恒压供水系统毕业论文四站小车呼叫系统.doc

毕业论文（设计）任务书学生姓名李旭 陈青专业班级电气13.1班指导教师李贤山论文题目四站小车呼叫系统研究的目标、内容及方法目标：4站小车的呼叫系统如下图所示，要求当某站呼叫时，小车能运行到对应的呼叫位，到达呼叫位30秒后，才可允许下次呼叫。触摸屏上要用IO域显示出呼叫站位，实际站位，并将小车的运动过程动画显示。用组态显示出呼叫站位，实际站位，并将小车的运动过程动画显示。分阶段完成的工作（1）查资料，列举方案 2015年12月（2）实验验证阶段 2016年3月（3）硬件装配并验证 2016年4月（4）编写软件并调试 2016年5月（5）准备毕业论文书写，答辩 2016年6月系（部）主任意 见 甘肃畜牧工程职业技术学院毕业设计开题报告题 目：四站小车呼叫系统系 部： 电子信息工程系 专 业： 电子信息工程技术班 级： 电气13.1班学生姓名： 李旭指导老师： 李先山日 期： 2016年6月20开题报告一、课题来源毕业设计题目：四站小车呼叫系统二、目标： 4站小车的呼叫系统如下图所示，要求当某站呼叫时，小车能运行到对应的呼叫位，到达呼叫位30秒后，才可允许下次呼叫。触摸屏上要用IO域显示出呼叫站位，实际站位，并将小车的运动过程动画显示。用组态显示出呼叫站位，实际站位，并将小车的运动过程动画显示。三、国内外现状和发展趋势：自动化控制是指机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下,按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。工业自动化控制系统通常集机械执行系统、电气控制系统、传感器测量系统等于一体。工业自动化控制系统以自动化控制理论为基础，涉及机械、信息技术、电子电路、力学设计、光学设计、热设计、嵌入式软件和系统可靠性设计等诸多方面的技术，被广泛应用于医药、生物、冶金、石油、化工、有色金属、机械、汽车、纺织、造纸、航空航天等诸多现代工业。由于工业自动化行业对其他行业具有较强的推动作用，因此自动化技术水平的高低已经成为衡量一个国家国民经济发展水平和现代化程度的标志。 四、研究方案，研究途径，技术路线（一）主要研究内容：通过对现有4站小车呼叫系统的调研和分析，依据用户对小车呼叫位的要求，确定以可靠性高、使用简单、维护方便、编程灵活的工控设备变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以实现电动机可正反向运行、调速和点动功能，并引入计算机对4站小车呼叫系统进行远程监控与管理，保证整个系统运行可靠，安全节能，获得最佳的技术经济性能。具体而言，论文包括以下内容：1 论文在对课题对进行分析和研究的基础上，提出了系统的设计方案和思路，确定论文主要的研究内容和研究方法；2分析供水系统基本模型及主要参数，对恒压供水系统中采用转速调节法和阀门控制法作了比较，详细分析和论证变频调速方式在恒压供水系统中的节能原理和效果。并分析了变频调速方式对减少供水系统的水锤效应，提高系统安全性的作用。3论文就变频调速恒压供水控制系统的设计做了详细的分析和研究。从用户的需求入手确定设备的选型；详细分析全自动变频恒压运行方式水泵运行的各种有效状态及其转换过程，讨论PLC的程序设计方法及程序执行特点，并在此基础上提出供水系统控制程序的功能模块和设计方案；在介绍PID调节原理的基础上，分析利用PID调节原理实现恒压供水的调节过程，给出PID参数设置方法；最后还提出了保障系统可靠性的一些措施。4 通过计算机和PLC的通信，实现4站小车呼叫系统运行状态的实时远程监控是本论文的一个特色之处。论文介绍了计算机和PLC通信系统的组成和通信协议，给出了通信程序，并提出4站小车呼叫系统监控软件设计方法。 （二）研究途径：在4站小车呼叫系统中，小车位置处于动态变化过程之中，采取恒速泵供水方式，无法维持管压恒定，同时也影响设备寿命：若采取阀门控制调节流量来维持管压，必然造成大量的电能浪费；而且水泵电机直接工频起动与制动带来的水锤效应，对管网、阀门等也具有破坏性的影响。基于恒压、节能及安全性考虑，采取变频调速恒压供水方式是一种不错的选择。据统计采用变频调速技术调节流量实现恒压供水，可节能2050，节能效果相当显著。在讨论变频调速恒压供水系统节能机理与安全性之前，有必要讨论分析供水系统的一些基本概念和（三）技术路线在供水系统中，用水量处于动态变化过程之中，采取恒速泵供水方式，无法维持管压恒定，同时也影响设备寿命：若采取阀门控制调节流量来维持管压，必然造成大量的电能浪费；而且水泵电机直接工频起动与制动带来的水锤效应，对管网、阀门等也具有破坏性的影响。基于恒压、节能及安全性考虑，采取变频调速恒压供水方式是一种不错的选择。据统计采用变频调速技术调节流量实现恒压供水，可节能2050，节能效果相当显著。在讨论变频调速恒压供水系统节能机理与安全性之前，有必要讨论分析供水系统的一些基本概念和：五、设计工作的主要阶段、进度和指标阶段起始日期终止日期进度技术指标第一阶段2015.12.262014.1.15查找资料、确定选题丰富全面第二阶段2016.3.162014.3.30完成开题报告、准备资料掌握核心技术第三阶段2016.4.12016.4.15完成系统概要设计设计合理结构化、模块化第四阶段2016.5.162016.5.30进行系统调试和优化实现制动控制第五阶段2014.6.12014.6.8编写毕业设计论文准备答辩详细全面六、最终目标及完成时间：2014年6月七、现有条件及必须采取的措施八、协作单位及要解决的主要问题协作单位：电子信息工程系解决的问题：。九、指导教师审核意见指导教师签名年 月 日十、系毕业设计(论文)领导小组意见 组长签名 年 月 日甘肃畜牧工程职业技术学院毕 业 论 文4站小车呼叫系统系统设计 系 别： 电子信息工程系 专 业： 电子信息工程技术 班 级: 13.1班 学生姓名: 李旭 指导教师： 李先山 摘要1.1 课题的提出摘要传统的呼叫小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。虽然资金投入、生产和质量管理等因素也占有非常大的比重，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得市场竞争优势的关键。本课题小车呼叫系统是操作人员对小车紧急呼叫的工具。该系统可以在各种环境下都能工作，PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是可随时控制小车的位置，监视小车完成工作任务的程度，而且在特殊情况下，可以根据需要使其完成相应的动作。可编程控制器从1969年诞生，当时主要由分立元件和小规模集成电路组成，后经微处理器的引入直到进入实用化发展阶段，是一步一步的走过来的。可编程控制器进入成熟阶段的标志是大规模、高速度、高性能、产品系列化。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。随着系统能力的提高，PLC提供灵活通信能力、构成了可编程控制系统，人机界面逐步完善，具有离散量和模拟量数据采集系统的监控能力。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备更加容易。目前，我国自己已经可以生产中小型可编程控制器，上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已经具备了一定规模并在工业产品中获得了应用。此外无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。随着我国现代化进程的不断深入，PLC在我国将具有更广阔的应用天地。ABSTRACTAccording to the requirement of Chinas urban water supply, this paper designs a set of water supply system of frequecey control of constant voltage based on PLC, and have developed good operation management interface using Supervision Control and Data Acquisition.The system is made up of PLC, transducer,units of pumps,pressure sensor and control machine and so on. This system is formed by three pump generators,and they form the circulating run mode of frequency conversion. With general frequency converter realize for three phase pump generator soft start with frequency control,operation switch adopts the principle of”start first stop first”. The detection signal of pressure sensor of hydraulic pressure,via PLC with set value by carry out PID comparison operation,so,control frequency and the export voltage of frequency converter,and then the rotational speed that changes pump generator come to change water supply quantity,eventually,it is nearby to maintain pipe net pressure to stabilize when set value. Through work control machine the connection with PLC,with group form software consummately systematic monitoring,have realized operation state development to show and data,report to the police inquiry. 关键词变频调速，恒压供水，PLC，组态软件Keywords:variable frequency speed-regulating, constant-pressure water supply, PLC, supervision control and data acquisition 目录目录第一章 绪论11.1 课题的提出11.2 PLC概述11.2.1 可编程控制器的定义11.2.2 PLC的发展和应用11.2.3 西门子S7-200PLC简介21.3 本课题的主要研究内容2第二章系统的理论分析及控制方案确定42.1 变频恒压供水系统的理论分析42.1.1 电动机的调速原理42.2恒压供水系统控制方案的确定42.2.1恒压供水系统的组成及原理图4第三章系统的硬件设计63.1 系统主要设备的选型63.1.1 PLC及其扩展模块的选型73.1.2 变频器的选型83.2 系统主电路分析及其设计83.3PLC的I/O端口分配及外围接线图9第四章系统的软件设计104.1 PLC程序设计104.1.1控制系统主程序设计104.1.2 控制系统子程序设计104.2 PID控制器参数整定134.3 触摸屏控制界面14第五章 监控系统的设计155.1 组态软件简介155.2 监控系统的设计155.2.1 组态王的通信参数设置155.2.2 新建工程与组态变量165.2.3 组态画面175.2.4 监控系统界面18结束语20参考文献21致谢22附录23主程序梯形图23第一章 绪论1.1 课题的提出本课题主要研究的是基于PLC的小车定点呼叫系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现小车模型控制系统的自动控制。提供较为直观、清晰、准确的小车运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。 将PLC应用到运料小车定点呼叫电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；选定PLC类型，确定系统I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。 PLC在运料小车控制系统中的应用，已经在国内外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。1.2 PLC概述1.2.1 可编程控制器的定义可编程控制器，简称PLC(Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.2.2 PLC的发展和应用世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立组件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言5 ，并将参加运算及处理的计算机存储组件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、轻纺、交通运输、及文化娱乐等各个行业，被称为现代技术的三大支柱之一。 1.2.3 西门子S7-200PLC简介西门子公司具有品种非常丰富的PLC产品。S7系列是传统意义的PLC，S7-200属于小型PLC，在1998年升级为第二代产品，2004年升级为第三代产品，其特点如下6：(1) 功能强大。S7-200有5种CPU模块，最多可扩展7个扩展模块，扩展到248点数字量I/O或38路模拟量I/O，最多有30多KB的程序存储空间和数据存储空间；(2) 先进的程序结构，功能强大、使用方便的编程软件；(3) 灵活方便的寻址方法；(4) 强大的通信功能和品种丰富的配套人机界面；(5) 有竞争力的价格；(6) 完善的网上技术支持等。1.3 本课题的主要研究内容本课题主要研究的是基于PLC的小车定点呼叫系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现小车模型控制系统的自动控制。提供较为直观、清晰、准确的小车运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。 将PLC应用到运料小车定点呼叫电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。它功能强大，可扩展到多达128I/O点，且能增加特殊功能模块或扩展板。本课题主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；选定PLC类型，确定系统I/O设备的数量及种类；控制流程设计；控制程序设计。 PLC在运料小车控制系统中的应用，已经在国内外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广论文包括以下内容：1 论文在对课题对进行分析和研究的基础上，提出了系统的设计方案和思路，确定论文主要的研究内容和研究方法；2分析4站小车基本模型及主要参数，对4站小车系统中采用组态技术与触摸屏技术进行设计调试，确保论文的准确性。3论文就4站小车系统的设计做了详细的分析和研究。从用户的需求入手确定设备的选型；详细分析全自动小车呼叫运行方式小车运行的各种有效状态及其转换过程，讨论PLC的程序设计方法及程序执行特点，并在此基础上提出准确的设方法，最后还提出了保障系统可靠性的一些措施。4 通过计算机和PLC的通信，实现4站小车系统运行状态的实时远程监控是本论文的一个特色之处。论文介绍了计算机和PLC通信系统的组成和通信协议，给出了通信程序，并提出供水系统监控软件设计方法。27第二章系统的理论分析及控制方案确定2.1 变频恒压供水系统的理论分析2.1.1 电动机的调速原理水泵电机多采用三相异步电动机，而其转速公式为：式中：f表示电源频率，p表示电动机极对数，s表示转差率。从上式可知，三相异步电动机的调速方法有：(l) 改变电源频率(2) 改变电机极对数(3) 改变转差率改变电机极对数调速的调控方式控制简单，投资省，节能效果显著，效率高，但需要专门的变极电机，是有级调速，而且级差比较大，即变速时转速变化较大，转矩也变化大，因此只适用于特定转速的生产机器。改变转差率调速为了保证其较大的调速范围一般采用串级调速的方式，其最大优点是它可以回收转差功率，节能效果好，且调速性能也好，但由于线路过于复杂，增加了中间环节的电能损耗7，且成本高而影响它的推广价值。下面重点分析改变电源频率调速的方法及特点。根据公式可知，当转差率变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电机运行性能恶化。随着电力电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，它们促进了变频调速的广泛应用。2.24站小车呼叫方案的确定设计方案： 四站小车的呼叫控制主要是通过输入信号和输出信号的比较，判断小车的实时位置与呼叫位置的预期位置，从而给小车前后行驶的信号来控制小车的运行。所以，我们需要对小车的实时位置以及预期位置进行赋值，这样才能进行比较。我们是用圆台模拟小车的运行，正反转是由变频器设置，PLC给定信号控制的。之后可以将站台以及倒计时时间显示在数码管上。由于有4个站台需要选择，编程时我们选择顺序功能图选择分支。 图2.3变频恒压供水系统控制流程图从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体为：(l) 执行机构：执行机构是由一组水泵组成，它们用于将水供入用户管网，其中由一台变频泵和两台工频泵构成，变频泵是由变频调速器控制、可以进行变频调整的水泵，用以根据用水量的变化改变电机的转速，以维持管网的水压恒定；工频泵只运行于启、停两种工作状态，用以在用水量很大（变频泵达到工频运行状态都无法满足用水要求时）的情况下投入工作。(2) 信号检测机构：在系统控制过程中，需要检测的信号包括管网水压信号、水池水位信号和报警信号。管网水压信号反映的是用户管网的水压值，它是恒压供水控制的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。另外为加强系统的可靠性，还需对供水的上限压力和下限压力用电接点压力表进行检测，检测结果可以送给PLC，作为数字量输入；水池水位信号反映水泵的进水水源是否充足。信号有效时，控制系统要对系统实施保护控制，以防止水泵空抽而损坏电机和水泵。此信号来自安装于水池中的液位传感器；报警信号反映系统是否正常运行，水泵电机是否过载、变频器是否有异常，该信号为开关量信号。(3) 控制机构：供水控制系统一般安装在供水控制柜中，包括供水控制器(PLC系统)、变频器和电控设备三个部分。供水控制器是整个变频恒压供水控制系统的核心。供水控制器直接对系统中的压力、液位、报警信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵机组)进行控制；变频器是对水泵进行转速控制的单元，其跟踪供水控制器送来的控制信号改变调速泵的运行频率，完成对调速泵的转速控制。变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上10。变频恒压供水系统的结构框图如图2.4所示：图2.4变频恒压供水系统框图恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为420mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速，进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频恒压供水。第三章系统的硬件设计3.1 系统主要设备的选型根据基于PLC的变频恒压供水系统的原理，系统的电气控制总框图如图3.1所示：图3.1 系统的电气控制总框图由以上系统电气总框图可以看出,该系统的主要硬件设备应包括以下几部分：(1) PLC及其扩展模块、(2) 变频器、(3) 水泵机组、(4) 压力变送器、(5) 液位变送器。主要设备选型如表3.1所示：表3.1 本系统主要硬件设备清单主要设备型号及其生产厂家可编程控制器（PLC）Siemens CPU 226模拟量扩展模块Siemens EM 235变频器Siemens MM440水泵机组水泵2台压力变送器及显示仪表普通压力表液位变送器液位变送器3.1.1 PLC及其扩展模块的选型PLC是整个变频恒压供水控制系统的核心，它要完成对系统中所有输入号的采集、所有输出单元的控制、恒压的实现以及对外的数据交换。因此我们在选择PLC时，要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、内存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素。由于恒压供水自动控制系统控制设备相对较少，因此PLC选用德国SIEMENS公司的S7-200型。S7-200型PLC的结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统。SIEMENS公司的PLC具有可靠性高，可扩展性好，又有较丰富的通信指令，且通信协议简单等优点；PLC可以上接工控计算机，对自动控制系统进行监测控制。PLC和上位机的通信采用PC/PPI电缆，支持点对点接口(PPI)协议，PC/PPI电缆可以方便实现PLC的通信接口RS485到PC机的通信接口RS232的转换，用户程序有三级口令保护，可以对程序实施安全保护12。根据控制系统实际所需端子数目，考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此选用的S7-200型PLC的主模块为CPU226，其开关量输出为16点，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入CPU226为24点，输入形式为+24V直流输入。由于实际中需要模拟量输入点1个，模拟量输出点1个，所以需要扩展，扩展模块选择的是EM235，该模块有4个模拟输入(AIW)，1个模拟输出(AQW)信号通道。输入输出信号接入端口时能够自动完成A/D的转换，标准输入信号能够转换成一个字长(16bit)的数字信号；输出信号接出端口时能够自动完成D/A的转换，一个字长(16bit)的数字信号能够转换成标准输出信号。EM235模块可以针对不同的标准输入信号，通过DIP开关进行设置。3.1.2 变频器的选型由于本设计中PLC选择的西门子S7-200型号，为了方便PLC和变频器之间的通信，我们选择西门子的MicroMaster440变频器。它是用于三相交流电动机调速的系列产品，由微处理器控制，采用绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和很强的功能。它采用模块化结构，组态灵活，有多种完善的变频器和电动机保护功能，有内置的RS-485/232C接口和用于简单过程控制的PI闭环控制器，可以根据用户的特殊需要对I/O端子进行功能自定义。快速电流限制实现了无跳闸运行，磁通电流控制改善了动态响应特性，低频时也可以输出大力矩。MicroMaster440变频器的输出功率为0.7590KW，适用于要求高、功率大的场合，恰好其输出信号能作为75KW的水泵电机的输入信号。另外选择西门子的变频器可以通过RS-485通信协议和接口直接与西门子PLC相连，更便于设备之间的通信。3.2 系统主电路分析及其设计基于PLC的变频恒压供水系统主电路图如图3.2所示：结合实际情况，本论文的恒压供水系统的主电路如图所示。系统共有二台电机，分别为Ml、M2。其中Ml、 M2均可以在工频或变频两种方式下运行。每台电机都通过两个接触器与变频器输出电源相联，变频器输入电源前面接入一个自动空气开关，来实现电机、变频器的过流过载保护。接触器KM1、KM3分别控制M1、M2的工频运行，KM2、KM4控制M1、M2的变频运行。VVVF为通用变频器. 在系统工作流程中，我们知道当一台调速水泵己运行在上限频率，此时管网的实际压力仍低于设定压力，需要增加水泵来满足供水要求，达到恒压的目的；当调速水泵和工频运行水泵都在运行且调速水泵己运行在下限频率，此时管网的实际压力高于设定压力，此时需要减少工频运行水泵来减少供水流量，达到恒压的目的。图3.2 变频恒压供水系统主电路图3.3PLC的I/O端口分配及外围接线图基于PLC的变频恒压供水系统设计的基本要求如下：(1) 由于白天和夜间小区用水量明显不同，本设计采用白天供水和夜间供水两种模式，两种模式下设定的给定水压值不同。白天，小区的用水量大，系统高恒压值运行；夜间，小区用水量小，系统低恒压值运行。(2) 在用水量小的情况下，如果一台水泵连续运行时间超过3h，则要切换下一台水泵，即系统具有“倒泵功能”，避免某一台水泵工作时间过长。倒泵只用于系统只有一台变频泵长时间工作的情况下。表3.2 输入输出点代码及地址编号名 称代 码地址编号输入信号供水模式信号SB1I0.0启动按钮SB2I0.1停止按钮SB3I0.2压力变送器输出模拟量电压值UpAIW0输出出信号1#泵工频运行KM1、HL1Q3.01#泵变频运行KM2、HL2Q3.12#泵工频运行KM3、HL3Q3.22#泵变频运行KM4、HL4Q3.3指示灯KAQ0.0变频器输入电压信号UfAQW0PLC及扩展模块外围接线图，如图3.4所示：图3.4 PLC及扩展模块外围接线图第四章系统的软件设计4.1 PLC程序设计PLC控制程序由一个主程序、若干子程序构成。4.1.1控制系统主程序设计PLC主程序主要由系统初始化程序、水泵电机起动程序、水泵电机变频/工频切换程序、水泵电机换机程序、模拟量(压力、频率)比较计算程序和报警程序等构成。4.1.2 控制系统子程序设计(1) 初始化子程序SBR_0梯形图如图4.4所示。 图4.4 初始化子程序SBR_0梯形图(2) PID控制中断子程序梯形图如图4.5所示。 图4.5 PID控制中断子程序INT_0梯形图4.2 PID控制器参数整定运行后得到的仿真波形图如图4.8所示图4.8 恒压供水系统阶跃响应仿真波形图从图中不难看出，系统的调节时间较快，且能输出稳定的压力信号，完全符合设计的要求。 4.3 触摸屏控制界面运行后得到的触摸屏控制界面如图4.9所示 图4.9 触摸屏控制界面第五章 监控系统的设计5.1 组态软件简介 组态软件一般有图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件和控制功能组件组成。图形界面系统用于生成现场过程图形画面；实时数据库系统用于实时存储现场控制点的参数；第三方程序接口组件用于组态软件与其他应用程序交换数据；控制功能组件用于生成监控所需的控制策略。本设计中选择北京亚控公司的“组态王”软件制作监控系统。5.2 监控系统的设计5.2.1 组态王的通信参数设置本设计中用S7-200的PPI编程电缆实现计算机与CPU模块的通信。由于使用串行通信接口1，故双击工程浏览器的设备文件夹中的“COM1”图标，在出现的对话框中设置波特率为19200bit/s，如图5.1所示。图5.1 串行通信接口参数设置选中“COM1”后，双击右侧工作区出现的“新建”图标，在出现的对话框的“PLC”文件夹中选择西门子的S7-200系列，通信协议为PPI（见图5.2），设置好单击“下一步”直至“完成”，这样在右侧会出现刚生成的“新IO设备”图标，通信设置结束。 图5.2 通信协议的设置5.2.2 新建工程与组态变量双击“组态王6.52”启动工程管理器，新建一个工程，名为“恒压供水系统”，双击新建工程打开工程浏览器，点击工程浏览器中的“数据词典”图标，右面工作区会出现系统定义好的内存变量。双击最下面的“新建”图标，弹出“定义变量”对话框（见图5.3），开始定义输入输出变量。用同样的方法组态所有变量（见图5.4）。图5.3 定义变量对话框5.2.3 组态画面(1) 建立新画面单击工程浏览器左侧的“画面”图标，双击工作区“新建”图标，弹出“新画面”对话框，输入名称点击确定进入组态王的开发系统。(2) 制作动态监控画面利用工具箱中各画图工具绘制监控系统界面，然后进行动画连接。(3) 编写控制流程程序双击工程浏览器左边窗口“文件命令语言应用程序命令语言”进行编程。(4) 按钮、指示灯组态设定按钮或文字链接的对象，按钮既可以用来执行某些命令，还可以图5.4 数据词典中的变量列表输入数据给某些变量，当和外部的一些智能仪表、PLC等进行连接时，会大大增加其数据传输的简洁性；指示灯组态后用于显示系统的工作状态。5.2.4 监控系统界面系统运行主监控界面如图5.5所示， 图5.5恒压供水系统监控界面系统运行监控实时趋势曲线界面如图5.6所示图5.6系统运行监控实时趋势曲线界面 系统运行监控报表曲线界面如图5.7所示结束语本文主要的工作如下：经过两个星期的团队协作，我们小组终于合力完成了这次实训任务。期间酸甜苦辣，冷暖自知。 在此之前，因为几经学习过西门子S7-200的PLC，但第一次感觉有些生疏，还有模拟量数据的采集的项目，更是第一次接触，内心比较好奇再加上心中想要快些上手的想法催着我去接触了解更多，一开始的接线和程序图只能按照老师给的提示依样画葫芦，直到前两个项目做完，才知道原来很简单，并且它们是为后面一个项目打基础。 最后一个项目我们组分工明确，两个组员一人负责硬件接线，一人负责软件编程与调试，一起调试组态王的模拟与监控。总体来说我们组比较好的完成了既定任务，在后续程序调试中互相帮助解疑。 这次毕业设计让我感触很深： 同一个程序可能有多种编程思路，要从中选择最适合的设计