【正文】 ......................................................... 18 WinCC的通信設計 .......................................................................................... 22 WinCC的消息系統(tǒng) .......................................................................................... 22 WinCC 的報表系統(tǒng) .................................................................................................... 23 WinCC 監(jiān)控組態(tài)過程設計 .......................................................................................... 24 結(jié)束語 ................................................................................................................................... 32 致 謝 ................................................................................................................................... 33 參考文獻 ............................................................................................................................... 34 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 緒論 選題的目的與意義 我國人口眾多，每年所消耗的能量巨大。因此，節(jié)能降耗是保證工業(yè)和生活穩(wěn)定發(fā)展的一項關(guān)鍵措施。傳統(tǒng)的解決辦法是采用高位水箱、水塔和各種氣壓罐進行蓄水加壓，依賴擋板和閥門的阻力調(diào)節(jié)水流量。在實際生產(chǎn)過程中，由于用水點數(shù)量的不確定，經(jīng)常導致管網(wǎng)水壓不穩(wěn)定，從而使得用水點的出水壓力在用水高峰和低谷的壓力過低或過高，對生產(chǎn)及其設備造成了很大的影響，嚴重情況下甚至會造成設備的損壞。 上位 機即是我們通常用的計算機，它也可以對系統(tǒng)進行監(jiān)控，但是要在組態(tài)以后，才能對系統(tǒng)進行監(jiān)控。通過一根電纜，使它與 PLC進行數(shù)據(jù)。能夠?qū)ο到y(tǒng)運行進行操作，具用實時報警、報警記錄和歷史數(shù)據(jù)記錄功能。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術(shù)先進。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈活。變頻恒壓供水系統(tǒng)對水泵電機實行無級調(diào)速，依據(jù)用水量及水壓變化通過微機檢測、運算，自動改變水泵轉(zhuǎn)速保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前最先進，合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。（ 2）配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。（ 4） 界面越來越精簡化、系統(tǒng)化、容易觀察。操作人員可以坐在監(jiān)控室內(nèi)觀察生產(chǎn)流程各處的狀態(tài)， 可以把各單元儀表的信號按需要組成復雜控制系統(tǒng)。經(jīng)過近些年國內(nèi)科技的飛速發(fā)展，在監(jiān)控系統(tǒng)這個領(lǐng)域也取得了優(yōu)異的成績。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng) 在未來的工業(yè)領(lǐng)域，監(jiān)控系統(tǒng)及其界面設計的地位必然會越來越重要，應用的領(lǐng)域?qū)鼜V，發(fā)展前景一片大好。采用電動機調(diào)速裝置與可編程控制器構(gòu)成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運行，并自動調(diào)整泵組的運行臺數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。從而實現(xiàn)實現(xiàn)對高層建筑供水系統(tǒng)連續(xù)供水；高層建筑的給水裝置采用變頻調(diào)速恒壓技術(shù)；用 PLC 控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器 — 接觸器系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進行電氣控制。其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和 I/O 產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。 （ 2） FIX 組態(tài)軟件 美國 Intellution 公司一 FIX 組態(tài)軟件起家， 1995 年被愛默生集團收購，成為愛默生集團的全資子公司， 軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅(qū)動程序。 Citech 的組態(tài)軟件腳本語言并非是面向?qū)ο蟮?，而是類似于C 語言。 WinCC 組態(tài)軟件內(nèi)嵌 OPC 支持，并可對分布式系統(tǒng)進行組態(tài)。組態(tài)軟件提供了資源管理器式的操作界面，并提供了以漢字 作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。 組態(tài)軟件的選擇 西門子公司 (Siemens)的工業(yè)組態(tài)軟件 WinCC(Windows Control Center)為開發(fā)適合現(xiàn)代化控制要求的系統(tǒng)提供了一個方便可靠、開放性好、功能強大的軟件平臺。無論是單用戶系統(tǒng)，還是多用戶系統(tǒng)， WinCC 均是較好的選擇。 基于 WinCC 的以上優(yōu)點，本設計選擇 WinCC 組態(tài)軟件來完成。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控，產(chǎn)生功能報表，顯示歷史曲線、實時曲線、提供報警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既適用于單機集中式控制、 DCS 分布式控制，也可以是帶遠程遇信能力的遠程測控系統(tǒng)。豐富的圖形控件和工控圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向?qū)А? (3)良好的開放性 社會化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公 司的產(chǎn)品，―異構(gòu)‖是當今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。 (4)強大的數(shù)據(jù)庫 配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設備的數(shù)據(jù)交換。 (6)周密的系統(tǒng)安全防范 對不同的操作者，賦予不同的操 作權(quán)限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行。 (2)封裝性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 第 3 章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡述 通過思考分析設計方案中供水系統(tǒng)主要由壓力變送器、水位傳感器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是 一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。 圖 變頻恒壓控制原理圖 如圖 所示。該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復 ，直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設定壓力相等。由于 PLC 和上位機具有良好的通信功能，此系統(tǒng)方便與其他系統(tǒng)進行通信和數(shù)據(jù)交換。因此，該系統(tǒng)能適用于不同控制要求 的場合，與機組容量大小無關(guān)。 系統(tǒng)中主要依靠低壓控制系統(tǒng)采集到的傳感器信號通過比較判斷來控制水泵機組的使用的水泵個數(shù)以及通過變頻器改變水泵轉(zhuǎn)速從而改變供水流量進而使管網(wǎng)壓力保持恒定。 系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 (2)信號機構(gòu)由水位傳感器、壓力變送器以及變頻器的頻率上下限報警，當正常工作情況下首先由水位傳感器判斷水池水位是否在警戒水位若在警戒水位則不啟動或立即斷開所有水泵，發(fā)出報警信號。壓力變送器用來測量管網(wǎng)壓力，它會將這個壓力信號轉(zhuǎn)換為一個在 4～ 20mA 的電流信號或者 0～ 5V的電壓信號然后傳送給變頻器，變頻器內(nèi)有一個設定值，它將變送器傳給它的信號與設定值進行比較經(jīng) PID 算法改變輸出電壓的頻率。 (3)控制部分主要由 PLC、變頻器和電氣元件設備構(gòu)成。 ②變頻器的主要功能是實現(xiàn)對水泵機組的控制。變頻器有兩種工作狀態(tài)：循環(huán)式工作狀態(tài)和固定式工作狀態(tài)。 固定式工作狀態(tài)：變頻器連接其中一臺大的水泵，當此水泵工作在工頻，供水量仍無法滿足用戶用水要求時，系統(tǒng)將直接啟動另一臺水泵工頻運行，變頻器將不做切換。 (4)電氣元件設備主要由接觸器、繼電器、開關(guān)、指示燈、喇叭等構(gòu)成。指示燈的主要是為了顯示電機的實時工作情況；喇叭西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 的主要功能是配合指示燈對報警信號進行報警從而及時的對故障進行排除以防造成危險和更大的 故障損失。 (2)當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，增加水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值，反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，減小水泵的轉(zhuǎn)速到另一個新的穩(wěn)定值。 (4)當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的基于PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計實際水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將上次轉(zhuǎn)換成工頻運行的水泵關(guān)掉，恢復對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使 壓力重新達到設定值。 (5)當系統(tǒng)中只有 1 臺調(diào)速泵在工作，而調(diào)速泵的運行頻率已降至下限頻率時，且滿足關(guān)泵條件，此時關(guān)閉調(diào)速泵。 前面已經(jīng)簡述了恒壓供水系統(tǒng)框圖，根據(jù)系統(tǒng)框圖可得知本系統(tǒng)所需硬件框圖如 圖 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 圖 系統(tǒng)硬件框圖 從圖可知，系統(tǒng)所需的硬件有： （ 1）三菱 FX2N PLC； （ 2）液位傳感器、管網(wǎng)壓力表； （ 3）變頻器； （ 4）水泵機組； （ 5）監(jiān)視、控制上位機。用戶界面的設計是本課題中最重要的一部分，作為上位機組態(tài)軟件系統(tǒng)與用戶交互窗口，用戶界面的好壞，在一定程度上決定著軟件受歡迎的程度。在上位機操作界面中分為工藝流程、設備控制、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù) 及曲線、故障報警和報表輸出等部分。在工藝流程界面（圖 ）中，可以直觀的顯示水處理整個工藝，每個電機設備有遠控、