫面，其余 5幅是實現(xiàn)子功能的子畫面。 37 四、和 PLC 動態(tài)資料無關(guān)只當(dāng)屏幕背靜顯示：例如靜態(tài)文字、刻度等 在本系統(tǒng)中， 綜合運用了 這四種元件 ，其中畫面 畫面 2 主要 是第 1 種元件，畫面 3，畫面 4應(yīng)用的 主要 是第 2種元件，畫面 5 主要 應(yīng)用了第 3種元件，而每幅畫面中標(biāo)題是應(yīng)用了第 4 種元件。兼有屏幕觸摸按鍵功能及狀態(tài)顯示功能者 二、和屏幕 按鍵無關(guān)但和 PLC 動態(tài)資料有關(guān)的：例如指示燈、儀表等只有 PLC動態(tài)顯示有關(guān) 三、和 PLC 動態(tài)資料及人機緩沖區(qū)有關(guān)；例如歷史趨勢圖。使用者都必須先使用HMI 的畫面組 態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過 PC機和 HMI 產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到 HMI 的處理器中運行。根據(jù) HMI 的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用 8位、16 位、 32 位的處理器。它由硬件和軟件兩部分組成。一旦消防供水結(jié)束，系統(tǒng)可由人工切換至生活供水狀態(tài)。此時，工作人員可以手動切除任何一臺水泵，檢修完畢以后，只要取消手動控制，系統(tǒng)將回到原來的自動運行狀態(tài)。如果系統(tǒng)中一臺水泵發(fā)生故障，則系統(tǒng)會發(fā)出報警信號，并且切除該水泵，其它水泵正常運行。如果變頻器不能正常工作，則轉(zhuǎn)入全自動運行狀態(tài)，此時系統(tǒng)將切除變頻器以便工作人員進行檢修。如果系統(tǒng)在該方式下運行，水泵只有工頻運行和停止兩種狀態(tài)。 如果變頻器不能正常工作，系統(tǒng)將全自動運行，水泵工作在工頻狀態(tài)，壓力傳感器采樣后將數(shù)據(jù)傳送給 PLC，分析是否在控制范圍以內(nèi)，如果是，系統(tǒng)狀態(tài)不變，否則改變狀態(tài)超過上限，就切除水泵，如果超過下限，就變頻啟動下一臺水泵。當(dāng)一臺水泵在工頻下運行時仍達(dá)不到控制要求時，延時后變頻器控制對 象切換到下一臺水泵，同時保證這臺水泵維持在工頻運行，下一臺水泵則變頻啟動，過程如上。 23 確 定 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)I / O 地 址 分 配程 序 設(shè) 計 硬 件 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計調(diào) 試 程 序聯(lián) 機 調(diào) 試輸 入 輸 出 設(shè)備 和 P L C 布 線滿 足 要 求 ?檢 查 硬 件 接 線檢 查 修 改 程 序分 析 控 制 任務(wù)滿 足 要 求 ?存 儲 程 序現(xiàn) 場 安 裝調(diào) 試YN NYN PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟 程序 設(shè)計 系統(tǒng)總體工作流程 在系統(tǒng)開始運行之前，系統(tǒng)先將管壓參數(shù) SP 傳給 PLC、變頻器。 ，將編寫的軟件下載到 PLC中進行調(diào)試。在根據(jù)流程圖編寫 PLC 梯形圖程序。 ，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和輸入輸出的確定 PLC 的 I/O 地址分配。 2． 確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是 指確定 PLC 的型號、變頻器的型號、水泵的型號，還有它們之間的工作方式。分析機械設(shè)備和電氣設(shè)備之間的關(guān)系和控制要求。 下面就詳細(xì)敘述。這是整個系統(tǒng)開發(fā)的重點，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)都依靠它。輸出信號主要包括 三臺水泵的運行信號 ,故障信號等 。 FR1，F(xiàn)R2， FR3 分別為三臺電機過載保護用的熱繼電器； QS1， QS2， QS3， QS4 分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器， VVVF 為變頻 19 器。 具體的 主電路 如圖所示 ,為了檢修，替換的方便， 系統(tǒng) 采用 三臺 性能 相同的異步電機， 這 三臺電機分別為 M1， M2， M3 。 具體配置如表 3 所示 表 3 EM235 配置 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 OFF ON OFF OFF ON ON 0～ 5V 硬件設(shè)計 主電路 設(shè)計 在硬件系統(tǒng)設(shè)計中 ,采用一臺變頻器連接 3臺異步電機的方式 ,每臺電機都通過兩個接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相連。開關(guān) 4和 5可以用來設(shè)置增益，開關(guān) 1， 2 和 3用來設(shè)置衰減。 18 1 5 1 4 3 20 0 00L S B數(shù) 據(jù) 1 2 位0單 極 性 數(shù) 據(jù)0 0 0 00L S B341 5數(shù) 據(jù) 1 2 位雙 極 性 數(shù) 據(jù)M S BM S B112 EM235 數(shù)據(jù)格式 EM235 的配置 EM235 可以通過開關(guān) 1 到 6 選擇模擬量輸入范圍和分辨率 。對于雙極性數(shù)據(jù)，存儲單元（ 2個字節(jié)）的低 4 位均為 0 數(shù)據(jù)值的 12位（雙極性數(shù)據(jù)）是存放在第 4～ 15 位區(qū)域。電壓輸出最大驅(qū)動最小為 5000Ω ，電流輸出最大驅(qū)動最大為 500Ω。該 模塊需要 DC24V 供電，也可由 CPU 模塊的傳感器電源 DC24V/400mA 供電，還可以使用外部電源供電。 該輸出模塊可以是電壓信號，也可以是電流信號，電壓輸出為 10～ +10V，電流輸出為 0～ 20mA。輸入阻抗≥ 12V。 該模塊的輸入值為只讀數(shù)據(jù)。 EM235 具有 4個模擬量輸入通道、 1個模擬量輸出通道。 模擬 量 擴展模塊的選擇 由于本系統(tǒng)有 模擬輸入量和模擬輸出量，所以用到模擬輸入輸出模塊。該 CPU 模塊具有 24個數(shù)字輸入端口， 16個數(shù)字輸出端口和 7 個擴展模塊數(shù)量。 PLC 和上位機的 通信采 PC/PPI 電纜，支持點對點 (PPI）協(xié)議 。 S7200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，具有較高的性價比，廣 對較少，因此 PLC 選用德國 SIEMENS 廣 泛用于小型控制 17 系統(tǒng)。該公司的產(chǎn)品適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)視及控制的自動化。 PLC 的電源一般采用開關(guān)電源，其特點是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾強。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各部分單元所需的電源。編程器有簡易型和智慧型兩類。 4編程器 編程器是 PLC 的重要外部設(shè)備。所有的輸入、輸出單元均帶有光耦合電路，其目的是把 PLC 與外界隔離開來，以提高 PLC 的抗干擾能力。 3輸入輸出單元（ Input/Output Unit） 輸入、輸出單元是可編程序控制器的 CPU 與現(xiàn)場輸入、輸出裝置或其他外部設(shè)備之間的連接接口部件。數(shù)據(jù)區(qū)包括輸入、輸出數(shù)據(jù)映像寄存區(qū)，定時器、計數(shù)器的預(yù)置值 和當(dāng)前值的數(shù)據(jù)等。再把它固化到 EPROM 中，代替 RAM 使用。用戶程序區(qū)用于存儲用戶經(jīng)編程器輸入的程序。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)監(jiān)視程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序模塊、系統(tǒng)調(diào)用管理等程序以及各種系統(tǒng)參數(shù)等。 1 系統(tǒng)存儲器用于存放 PLC 生產(chǎn)廠商編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 PROM 或 EPROM存貯器中，用戶不可訪問和更改。對于大型 PLC，大多數(shù)采用高速位片式微處理器，它具有高靈敏性，速度快、效率高的優(yōu)點。一般來說，小型 PLC 大多采用 8位微處理器或單片機作為 CPU，如 ZA80A， 8085， 8031 等，具有價格低，普及通用性好等優(yōu)點。其主要任務(wù)有：控制從編程器輸入的用 戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲；用掃描的方式通過輸入部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入映像寄存器或數(shù)據(jù)存儲器中；診斷電源、 PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等； PLC 進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進行數(shù)據(jù)傳遞、邏輯運算或數(shù)字運算等；根據(jù)運算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)由輸出部件實現(xiàn)輸出、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。微處理器是 PLC 的運算和控制中心，由它實現(xiàn)邏輯運算、數(shù)字運算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。所以 PLC與計算機控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入輸出接口、電源等。 K：電流波形的修正系數(shù) (PWM 方式取 ～ ) PCN：變頻器的額定容量 (KVA) ICN：變頻器的額定電流 (A) 式中 IM 如按電動機實際運行中的最大電流來選擇變頻器時，變頻器的容量可以適當(dāng)縮小。 1變頻器容量的計算 由于變頻器傳給電動機的 電流 是脈沖電流，其脈動值比工頻供電時電流要大 ，因此選擇 變頻器 的容量 要 留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊＿x擇變頻器容量時，變頻器的額定電流是一個關(guān)鍵量，變頻器的容量應(yīng)按運行 過程中可能出現(xiàn)的最大工作電流來選擇。 假設(shè) 小區(qū)給水泵站的管路總的長度為 L=3000m，吸水井最低水位與最不利點地 形高差 HST=1m，自由水壓 =25m，在最大流量時從泵站至最不利點的管路水頭損失 ∑ h=，安全水頭