換熱站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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吉林化工學(xué)院信控學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 換熱站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 起止日期：2016.08.29～2016.09.18 吉林化工學(xué)院 Jilin Institute of Chemical Technology 專業(yè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 一、設(shè)計(jì)題目 換熱站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、適用專業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 三、設(shè)計(jì)目的 1. 了解換熱機(jī)組工藝流程； 2. 了解溫度、壓力、液位及流量等工藝參數(shù)的信號(hào)測(cè)量及傳輸方法； 3. 掌握PLC各種典型信號(hào)（二線制、四線制變送器及熱電阻、熱電偶）接線方法； 4. 掌握PID控制算法及其在PLC中的編程和離線仿真及調(diào)試方法； 5. 熟悉自控工程實(shí)踐設(shè)計(jì)及應(yīng)用的一般步驟和實(shí)現(xiàn)方法。 四、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 某換熱站工藝流程如下圖所示，一次網(wǎng)進(jìn)水由熱水鍋爐加熱，經(jīng)板式換熱器與二次網(wǎng)進(jìn)行換熱后再返回鍋爐。二次網(wǎng)循環(huán)水由循環(huán)泵P201加壓后進(jìn)行換熱器，加熱后進(jìn)入管網(wǎng)對(duì)居民住戶進(jìn)行循環(huán)供熱。 控制要求： 1．二次網(wǎng)供水溫度PID控制：通過(guò)一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥V101進(jìn)行供水溫度定值控制； 2．二次網(wǎng)供水壓力PID控制：通過(guò)循環(huán)泵調(diào)頻進(jìn)行供水壓力定值控制； 3．補(bǔ)水箱水位限值控制：水箱水位小于低限時(shí)開(kāi)補(bǔ)水閥，大于高限時(shí)關(guān)補(bǔ)水閥； 4．二次網(wǎng)回水壓力限值控制：回水壓力小于低限時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)水泵，大于高限時(shí)停泵； 5．連鎖控制（選做）：水箱水位小于低低限時(shí)，補(bǔ)水泵禁止運(yùn)行；二次網(wǎng)回水壓力小于低低限時(shí)，循環(huán)泵禁止運(yùn)行； 6．流量/熱量累計(jì)（選做）：增加一次網(wǎng)流量和回水溫度儀表，實(shí)現(xiàn)流量和熱量累計(jì)。 五、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 總結(jié)IO點(diǎn)表，并進(jìn)行PLC系統(tǒng)選型； 2. 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)IO信號(hào)接線圖紙； 3. 按上述控制要求編寫(xiě)和設(shè)計(jì)PLC控制程序； 4. 設(shè)計(jì)上位機(jī)操作畫(huà)面，包括工藝流程畫(huà)面、操作畫(huà)面、趨勢(shì)及報(bào)警等畫(huà)面； 5. 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 六、設(shè)計(jì)時(shí)間及進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)時(shí)間共三周,具體安排如下表： 周次 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 設(shè)計(jì)時(shí)間 第一周 熟悉工藝流程和控制要求，總結(jié)IO點(diǎn)表，查找相關(guān)設(shè)計(jì)資料，進(jìn)行PLC系統(tǒng)選型，循環(huán)泵和補(bǔ)水泵電氣控制原理設(shè)計(jì)（選做），儀表選型（選做），IO信號(hào)接線設(shè)計(jì)?；綪LC程序設(shè)計(jì)，掌握二、四線制及熱電阻接線方法，掌握信號(hào)傳輸與變換直線轉(zhuǎn)換計(jì)算。 2016.8.29- 2016.9.4 第二周 PLC程序設(shè)計(jì)；操作畫(huà)面設(shè)計(jì)；趨勢(shì)圖和報(bào)警畫(huà)面設(shè)計(jì)（選做）；仿真調(diào)試。學(xué)習(xí)PID控制器基本工作原理，掌握控制系統(tǒng)離線仿真調(diào)試方法。 2016.9.4- 2016.9.11 第三周 完善程序和畫(huà)面，撰寫(xiě)專業(yè)綜合設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2016.9.11- 2016.9.18 七、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及學(xué)生成績(jī) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 2016年 月 日 成績(jī) 指導(dǎo)教師(簽字)： 目 錄 第1章 摘要 1 第2章 換熱站系統(tǒng)的工藝 2 2.1換熱站系統(tǒng)的構(gòu)成 2 2.2 系統(tǒng)的工藝流程 2 2.3 系統(tǒng)的功能及控制要求 2 第3章 系統(tǒng)硬件選型 4 3.1 PLC的選型 4 3.2 I/O點(diǎn)表 4 3.3 電源選型 4 3.4 CPU選型 5 3.5 數(shù)字量輸入輸出模塊選型 5 3.6 硬件選型表 5 第4章 換熱站的接線設(shè)計(jì) 6 4.1 主回路和二次回路 6 4.2 數(shù)字量輸入/輸出回路 6 4.3模擬量輸入/輸出回路 7 第5章 下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 5.1 分析控制要求 8 5.2硬件組態(tài) 8 5.3 編輯符號(hào)表 8 5.4編輯下位機(jī)梯形圖程序 9 第6章 上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì) 13 6.1 Wincc組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 13 6.2 Wincc組態(tài)軟件使用 13 6.3 變量的鏈接 14 6.4 畫(huà)面的建立 15 6.5 液位報(bào)警畫(huà)面的建立 17 6.6 變量記錄與溫度歷史趨勢(shì) 17 6.7 壓力實(shí)時(shí)趨勢(shì) 18 6.8 PID仿真調(diào)節(jié)畫(huà)面 19 結(jié) 論 20 參考文獻(xiàn) 21 第1章 摘要 隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在PLC中的應(yīng)用，使PLC的功能不斷得到增強(qiáng)，產(chǎn)品得到飛速發(fā)展。由于PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。因此PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，是無(wú)法取代的，備受?chē)?guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員和工業(yè)界廠商的極大關(guān)注。 通過(guò)PLC和上位機(jī)對(duì)二次網(wǎng)供水管道的壓力和二次網(wǎng)回水管道的壓力進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，同時(shí)在PLC中采用PID算法，從而可以通過(guò)控制循環(huán)泵和補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓控制，同時(shí)也通過(guò)對(duì)二次網(wǎng)供水溫度的自動(dòng)監(jiān)控，從而通過(guò)控制一次網(wǎng)進(jìn)水處的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)恒溫控制，實(shí)現(xiàn)了換熱站系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行與人機(jī)交互。 文中介紹了一種基于PLC和WINCC的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)方案，針對(duì)過(guò)程控制裝置中的換熱站供水溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)介紹系統(tǒng)軟硬件構(gòu)成及其特點(diǎn)。論述了PLC和WINCC如何實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，能方便地在線修改參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)換熱系統(tǒng)工藝流程的控制。系統(tǒng)上位機(jī)采用西門(mén)子WINCC工程組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)和停止的控制、參數(shù)設(shè)定、報(bào)警組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印等功能。 第2章 換熱站系統(tǒng)的工藝 2.1換熱站系統(tǒng)的構(gòu)成 （1）換熱站就地監(jiān)控系統(tǒng)：以S7_300控制器為核心，現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量、熱量、液位、閥門(mén)開(kāi)度、變頻器頻率、泵的起停狀態(tài)等傳到控制器，由其進(jìn)行判斷和處理，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的就地控制。 （2）現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括壓力、溫度、液位、流量、熱量等傳感器和變送器、閥門(mén)執(zhí)行器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （3）通訊系統(tǒng)：以遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)中心控制室和換熱站就地監(jiān)控系統(tǒng)的通訊；以雙絞線（以太網(wǎng)）為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)中控室內(nèi)部工作站與廠區(qū)辦公管理系統(tǒng)通訊。 2.2 系統(tǒng)的工藝流程 某換熱站工藝流程如下圖所示，一次網(wǎng)進(jìn)水由熱水鍋爐加熱，經(jīng)板式換熱器與二次網(wǎng)進(jìn)行換熱后再返回鍋爐。二次網(wǎng)循環(huán)水由循環(huán)泵P201加壓后進(jìn)行換熱器，加熱后進(jìn)入管網(wǎng)對(duì)居民住戶進(jìn)行循環(huán)供熱。 圖2-1 換熱站工藝流程圖 2.3 系統(tǒng)的功能及控制要求 本系統(tǒng)的功能可分為監(jiān)視功能和控制功能： (1)監(jiān)視功能主要包括：數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示兩部分。 (2) 控制功能主要包括：對(duì)循環(huán)泵及補(bǔ)水泵的控制，以及一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度和二次網(wǎng)補(bǔ)水閥啟停的控制。 控制要求： （1） 二次網(wǎng)供水溫度PID控制：對(duì)二次網(wǎng)供水溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)對(duì)二次網(wǎng)供水溫度的PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)一次網(wǎng)調(diào)節(jié)閥V101的開(kāi)度，從而進(jìn)行供水溫度定值控制； （2） 二次網(wǎng)供水壓力PID控制：對(duì)二次網(wǎng)供水壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)對(duì)二次網(wǎng)供水壓力的PID運(yùn)算，控制變頻器輸出頻率，間接地控制水泵的轉(zhuǎn)速，從而進(jìn)行供水壓力的定值控制； （3） 補(bǔ)水箱水位限值控制：通過(guò)液位變送器對(duì)水位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，水當(dāng)箱水位小于低限時(shí)開(kāi)補(bǔ)水閥，大于高限時(shí)關(guān)補(bǔ)水閥； （4） 二次網(wǎng)回水壓力限值控制：通過(guò)壓力變送器對(duì)二次網(wǎng)回水壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)回水壓力小于低限時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)水泵，大于高限時(shí)停泵； （5） 連鎖控制：水箱水位小于低低限時(shí)，補(bǔ)水泵禁止運(yùn)行；二次網(wǎng)回水壓力小于低低限時(shí)，循環(huán)泵禁止運(yùn)行； （6） 流量/熱量累計(jì)：增加一次網(wǎng)流量和回水溫度儀表，實(shí)現(xiàn)流量和熱量累計(jì)。 第3章 系統(tǒng)硬件選型 3.1 PLC的選型 在本控制系統(tǒng)中，所需的開(kāi)關(guān)量輸入為6點(diǎn)，分別為補(bǔ)水泵的啟動(dòng)、停止、運(yùn)行、故障和循環(huán)泵的運(yùn)行、故障。所需的開(kāi)關(guān)量輸出為2點(diǎn)，分別為補(bǔ)水泵啟動(dòng)、補(bǔ)水閥啟動(dòng)?？紤]到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和維修方便性，選擇模塊式PLC。S7_300 PLC一般包括CPU（中央處理單元）、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口、電源等。 3.2 I/O點(diǎn)表 表3-1 IO點(diǎn)表 序號(hào) IO標(biāo)識(shí) 中文說(shuō)明 IO類型 PLC地址 量程 1 V101 調(diào)節(jié)閥開(kāi)度控制 AO PQW288 0-100% 2 V101 調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋 AI PIW256 0-100% 3 V102 補(bǔ)水閥啟動(dòng) DO Q0.0 4 P201 循環(huán)泵頻率控制 AO PQW290 0-50HZ 5 P201 循環(huán)泵頻率反饋 AI PIW258 0-50HZ 8 P201 循環(huán)泵故障 DI I0.2 9 P201 循環(huán)泵運(yùn)行 DI I0.3 10 P201 循環(huán)泵啟動(dòng) DO Q0.1 11 P202 補(bǔ)水泵啟動(dòng) DI I0.4 12 P202 補(bǔ)水泵停止 DI I0.5 13 P202 補(bǔ)水泵故障 DI I0.6 14 P202 補(bǔ)水泵運(yùn)行 DI I0.7 15 P202 補(bǔ)水泵啟動(dòng) DO Q0.2 16 PT101 一次網(wǎng)進(jìn)水壓力 AI PIW260 0-1.0Mpa 17 TT101 一次網(wǎng)進(jìn)水溫度 AI PIW262 18 PT201 二次網(wǎng)回水壓力 AI PIW264 0-1.0Mpa 19 TT201 二次網(wǎng)回水溫度 AI PIW266 20 PT202 二次網(wǎng)供水壓力 AI PIW268 0-1.0Mpa 21 PT202 二次網(wǎng)供水溫度 AI PIW270 22 LT 補(bǔ)水箱水位 AI PIW272 0-5m 3.3 電源選型 24V直流傳感器電源可以作為CPU本機(jī)和數(shù)字量擴(kuò)展模塊的輸入、擴(kuò)展模塊（如模擬量模塊）的供電電源以及外部傳感器電源使用。如果容量不能滿足所有需求，則必須增加外部24V直流電源。此系統(tǒng)選用PS307 5A，型號(hào)為6ES7 307-1EAO1-0AA0。 3.4 CPU選型 300PLC中CPU作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，主要有運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。由于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中用到了變頻器，考慮到變頻器與PLC的PROFIBUS通訊，所以選擇CPU 6ES7 315-2EH14-0AB0。 3.5 數(shù)字量輸入輸出模塊選型 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I/O 模塊或 I/O 單元。PLC 的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系而實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I/O 裝置或設(shè)備之間的連接部件。起著 PLC 與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。通常 I/O 模塊上還有狀態(tài)顯示和 I/O 接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。 由于所需的開(kāi)關(guān)量輸入為6點(diǎn)，所需的開(kāi)關(guān)量輸出為2點(diǎn)，所以選擇16點(diǎn)輸入的DI模塊和16點(diǎn)輸出的DO模塊即可，多余的I/O點(diǎn)用來(lái)備用和擴(kuò)展。因此選擇數(shù)字量輸入型號(hào)為6ES7 321_1BH00_0AA0，數(shù)字量輸出型號(hào)為6ES7 322_1BH00_0AA0。 由于所需的模擬量輸入為9路，所需的開(kāi)關(guān)量輸出為2路，所以選擇兩個(gè)8路輸入的DI模塊和一個(gè)8路輸出的DO模塊即可，多余的用來(lái)備用和擴(kuò)展。因此選擇模擬量輸入型號(hào)為6ES7 331-1KF02-0AB0，數(shù)字量輸出型號(hào)為 6ES7 332-5HF00-0AB0。 3.6 硬件選型表 為使系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，在進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解各硬件設(shè)備的工作原理，以便選擇合適的型號(hào)，如表3-2所示。 表3-2 硬件選型表 序列 符號(hào) 名稱 型號(hào)/規(guī)格 個(gè)數(shù) 1 CPU CPU 6ES7 315-2EH14-0AB0 1 2 PS 電源模塊(5A) 6ES7 307-1EA01-0AA0 1 3 DI 數(shù)字量輸入模塊16位 6ES7 321-1BH00-0AA0 1 4 DO 數(shù)字量輸出模塊16位 6ES7 322-1BH00-0AA0 1 5 AI 模擬量輸入模塊8路 6ES7 331-1KF02-0AB0 2 6 AO 模擬量輸出模塊8路 6ES7 332-5HF00-0AB0 1 7 QS 三相空氣開(kāi)關(guān) 1 8 FU 熔斷器 1 9 KM 交流接觸器 CJX2-09 2 10 KH 熱繼電器 AC380V 2 11 KA 繼電器 MY4N-J 4 13 SB 按鈕 LA58 6 14 SA 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) LA39 1 第4章 換熱站的接線設(shè)計(jì) 4.1 主回路和二次回路 補(bǔ)水泵和循環(huán)泵都是由三項(xiàng)380V電壓供電，經(jīng)總空開(kāi)QS1供電，通過(guò)交流接觸器KM1控制補(bǔ)水泵的啟停，通過(guò)KM2控制變頻器的啟停，通過(guò)控制變頻器的頻率來(lái)控制循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。 二次回路中包括：本地的手動(dòng)操作和遠(yuǎn)程PLC控制，手動(dòng)控制時(shí)，即按下SB1，交流接觸器吸合，使補(bǔ)水泵啟動(dòng)，按下按鈕SB2交流接觸器斷開(kāi)，補(bǔ)水泵停止工作，循環(huán)泵的控制同理。遠(yuǎn)程控制時(shí)由PLC程序進(jìn)行處理，通過(guò)Q點(diǎn)輸出給中間繼電器，從而控制泵的啟停。 圖4-1 主控制回路圖 4-2 二次回路 4.2 數(shù)字量輸入/輸出回路 數(shù)字量輸入信號(hào)主要包括：補(bǔ)水泵啟動(dòng)信號(hào)I0.0，停止信號(hào)I0.1，以及補(bǔ)水泵反饋信號(hào)運(yùn)行及故障，循環(huán)泵運(yùn)行和故障。數(shù)字量輸出信號(hào)主要包括：變頻器的啟動(dòng)命令Q0.1，補(bǔ)水泵的啟動(dòng)命令Q0.2，以及補(bǔ)水閥的啟動(dòng)命令Q0.0。 圖4-3 數(shù)字量輸入輸出回路 4.3模擬量輸入/輸出回路 模擬量輸入主要包括擴(kuò)：一次網(wǎng)進(jìn)水壓力及溫度，二次網(wǎng)供水壓力及溫度，二次網(wǎng)回水壓力及溫度，變頻器頻率反饋，以及調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋。模擬量輸出主要包括：調(diào)節(jié)閥來(lái)讀的控制，以及比拼其頻率的控制。 圖4-4 模擬量輸入輸出回路 第5章 下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 分析控制要求 通過(guò)分析控制任務(wù)要求，本系統(tǒng)要對(duì)溫度、壓力、變頻器和調(diào)節(jié)閥的反饋量進(jìn)行采集，對(duì)變頻器和調(diào)節(jié)閥的PID調(diào)節(jié)，以及簡(jiǎn)單的離散邏輯控制。所以為了使程序更清晰，編程時(shí)調(diào)用了多個(gè)功能塊，其中溫度采集FC1，邏輯控制FC2，壓力采集FC3，變頻器和調(diào)劑發(fā)反饋FC4，液位采集FC5，以及模擬量輸出FC6。所以設(shè)計(jì)程序時(shí)OB1中只對(duì)子程序進(jìn)行調(diào)用，其中的PID要在OB35中進(jìn)行調(diào)節(jié)。 5.2硬件組態(tài) 根據(jù)選型在SIMATIC300站點(diǎn)進(jìn)行硬件組態(tài)。如圖5-1所示。 圖5-1 硬件組態(tài) 5.3 編輯符號(hào)表 定義符號(hào)地址，為相應(yīng)的I/O點(diǎn)編輯符號(hào)。如圖5-2所示。 圖5-2 符號(hào)表 5.4編輯下位機(jī)梯形圖程序 根據(jù)工作過(guò)程編輯梯形圖。 （1） 利用FC105，將由模擬量采集模塊采集并轉(zhuǎn)換為0——27648的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為實(shí)際的壓力值，程序如下。 圖5-3 壓力采集 （2） 將模擬量采集的溫度值，進(jìn)行由整形到長(zhǎng)整形的變換，再有長(zhǎng)整形轉(zhuǎn)變?yōu)楦↑c(diǎn)數(shù)，最后進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，即將采集值除以10，得到實(shí)際的溫度值。 圖5-4 溫度采集 （3）將PID運(yùn)算之后的值送到FC106中，經(jīng)過(guò)FC106的轉(zhuǎn)換將實(shí)際的頻率轉(zhuǎn)換為0——27648的數(shù)字量，再由模擬量輸出模塊將這個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。 圖5-5 模擬量輸出 （4） 對(duì)進(jìn)水閥的控制分為：通過(guò)上微機(jī)操作畫(huà)面手動(dòng)控制，和自動(dòng)控制。 圖5-6 進(jìn)水閥啟動(dòng)停止控制 通過(guò)對(duì)補(bǔ)水箱水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將采集的液位值與設(shè)定的液位值上限進(jìn)行較，如果采集值大于設(shè)定值則關(guān)閉進(jìn)水閥，同理將采集的液位值與設(shè)定的液位下限比較，如果采集值小于設(shè)定值則打開(kāi)進(jìn)水閥。 圖5-7 液位控制 （5）對(duì)進(jìn)水泵的控制分為：通過(guò)上位機(jī)畫(huà)面手動(dòng)控制，和通過(guò)按鈕啟停，和自動(dòng)控制。 圖5-8 補(bǔ)水泵啟動(dòng)停止控制 通過(guò)對(duì)二次網(wǎng)回水壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將采集的壓力值與設(shè)定的壓力值上限進(jìn)行較，如果采集值大于設(shè)定值則關(guān)閉補(bǔ)水泵，同理將采集的壓力值與設(shè)定的壓力下限比較，如果采集值小于設(shè)定值則打開(kāi)補(bǔ)水泵。 圖5-9壓力控制 （6）二次網(wǎng)供水壓力和溫度的PID調(diào)節(jié)：PID調(diào)節(jié)要用到PID調(diào)節(jié)塊FB41，將由FC105轉(zhuǎn)換后的壓力、溫度值直接送給FB41的過(guò)程值PV，然后將FB41的輸出值送給FC106，F(xiàn)C106轉(zhuǎn)換后經(jīng)模擬量輸出模塊作用到變頻器和調(diào)節(jié)閥上。調(diào)節(jié)過(guò)程只需給定一個(gè)設(shè)定值SP，通過(guò)調(diào)解比例和積分，可將輸出值調(diào)節(jié)到SP。 如圖為一個(gè)PID仿真程序。 圖5-10 PID控制 第6章 上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì) 6.1 Wincc組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 西門(mén)子視窗控制中心SIMATIC WinCC（Windows Control Center）是HMI/SCADA軟件中的后起之秀，1996年進(jìn)入世界工控組態(tài)軟件市場(chǎng)，當(dāng)年就被美國(guó)Control Engineering 雜志評(píng)為最佳HMI軟件，以最短的時(shí)間發(fā)展成第三個(gè)在世界范圍內(nèi)成功的SCADA系統(tǒng)；而在歐洲，它無(wú)可爭(zhēng)議的成為第一。 WinCC基本系統(tǒng)是很多應(yīng)用程序的核心。它包含以下九大部件： 1．變量管理器 變量管理器（tag management）管理WinCC中所使用的外部變量，內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動(dòng)程序。 2．圖形編輯器 圖形編輯器（graphics designer）用于設(shè)計(jì)各種圖形畫(huà)面。 3．報(bào)警記錄 報(bào)警記錄（alarm logging）負(fù)責(zé)采集和歸檔報(bào)警消息。 4．變量歸檔 變量歸檔（tag logging）負(fù)責(zé)處理測(cè)量值，并長(zhǎng)期存儲(chǔ)所記錄的過(guò)程值。 5．報(bào)表編輯器 報(bào)表編輯器（report designer）提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表，也可以設(shè)計(jì)各種格式的報(bào)表，并可按照預(yù)定的時(shí)間進(jìn)行打印。 6．全局腳本 全局腳本（global script）是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員用ANSI-C及Visual Basic 編寫(xiě)的代碼，以滿足項(xiàng)目的需要。 7．文本庫(kù) 文本庫(kù)（text library）編輯不同語(yǔ)言版本下的文本消息。 8．用戶管理器 用戶管理器（user administrator）用來(lái)分配，管理和監(jiān)控用戶對(duì)組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)的訪問(wèn)權(quán)限。 9．交叉引用表 交叉引用表（cross-reference）負(fù)責(zé)搜索在畫(huà)面，函數(shù)，歸檔和消息中所使用的變量，函數(shù)，OLE對(duì)象和ActiveX控件。 6.2 Wincc組態(tài)軟件使用 第一步，新建單用戶項(xiàng)目，如圖6-1所示。 第二步，選擇存儲(chǔ)位置，項(xiàng)目命名后完成創(chuàng)建。 圖6-1 新建單用戶項(xiàng)目 在變量管理處右鍵添加新的驅(qū)動(dòng)，找到SIMATIC S7 Protocol Suite添加，在屬性里面選擇MPI的地址寫(xiě)下，這樣就能與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)仿真連接，如圖6-2。 圖6-2 添加驅(qū)動(dòng) 6.3 變量的鏈接 右鍵MPI添加新的驅(qū)動(dòng)鏈接，為了能與下位機(jī)建立連接，如圖6-3、6-4點(diǎn)擊屬性設(shè)置插槽號(hào)為2，然后建立與下位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊仿真的變量，根據(jù)下位機(jī)的符號(hào)表，一次建立變量，如果變量較多，為了方便實(shí)用也可以建立變量組，如DI(代表數(shù)字量輸入變量組)，DO（代表數(shù)字量輸出組），M(代表中間標(biāo)志位或者中間變量)等，然后針對(duì)不同類型的變量按照符號(hào)表就行變量的建立。建立結(jié)果如下圖6-5。 圖6-3 圖6-4設(shè)置插槽號(hào) 圖6-5 變量建立 6.4 畫(huà)面的建立 在圖形編輯器下，分別建立所需的畫(huà)面，此系統(tǒng)需要一個(gè)主界面，一個(gè)工藝流程畫(huà)面，一個(gè)報(bào)警畫(huà)面，一個(gè)溫度歷史趨勢(shì)畫(huà)面，一個(gè)壓力實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面，兩個(gè)PID調(diào)節(jié)畫(huà)，面畫(huà)面顯示如下圖6-6。 圖6-6 工藝畫(huà)面 現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行PID運(yùn)算，過(guò)程值和設(shè)定值進(jìn)行比較、調(diào)節(jié)，使PID的輸出值接近或等于設(shè)定值。PID分自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式，在手動(dòng)模式下，使用手動(dòng)選擇的值更正操作變量；自動(dòng)模式下依據(jù)相關(guān)設(shè)置進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。以PID溫度調(diào)節(jié)畫(huà)面為例，如圖6-7所示。 圖6-7 PID壓力調(diào)節(jié) 手動(dòng)點(diǎn)擊泵或閥，會(huì)彈出手動(dòng)操作對(duì)話框，點(diǎn)擊手自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)，切換到手動(dòng)，通過(guò)啟停按鈕可以控制泵或閥的啟停。 圖6-8 補(bǔ)水泵和進(jìn)水閥手動(dòng)操作畫(huà)面 6.5 液位報(bào)警畫(huà)面的建立 首先雙擊打開(kāi)<報(bào)警記錄>，在<工具>欄中選中<附加項(xiàng)>，在<附加項(xiàng)>中勾選<模擬量報(bào)警>添加<模擬量報(bào)警>，然后在<模擬量報(bào)警>下新建，選擇要監(jiān)視的變量，此工程為補(bǔ)水箱液位、二次網(wǎng)供水溫度溫度、二次網(wǎng)供水溫度壓力，最后在液位、溫度、壓力下建立上、下限報(bào)警，當(dāng)高于上限或低于下限時(shí)都會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。 圖6-9 報(bào)警畫(huà)面 6.6 變量記錄與溫度歷史趨勢(shì) 雙擊<變量記錄>，右鍵單擊歸檔向?qū)?，按照歸檔向?qū)б来谓M態(tài)一次網(wǎng)進(jìn)水溫度、二次網(wǎng)供水溫度、二次網(wǎng)回水溫度這三個(gè)變量，建立好變量記錄后，組態(tài)歷史趨勢(shì)如圖。 圖6-10 溫度趨勢(shì) 6.7 壓力實(shí)時(shí)趨勢(shì) 組態(tài)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線時(shí)，只要將在線變量連接組態(tài)趨勢(shì)中即可，其中主要對(duì)一次網(wǎng)進(jìn)水壓力的、二次網(wǎng)供水壓力、二次網(wǎng)回水壓力的組態(tài)。 圖6-11 壓力趨勢(shì) 6.8 PID仿真調(diào)節(jié)畫(huà)面 如下圖以二次網(wǎng)供水溫度為例，手動(dòng)設(shè)定一個(gè)溫度值SP，過(guò)程值PV會(huì)向設(shè)定值設(shè)定值SP調(diào)節(jié)，通過(guò)設(shè)定比例和積分，調(diào)出合理曲線。 圖6-12 PID調(diào)節(jié)畫(huà)面 結(jié) 論 應(yīng)用PLC作為主控制器設(shè)計(jì)換熱站控制系統(tǒng)，完成二次網(wǎng)供水恒壓和恒溫的工藝。通過(guò)專業(yè)綜合設(shè)計(jì)，使我們的綜合素質(zhì)和動(dòng)手能力有所提高，能夠真正做到自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的使我們掌握PLC的軟、硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)和梯形圖編程的基本方法，以及開(kāi)發(fā)PLC控制生產(chǎn)過(guò)程的基本方法。使我們能初步對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)并了解PLC與PC之間的網(wǎng)絡(luò)化通信控制，為畢業(yè)后從事工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化打下良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計(jì)主要闡述換熱站系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)供水溫度恒定，到供水壓力恒定與液位限制控制。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。使用了西門(mén)子 S7-300 型號(hào) PLC，設(shè)計(jì)了控制程序。完成了基于PLC液體混合裝置以及WinCC組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)WinCC來(lái)組態(tài)人機(jī)界面，建立WinCC與PLC的通信連接，完成對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控。 PLC與計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它綜合了計(jì)算機(jī)和PLC的長(zhǎng)處，計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)提供良好的人機(jī)界面，進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，作為基礎(chǔ)級(jí)的PLC執(zhí)行可靠有效的分散控制。利用工控組態(tài)軟件WinCC實(shí)現(xiàn)PLC與計(jì)算機(jī)通信的方法簡(jiǎn)單易行，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，且系統(tǒng)的兼容性較好，可靠性高，能適應(yīng)大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求，其在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。 這三個(gè)星期的實(shí)習(xí)已經(jīng)結(jié)束，在此感謝曹玉波老師的嚴(yán)格監(jiān)督與細(xì)心指導(dǎo)，通過(guò)這次專業(yè)綜合設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到了自己對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)的欠缺，確定了自己今后應(yīng)該努力的方向；同時(shí)也十分感謝同學(xué)的熱心幫忙。實(shí)習(xí)雖然結(jié)束了，但這種互幫互助的精神不會(huì)結(jié)束，這將是以后學(xué)習(xí)、生活和工作中的寶貴經(jīng)驗(yàn)很美好的回憶。 參考文獻(xiàn) [1] 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