【正文】 同時(shí) ,通過(guò)導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔 ,再將液面 上的大氣壓 Po 與傳感器的負(fù)壓腔相連 ,以抵消傳感器背面的 Po ,使傳感器測(cè)得壓力為 :ρ . ,顯然 , 通過(guò)測(cè)取壓力 P ,可以得到液位深度 . 功能特點(diǎn) : ◆ 穩(wěn)定性好 ,滿度、零位長(zhǎng)期穩(wěn)定性可達(dá) %。 表 51 波特率設(shè)置 波特率 /（ bit/s） 切換時(shí)間 /ms 設(shè)置 波特率 /（ bit/s） 切換時(shí)間 /ms 設(shè)置 115200 110 9600 2 010 57600 111 4800 4 011 38400 000 2400 7 100 19200 1 001 1200 14 101 液位檢測(cè)傳感器 液位檢 測(cè)傳 感器 是用于 對(duì)水 位高 度的 測(cè)量， 本系 統(tǒng)設(shè) 計(jì)選 用的是CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) 如圖 59，是 基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理 ,采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳 33 感器 ,將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào) ,再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正 ,轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào) (一般為4~20mA/1~5VDC). 圖 59 CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) 適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行 業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量 .精巧的結(jié)構(gòu) ,簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式 ， 提供了 .4~20mA、 0~5v、 0~10mA 等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出 。這個(gè)時(shí)間與電纜上的 DIP 開關(guān)設(shè)定的波特率選擇有關(guān) 見表 51。當(dāng)檢測(cè)到 RS232 的發(fā)送線有字符時(shí)，電纜立即從接收模式轉(zhuǎn)換到發(fā)送模式。用于 S7200與 PC 或 DTE 設(shè)備之間的連接，支持多主 站模式，最高通訊速度可達(dá) ，如圖 58 所示 。 S7200 的通信接口為RS485，計(jì)算機(jī)可以使用 RS232C 或 USB 通信接口，因此有 RS232C/PPI 電纜 和USB/PPI 兩種電纜。此時(shí) 連接方式為 AQ0 接AIN+端，地線接 AIN端。 30 圖 55 PLC 邏輯控制連接圖 變頻器 圖 56 西門子 MicroMaster420變頻器 端口接線圖 RS232C/PPI 至 PC 主機(jī) RS232 RS485 CBM2100/CBM2700 0~10V 1~5V 1L 手動(dòng)起動(dòng) 手動(dòng)停止 SB1 L+ M 1M 2M AC 220V 故障指示燈 故障報(bào)警器 SB2 過(guò)載 AQ0 AI0 DC24V CPU 224 XP 至 西門子MicroMaster420 KM1 KM2 起動(dòng) 停止 FR 31 在本系統(tǒng)中，控制變頻器是采用 PLC 邏輯控制器輸出模擬電壓信號(hào)來(lái)對(duì)變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，進(jìn)而控制水泵的輸出量，在進(jìn)行電位器變頻調(diào)速之前是要對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)置的，設(shè)置請(qǐng)見附件 西門子 MicroMaster420 變頻器說(shuō)明書中的通過(guò)調(diào)速電位器調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。也是接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令或者參數(shù) 進(jìn)而 切換到另一運(yùn)行狀態(tài) 的最終執(zhí)行者 。與 PLC 之間只需一條通信線就可，且硬件要求也較低 如圖 53，只是 S7200 的通信接口為 RS485，計(jì)算機(jī)多為 RS232，所以得用 RS232C/PPI 電纜 。 計(jì)算機(jī)部分 計(jì)算機(jī)運(yùn)用是突顯監(jiān)控管理的，是與 PLC 邏輯控制器的之間通信的接收者，同時(shí)也是發(fā)送者，傳達(dá)人們的控制指令，呈現(xiàn)控制現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。此時(shí)，則 PLC 控制器可進(jìn)行單獨(dú) 手動(dòng) 工作，只是該工作模式參數(shù)是不能改變的，即是默認(rèn)的工作模式?？刂谱冾l器的工作情況為：若液位在 A 之上，停止供水，關(guān)閉變頻器輸出；若液位在 A 之下 ， PLC 控制變頻器輸出 驅(qū)動(dòng)水泵工作 ，再經(jīng) PID 進(jìn)行液位控制，以穩(wěn)定液位的高度。 28 圖 52 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 52 是液位控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖，其硬件的工作流程是： 首先，由電腦給PLC 邏輯控制器傳送液位控制 參數(shù) A。硬件系統(tǒng)的質(zhì)量直接反應(yīng)出系統(tǒng)性能的高低，是關(guān)系到 實(shí)現(xiàn)控制的重要設(shè)備。 PLC 編程軟件 對(duì)于系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)情況，使用 STEP 7 MicroWIN SP6 版本的編程軟件 ，對(duì)系統(tǒng)的程序部分進(jìn)行編譯調(diào)試 。 PLC 編程軟件是設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制的一個(gè)平臺(tái)，可以為設(shè)計(jì)者帶來(lái)便利，是實(shí)現(xiàn)算法的 。 管道和閥門 管道和閥門是供水網(wǎng)絡(luò)中一般少不了的，而本系統(tǒng)中的管道也就用一般的 塑料水管就行了， 閥門也選用一個(gè)合適的，在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)的。 儲(chǔ)水池 儲(chǔ)水池是一個(gè)無(wú)限大的水源地，在這里只是起一個(gè)水的無(wú)限量供給。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)容積為 1 方的水箱，用于暫時(shí)存儲(chǔ)水。 液位檢測(cè)傳感器 液位檢測(cè)傳感器是用于檢測(cè)液位的高低，將液位的情況返回給控制中心 .在本 系 27 統(tǒng)中就用 CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計(jì) ，具體原理見硬件系統(tǒng) 。 變頻器是驅(qū)動(dòng)水泵工作的一個(gè)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，所以變頻器的輸出功率必須得考慮實(shí)際情況來(lái)決定，在本系統(tǒng)中，變頻器采用西門子 MicroMaster420 變頻器。結(jié)合本設(shè)計(jì)情況，采用西門子公司的 S7— 200 系列，CPU 224XP CN 的 PLC 邏輯控制器。 系統(tǒng) 硬件 選定 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案給出之中主要使用的硬件結(jié)構(gòu)部分，硬件是整個(gè)系統(tǒng)組成的重要部分，是液位控制 系統(tǒng)功能 實(shí)現(xiàn)的“體力”執(zhí)行者 。 本設(shè)計(jì)是液位的控制，所以 液位的高低是人工給定的，且液位是一個(gè)控制范圍。 其次，再對(duì) PLC 邏輯控制器進(jìn)行編程，用于處理來(lái)自計(jì)算機(jī)和其它硬件傳送回的數(shù)據(jù) ，并根據(jù)實(shí)際情況做出適當(dāng)?shù)奶幚怼?再加上用組態(tài)王搭建的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 把各個(gè)部分的工作情況展現(xiàn) 反饋回控制中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理。水箱的出水口是根據(jù)實(shí)際需求情況來(lái)決定出水量的大小，在用水量大時(shí) ， PLC 控制變頻器 ， 使水泵的 輸 出水量大，反之則小。 25 第 5 章 基于組態(tài)王 與 PLC 液位控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案的提出 結(jié)合實(shí)際情況模擬一種與實(shí)際 應(yīng)用環(huán)境十分相當(dāng)場(chǎng)景 ， 提出 設(shè)計(jì) 一個(gè) 由 PLC、變頻器、水泵、水箱、水池以及相應(yīng)的傳感器組成液位控制系統(tǒng) 方案 。由于后者省掉了輸出變壓器，減小了損耗，提高了效率，同時(shí)也減小了占地面積，所以它是大容量電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū) 動(dòng)發(fā)展的方向。 5．高壓大容量變頻器的廣泛應(yīng)用。 4．高集成度元件的應(yīng)用。所謂清潔電能變流器指變流器的功率因數(shù)為 1，網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)的諧波分量盡可能低，以減小對(duì)電網(wǎng)的公害和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。目前主要是全數(shù)字控制技術(shù)，以 32 位高速微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字控制模板有足夠的能力實(shí)現(xiàn)各種控制算法，以數(shù)字控制的大功率交 —交變頻器已經(jīng)面世?；谥悄芸刂频哪：刂?，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)及各種自優(yōu)化，自診斷技術(shù)等。目前，它主要朝以下幾個(gè)方向發(fā)展： 1．高水平的控制。其次，變頻器的保護(hù)和抗干擾措施也是我們應(yīng)用變頻器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。對(duì)不具有此功能的變頻器，應(yīng)利用接觸器切換變頻器輸 出相序。當(dāng)使用變頻器作為電動(dòng)機(jī)的電源時(shí)時(shí)，有些變頻器具有控制電機(jī)正反 23 轉(zhuǎn)的功能。 在應(yīng)用變頻器時(shí)，除選擇合適的容量，確定合理的控制方式外，還應(yīng)選擇好變頻器的運(yùn)行方式和外用設(shè)備，由于各種控制對(duì)象和負(fù)載以及調(diào)速系統(tǒng)要求的響應(yīng)速度，精度不一樣 要求采用變頻器的外圍設(shè)備及運(yùn)行方式是不同。 對(duì)于隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降反而要求電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增加的恒功率負(fù)載，雖然容易滿足無(wú)級(jí)調(diào)速的要求，但卻不能滿足低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出大轉(zhuǎn)矩的要求。 控制功 能： 線性 V/F 控制，平方 V/F 控制，可編程多點(diǎn)設(shè)定 V/F 控制； 最新的 IGBT 技術(shù)，數(shù)字微處理器控制； 集成 RS485 通訊接口，可選 PROFIBUSDP 通訊模塊 /DeviceNet 模板； 具有 7 個(gè)固定頻率， 4 個(gè)跳轉(zhuǎn)頻率，可編程； 捕捉再起動(dòng) 功能； 保護(hù)功能： 過(guò)載能力為 150％額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 60 秒； 過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)； 變頻器過(guò)溫保護(hù)； 接地故障保護(hù)，短路保護(hù)； 電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)； 閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)。 10%，單相 /三相，交流， ； 380V480V177。全新的 IGBT 技術(shù)、強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、和高可靠性都讓控制變成一種樂趣。 21 西門子 MicroMaster420 變頻器 MicroMaster420 是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器?？焖匐娏飨拗?FCL 實(shí)現(xiàn)了無(wú)跳閘運(yùn)行，磁通電流控制 FCC 改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，低頻時(shí)也可以輸出大力矩。 西門子 Micromaster 4 系列變頻器 西門子的 Micromaster 4 系列變頻器是用于三 相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的系列產(chǎn)品， 由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）作為功率輸出器件，具有很高的運(yùn)行可靠性和很強(qiáng)的功能。 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，通用變頻器在種類、性能和應(yīng)用等方面都取得了很大提高，這些變頻器已基 本上能滿足現(xiàn)代工業(yè)控制的需要，且用戶的選擇范圍也非常大。20 第 4 章 變頻器 變頻器概述 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流調(diào)速取代直流調(diào)速已成為現(xiàn)代電氣傳動(dòng)的主要發(fā)展方向之一，而異步電動(dòng)機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段，它以其優(yōu)越的調(diào)速和起制動(dòng)性能、高效率、 高功率因數(shù)和顯著的節(jié)電效果而廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵等的大、中型籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，它被公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。例如：日?qǐng)?bào)表的組態(tài)只需用戶選擇需要的變量和每個(gè)變量的收集間隔時(shí)間。用戶可以根據(jù)工程的需 要任意改變報(bào)表的外觀。 歷史庫(kù)的優(yōu)化 ： －通用歷史趨勢(shì)曲線的每條曲線都可以定義自己 Y 軸單位和范圍，并且 Y 軸坐標(biāo)能夠根據(jù)曲線區(qū)域數(shù)據(jù)的最大值，最小值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整 ； －增加了對(duì)關(guān)機(jī)時(shí)刻和通訊失敗時(shí)歷史數(shù)據(jù)的處理 ； －增加對(duì) IO 變量可按照每次采集進(jìn)行存儲(chǔ)的功能 ； －當(dāng)磁盤的空間小于設(shè)定值時(shí)會(huì)有相應(yīng)的提示 ； －改進(jìn)了歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)算法，存儲(chǔ)速度更快 。 新增數(shù)據(jù)詞典變量的導(dǎo)入導(dǎo)出功能和變量名替換功能 ： －可以針對(duì)某一個(gè)或某些的變量進(jìn)行導(dǎo)入導(dǎo)出及變量名替換 ； －對(duì)于同類工程，或者在同一個(gè)工程中有多個(gè)相似功能塊的工程，變量導(dǎo)入導(dǎo)出功能可以方便的建點(diǎn) ； －變量在導(dǎo)入時(shí)，可以自定義前綴或后綴 、 新增配方管理功能 ： －可以同時(shí)管理多個(gè)配方文件，在運(yùn)行時(shí)方便的調(diào)用 ； －可以對(duì)當(dāng)前配方、待裝配方和實(shí)時(shí)值分別進(jìn)行保存，以便以后分析，查看 ； 新增組態(tài)王工程打包工具 ： 可以將制定的組態(tài)王工程進(jìn)行打包，在目標(biāo)計(jì)算機(jī)上之間安裝該打包文件，不需要再安裝組態(tài)王。產(chǎn)品更加符合工程開發(fā)者的使用習(xí)慣。 強(qiáng)大無(wú)比的通訊能力 ： 組態(tài)王 為第三方軟件提供了多種訪問(wèn)組態(tài)王工程數(shù)據(jù)的接口，可以方便的對(duì)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行 二次計(jì)算，應(yīng)用各種先進(jìn)的算法，以滿足工程上的特殊需要。通訊方式靈活多樣，為用戶提供了充足的選擇空間，可以適應(yīng)各種設(shè)計(jì)方案的需要。 連接與采集 ： 組態(tài)王 已能連接 PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等上千種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。具有單個(gè)服務(wù)器支持高達(dá) 10 萬(wàn)點(diǎn)、支持 256個(gè)并發(fā)客戶同時(shí)存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)、每秒檢索單個(gè)變量超過(guò) 30,000 條記錄的強(qiáng)大功能。 組態(tài)王 集成了對(duì) KingHistorian 的支持，極大的提高了組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能 17 力，能夠更好的滿足大點(diǎn)數(shù)用戶對(duì)存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ)速度的要求。并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（ KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效的獲取信息，及時(shí)的做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。 16 連接 ,就是畫面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行 ,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。 在采用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過(guò)程中要 考慮以下三個(gè)方面 ： 圖形是用抽象的圖形畫面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。 該系統(tǒng)是中文界面 ,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)王擁有豐富的工具箱、圖庫(kù)和操作導(dǎo)向，在工業(yè)控制中廣泛應(yīng)用。管理人員不需要深入到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)。 組態(tài)王主要用來(lái)組成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 它還配有加密鎖，支持工程加密：驅(qū)動(dòng)程序較為豐富，如支持 DDE、板卡、OPC 服務(wù)器、 PLC 智能儀表、智能模塊等，支 持 ActiveX 控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)功能、冗長(zhǎng)功能。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以 動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì) 曲線 等，可便利的生成各種報(bào)表。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)