【《基于PLC的恒压供水控制系统设计与实现》8000字（论文）】

参数设定功能P1030恢复出厂设置P9701P33增加权限（专家）P7002操作面板为键盘P7011正反转命令选择P10002频率设定值选择传感器选型随着我国科技的发展，国产传感器的进化速度大幅提升，有不少国产传感器已经可以与进口传感器媲美，比如著名的中国电科传感器，其采用的技术与硬件十分先进，精度也很好，但是价格较为昂贵，考虑到此次实验的经济性与适用性，我选择了国产欣导公司生产的液压传感器，型号为KLH-MPM-1MF，如REF_Ref91926431\h图3所示，其量程为0-1.6MPa，传感器在设计环节中的作用就是将液压信号转化为4~20mA的电流，然后通过PLC将其输出到PLC的模块，随后再将其与设置的数值进行对比。因此对变频调速系统的输出进行了控制。图SEQ图\*ARABIC3液体压力传感器实物图监控界面的设计MCGS组态软件简介本次设计采用MCGS为系统的监控软件，其运用广泛，适配性强，可以在很多操作系统中进行设置，采用此软件编写组态界面方式简单，易于操作，与PLC建立通信可靠，下载程序至硬件中时方式多样。

MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一种组态软件系统，其主要用于快速构造与生成上位机监控系统[8]。它有十分突出的特点：功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强。通过与其他相关的硬件设备的配合，在进行数据采集，处理，控制时能够更加迅捷，精准。MCGS的组成MCGS组态软件是由主控窗口，设备窗口，用户窗口，实时数据库和运行策略5大部分组成，如REF_Ref91270659\h图4所示每一部分都发挥着不同的作用[9]。主控窗口:主控制窗是项目中最重要的部门，它负责其他多个窗口的运行，操作员可以在这个窗口上切换装置或者使用中的窗口。特别是在设备视窗的属性上进行了改动，其中包含了新的项目名称，以及项目的创建。设计出封面图案，决定开启时间，并设置动画刷新循环。指明资料库档案名和储存日期等。设备窗口:通过设备窗口选择父设备与子设备，可以建立与PLC的通信，其中子设备选择与PLC同一型号，便可进行后续的PLC数据采集，通过添加设备通道，实现数据匹配，达到触摸屏控制PLC的目的。用户窗口:本窗口主要用于绘制工程中人机互动的界面，通过添加预期组态图画，输入对应数据，完成最终组态界面的编辑，利用此窗口可以生成各种动画显示界面、运行方式的切换和实时曲线图表等。实时数据库:涵盖了工程中数据的交换及处理，在此窗口可以进行新增数据的名称，初值和工程单位，通过设置对象类型与用户窗口达成配对[10]。运行策略:这个视窗主要负责对项目的操作过程进行控制。包含了写控制程序（if…then脚本），选择了不同的功能部件，例如：数据提取，历史曲线，计时器，配方操作，多媒体输出等。。图SEQ图\*ARABIC4组态软件组成图建立组态界面建立窗口[1]如REF_Ref91270962\h图5，先选中“用户窗口”，再点击“新建窗口”即可创建“窗口0”。图SEQ图\*ARABIC5用户窗口图[2]如REF_Ref91270984\h图6双击“窗口0”或者点击“窗口属性”可以修改窗口的属性（窗口名称，窗口标题等）图SEQ图\*ARABIC6窗口属性图[3]按照此方式依次建立所需窗口。定义数据对象定义数据对象需要在实时数据库中进行，数据对象是组成实时资料库的基础单位，因此，建立实时资料库的程序即为数据的界定[11]。[1]首先选择工程中的“实时数据库”窗口，进入实时数据库窗口页进行编辑。[2]然后点击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象。[3]如REF_Ref91271071\h图7，点击选中对象，右击“对象属性”按钮，即可打开“数据对象属性设置”窗口，在这里可以更改对象名称，初值，上下限幅值和对象类型。图SEQ图\*ARABIC7数据对象属性图[4]按照此方式依次设置其他对象。编辑界面如REF_Ref91271134\h图8，选中主窗口图标，点击“动画组态”，即可进入动画组态窗口，开始编辑画面。根据实际所需在工具箱中寻找相应模块并按照合理的布局插入。图SEQ图\*ARABIC8对象元件库组态界面最终效果如REF_Ref91271148\h图9所示：图SEQ图\*ARABIC9最终组态图MCGS与PLC的通信要想能够在显示屏上点击的同时，PLC能够做出相应指令，就需要进行MCGS与PLC的通信，MCGS通过上位机中的串行口设备和PLC上的通讯单元（编程口）建立串行通讯连接，从而达到操作PLC设备的目的[12-13]。点击“设备窗口”图标进入，在空白处点击右键打开设备工具箱，通过工具箱添加通用串口父设备，再在所有设备中的PLC选择s7-200PPI(与PLC配套)。右键点击子设备，添加连接变量设备通道，设置新增通道的属性。具体设置如图所示,我所使用的是RS485通信接口，所以设置COM2端口，点击“确认"完成设置。如REF_Ref91271182\h图10所示：图SEQ图\*ARABIC10组态PLC通信图系统软件设计软件介绍由于本设计采用的PLC型号为西门子S7-200smart，所以选择Step-7软件作为其对应编程软件，这是一款功能强大，专业性强，操作要求精准的实用且高效的工业化软件。该软件与西门子s7-200系列可编程控制器配套使用，能够将所编写的程序完美传达至PLC，且其功能强大，附带模块齐全，编写界面清晰易懂，适合初学者使用。通信软件设计在梯形图编写完毕后，需要优先建立PC端与PLC硬件的通信，在通信地址匹配过后，再将所写程序写入下载到PLC硬件中，步骤如下：（1）将PLCCPU改为与硬件一致（SR30）。（2）查询PLC的CPU地址。（3）将PC端的IP地址改为与PLC同一段即可实现两者通信，如REF_Ref91271269\h图11所示。图SEQ图\*ARABIC11PLC软件硬件通信图程序流程框图系统大致流程图如REF_Ref91271289\h图12所示：图SEQ图\*ARABIC12程序运行流程图PID控制程序图SEQ图\*ARABIC13PID控制流程图系统PID控制恒压供水的原理如REF_Ref91271368\h图13所示,PID控制器就是依据给定压力值与压力变送器反馈值之间的偏差来调节输出,其判定公式为:而PID的主要目的就是使e(t)尽可能趋向于0,能够在最大程度上减小误差,最为理想的目标是彻底消除误差。但在实际操作中，误差是不可避免的，所以我们只有尽最大努力提高它的精度﹐使系统稳定运行[14-15]。在此设计中通过了PLC实现PID的控制方式：[1]进行PID数据规划：设定采样时间，积分时间，微分时间，如REF_Ref91498441\h图14。图SEQ图\*ARABIC14PID数据规划[2]输入采集，如REF_Ref91926796\h图15。图SEQ图\*ARABIC15输入采集[3]设定PID初值，如REF_Ref91926807\h图16。图SEQ图\*ARABIC16PID初值设定[4]激活PID指令，如REF_Ref91926821\h图17。图SEQ图\*ARABIC17激活PID[5]PID输出给到变频器，如REF_Ref91926835\h图18。图SEQ图\*ARABIC18PID输出测试及结果连线过后的实物模型如REF_Ref91679474\h图19：图SEQ图\*ARABIC19实物模型图在经过了一系列的测试之后，最终此次设计结果如下：首先在触摸屏上设置自动模式，将压力值设定为1MPa，点击启动之后，观察频率变化与电机的运转如REF_Ref91679640\h图20，工频泵工作3s后投入变频泵运行；图SEQ图\*ARABIC201Mpa频率显示然后能够在触摸屏上明显看到实时水压持续增加，变频泵频率随之下降直至降到0由工频泵独自工作，最终当前压力稳定到1MPa后，工频泵再退出工作，如REF_Ref91679656\h图21做到恒压供水。图SEQ图\*ARABIC21系统运行时组态显示将系统切换至手动模式时，就可以直接滑动触摸屏上的按钮调节变频泵的运行频率如REF_Ref92210261\h图22图SEQ图\*ARABIC22手动运行组态显示总结：根据实验运行结果可以得出本次设计实现了恒压供水，且可进行手动自动的切换，达到了系统的设计目标。结论本文主要针对变频恒压式给水进行了研究。此系统需要西门子系列变频器和PLC协同运做完成设计目标，该系统采用PLC控制，进行PID调节，在触摸屏上按实际需求设定压力给定值，根据压力传感器检测的值与设定值之间的差值来控制水泵的工作模式,达到变频恒压供水的目的，保证了泵的工作效率，同时还可对系统进行实时监控，切换系统自动与手动两种运行模式，实保证供水系统的稳定和安全。变频恒压供水系统广泛应用于在日常生活，工业生产与农业灌溉中且在其中起着至关重要的作用，依靠PLC与变频器下实现的恒压供水控制系统具有更高的效率、更优良的供水质量、更可靠的供水模式，更显著的节能效果与更快的动态响应。除此之外，变频恒压自动控制大大减少了人工操作步骤，节省了人力、财力的消耗，既提高了供水质量，，降低了供水期间电能水能的消耗，又减轻了人员的劳动。中国一直倡导厉行节约，因此该设计也做到了符合国情，对国家，对人民都有着深刻的意义。在当前国内外对变频恒压供水控制系统进行研究和设计的基础上，针对各种情况，将工业控制技术、网络通信技术与系统EMC兼容的变频恒压供水系统进行了比较深入的探讨，发现目前的变频恒压系统还是不够完善。所以我们还需要花费更多精力，研发出能够进一步改善变频恒压供水系统的性能，提高系统的精度的供水系统，这将会使今后的生活品质和生产相率得到提高。通过这次毕业设计，我不仅能够灵活地使用所学的知识，而且还能够提高自己的动手能力。提高了对项目进行独立设计的思考能力。为以后的工作积累了丰富的经验，奠定了坚实的基础，我相信在今后的工作中我也能将此次设计所学内容与精神运用于其中。这是我们从学校走向职场的关键一环。参考文献[1] 冯义.首钢热轧水处理系统平衡的建立和自动控制[D].东北大学,2011.[2] 梁宏.基于PLC的变频恒压供水系统的设计[J].自动化应用,2019(04):12-13.[3] 吴云彤,赵莉楠.变频器驱动水泵在船舶上的应用[J].硅谷,2013,6(07):130+90.[4]陈淑晴,付莹.PLC与变频器在恒压供水系统中的应用[J].数码世界,2016(12):219-220.[5] 丁周伟.泵站恒压供水系统的设计与实现[D].哈尔滨工业大学,2006.[6]龙迎春,余波年.全自动变频调速恒压供水及其远程监控系统的设计[J].韶关学院学报(自然科学版),2006(06):58-61.[7] 魏孔明.变频器在恒压供水中的应用[J].机械研究与应用,2011,24(05):122-123+126.[8]王瑜瑜,刘少军.基于MCGS的自动门监控系统的设计[J].机械与电子,2015(03):63-66.[9] 李建华,孙海波,刘占阳,王亮,桂振梅.MCGS组态软件在核子秤计量中的应用[C]//.中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集.,2004:212-215.[10] 刘小春.基于MCGS的PLC仿真实训系统的设计与实现[J].自动化技术与应用,2012,31(10):46-50+57.[11]闫亚妮.旋转导向钻井稳定平台无线监控技术研究[D].西安石油大学,2011.[12] 朱晋,虞炜华.组态软件在汽车零部件自动检测系统中的应