基于GPRS的PLC多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

基于gprs的plc多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要在我國北方地區(qū)主要采用集中供暖的方式，根據(jù)小區(qū)供暖對(duì)恒壓恒溫的控制要求，本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)、工業(yè)智能模塊、傳感器和執(zhí)行器組成一個(gè)溫度和壓力雙重閉環(huán)的供暖控制系統(tǒng)。通過組態(tài)控制方法和pid控制策略，設(shè)計(jì)了組態(tài)界面監(jiān)控程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小區(qū)供暖系統(tǒng)溫度、壓力、流量參數(shù)的現(xiàn)場采集和實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而提高控制精度。在本設(shè)計(jì)了主要分為三個(gè)部分：上位機(jī)通用組態(tài)軟件、gprs無線傳輸、下位機(jī)s7-200 plc。在上位機(jī)部分采用的是mcgs通用組態(tài)軟件，mcgs是數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它以靈活多樣的組態(tài)方式為用戶提供良好的用戶開發(fā)界面，具有豐富的畫面顯示組態(tài)功能。在組態(tài)界面上主要顯示各小區(qū)換熱站的網(wǎng)管溫度、壓力、流量等參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行控制，保證其安全可靠的運(yùn)行。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是通過gprs dtu和移動(dòng)公司gprs網(wǎng)絡(luò)來完成的。dtu是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊，在網(wǎng)絡(luò)中主要完成下位機(jī)與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，同時(shí)也是與移動(dòng)gprs網(wǎng)絡(luò)的工作接口。下位機(jī)部分利用了西門子得s7-200 plc對(duì)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況及參數(shù)進(jìn)行采集和控制。通過在實(shí)驗(yàn)室將程序進(jìn)行調(diào)試，使其控制精度、運(yùn)行可靠性基本符合了系統(tǒng)的控制要求。關(guān)鍵詞：s7-200 plc gprs pid mcgs組態(tài)軟件the design of multi-point temperature control system based on gprs and plc abstractin the northern china mainly uses the central heating way, according to the district control requirements of constant pressure and temperature. this design uses the computer, industrial intelligent module, sensors and actuators form a temperature and pressure double closed loop of heating control system. through the configuration control method and pid control strategy, design the monitoring program of configuration interface, realizing the data acquisition and real-time adjustment of temperature, pressure, and flow rate parameters in the heating control system, so as to improve the control precision. this design can be divided into three parts, including the general configuration software of upper machine, gprs wireless transmission, plc s7-200.use mcgs general configuration software as the upper part. mcgs is specialized software of data acquisition and process control. it has rich pictures showed function and flexible configuration mode, which provide good interface development for user. in the configuration interface mainly shows the temperature, pressure, flowing parameters of every heating transfer station and its control, ensure the safe and reliable operation. the data transmission network of system is mainly through the gprs dtu and mobile company gprs network. dtu is the sending and receiving module, which is used to finish the transmission task between the upper machine and the under machine in the network. meanwhile its also the connection with mobile gprs network.in the under machine we use siemens s7-200 plc to gather the data and control the operation of the heating system. through the program testing in the laboratory, finish the control system basically both in control accuracy and operation reliability. key words: s7-200 plc；pid；gprs；mcgs 目 錄1 引言12 工藝要求及設(shè)計(jì)方案22.1工藝要求22.2設(shè)計(jì)方案23.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)43.2 gprs 技術(shù)43.2.1 gprs簡述43.2.2選擇 gprs的優(yōu)勢43.2.3選擇 gprs要解決的主要問題43.3 gprs型號(hào)選擇53.3.1 gprs的型號(hào)53.3.2 h7710的dtu參數(shù)設(shè)置63.4 gprs連接74 電氣控制104.1控制方案114.1.1 pid模擬量的控制結(jié)構(gòu)114.1.2 pid的指令向?qū)?24.1.3 pid的參數(shù)124.2溫度控制124.2.1手動(dòng)控制方式134.2.2自動(dòng)運(yùn)行方式144.3恒壓控制184.3.1變頻器184.3.2壓力手動(dòng)運(yùn)行方式194.3.3壓力自動(dòng)運(yùn)行方式204.4補(bǔ)水箱液位控制214.5供水流量的控制225 硬件及設(shè)備選型245.1plc245.1.1模擬量輸入輸出模塊的選型245.1.2 i/o分配255.2設(shè)備選型255.2.1傳感器的選擇255.2.2變頻器的選擇275.2.3電動(dòng)閥門的選擇276通用組態(tài)軟件286.1關(guān)于mcgs組態(tài)軟件286.2mcgs的組成部分286.2.1主控窗口286.2.2用戶窗口296.2.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫296.2.5腳本程序306.2.6設(shè)備窗口316.3系統(tǒng)組態(tài)流程327系統(tǒng)調(diào)試337.1調(diào)試過程337.1.1接線337.1.2分步調(diào)試337.1.3組態(tài)連接357.2調(diào)試過程中的問題367.2系統(tǒng)存在的問題368 結(jié)論38謝辭39參考文獻(xiàn)40附錄41外文資料49唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)1 引言隨著近年來我國城市建設(shè)的迅速發(fā)展，在我國北方地區(qū)普遍采用的是集中式的供暖方式。熱電廠將熱水通過城市的高溫供熱管道送至分布在城市中的各個(gè)居民小區(qū)換熱站中。換熱站的高溫管道中的熱水與居民暖氣片中的冷水通過換熱器進(jìn)行交換熱量再將交換后的熱水送入各居室內(nèi)作為供暖用。一個(gè)供熱公司通?？刂茙讉€(gè)甚至多個(gè)小區(qū)的供暖，供暖作為城市發(fā)展一個(gè)重要的基礎(chǔ)設(shè)施是經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的源泉，加強(qiáng)對(duì)供暖的信息化建設(shè)不僅可以為供熱公司提高經(jīng)濟(jì)效益還對(duì)城市建設(shè)發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。本文利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)整個(gè)供暖系統(tǒng)運(yùn)行過程中的主要參數(shù)、管網(wǎng)信息、設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測、實(shí)時(shí)的調(diào)度和自動(dòng)化的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信息管理，并將監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)行情況用組態(tài)畫面顯示，直觀的表現(xiàn)出管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，再結(jié)合pid等數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化反饋，完成對(duì)供暖系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠合理的配置。在一次高溫?zé)崴闹骶W(wǎng)分支進(jìn)入換熱站之前，加裝了電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和測量一次熱水流量的測量變送器；為了保持二次回路壓力的穩(wěn)定，在二次回路加裝有變頻補(bǔ)水泵以穩(wěn)定二次供暖回路的壓力。同時(shí)在二次管網(wǎng)中還裝了溫度傳感器和壓力傳感器。目前采用s7-200plc技術(shù)與gprs無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合對(duì)供暖遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在對(duì)管網(wǎng)的快速、準(zhǔn)確監(jiān)控、安全維護(hù)、搶修施工等方面具有重要的意義。2 工藝要求及設(shè)計(jì)方案2.1工藝要求（1）檢測顯示與上傳六個(gè)換熱站的參數(shù)熱網(wǎng)回水溫度，補(bǔ)水箱液位，熱網(wǎng)回水壓力，供水網(wǎng)的流量，（2）控制和聯(lián)鎖部分plc控制器根據(jù)補(bǔ)水管網(wǎng)的壓力，控制補(bǔ)水泵轉(zhuǎn)速。根據(jù)換熱器出水口溫度調(diào)節(jié)供水網(wǎng)上加裝的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來控制溫度保持在一定的范圍內(nèi)恒定。當(dāng)補(bǔ)水箱處于低液位時(shí)，報(bào)警信號(hào)送至plc，同時(shí)停補(bǔ)水泵。（3）報(bào)警保護(hù)部分補(bǔ)水箱處于低液位或高液位熱網(wǎng)回水壓力大于0.35mpa時(shí)換熱站出水口的溫度超過設(shè)定值5時(shí)產(chǎn)生報(bào)警2.2設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)主要是要把分步在六個(gè)換熱站的管網(wǎng)溫度和壓力等參數(shù)上傳到監(jiān)控中心的上位機(jī)上，以便工作人員可以通過上位機(jī)直觀的看到各個(gè)換熱站設(shè)備的運(yùn)行情況并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。每個(gè)換熱站的控制參數(shù)和情況都是一樣的，所以在下面的設(shè)計(jì)里只研究了一個(gè)換熱站的控制運(yùn)行情況。一個(gè)換熱站的控制系統(tǒng)主要是由三部分組成：現(xiàn)場換熱站的s7-200 plc1的控制部分、gprs無線數(shù)據(jù)傳輸部分、監(jiān)控室控制中心上位機(jī)mcgs組態(tài)軟件部分。系統(tǒng)首先通過s7-200 plc采集換熱站內(nèi)的溫度、壓力、流量變送器的現(xiàn)場信息參數(shù)，通過rs232模塊完成與gprs dtu的數(shù)據(jù)交互2。監(jiān)控室內(nèi)的上位機(jī)與gprs 數(shù)據(jù)接收端連接起來并定時(shí)的接收從現(xiàn)場傳來的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)利用組gprs接收現(xiàn)場plc對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過mcgs組態(tài)軟件記錄和分析，在計(jì)算機(jī)的屏幕上清晰的顯示出來；通過pid運(yùn)算對(duì)給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果作為控制信號(hào)通過gprs的無線通信傳送到現(xiàn)場換熱站的plc去控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行的控制。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。（1）大多數(shù)換熱站都采用的是超短波來進(jìn)行傳輸，但是隨著城市的快速發(fā)展，許多的高樓大廈拔地而起阻擋了信號(hào)的傳輸，使許多的數(shù)據(jù)不能正常抄報(bào)。無線電波還具有一定的局限性，抗干擾的能力也比較差。對(duì)于現(xiàn)有的傳輸系統(tǒng)不僅需要人工檢查進(jìn)行大量的維護(hù)，還需要投入大量的維修費(fèi)用，嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了有效的解決供熱管網(wǎng)存在的數(shù)據(jù)傳輸問題本方案采用的是gprs通用分組業(yè)務(wù)，它允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移的模式下發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，不需要電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。gprs不僅可以提供一種高效率、低成本的無線分組業(yè)務(wù)，還適用于間斷的、突發(fā)性、頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)采用這種無線傳輸方式不僅提高了效率，還在很大程度上為用戶降低了成本3。恒溫系統(tǒng)恒壓補(bǔ)水gprs終端1s7-200mcgs組態(tài)監(jiān)控工控機(jī)gprs傳輸終端無線通信恒壓補(bǔ)水恒溫系統(tǒng)gprs終端6s7-200圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖（2）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分我們采用的是西門子sp-200系列的plc，其他換熱器控制系統(tǒng)有采用單片機(jī)，arm等控制方式的。plc可用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，在系統(tǒng)中只留下少量的輸入輸出硬件，使系統(tǒng)由于觸點(diǎn)接觸不實(shí)造成的故障減少，另外在編程方面plc也比單片機(jī)和arm簡單容易理解。在plc型號(hào)選擇時(shí)有些控制系統(tǒng)基本上均采用s7-300plc，雖然其i/o點(diǎn)數(shù)增加了可以充分的滿足系統(tǒng)的控制要求，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)的成本，在本設(shè)計(jì)里六個(gè)站里分別安裝了plc，控制的數(shù)字量不是很多，所以本系統(tǒng)采用了s7-200加上擴(kuò)展模塊的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的采集。（3）在監(jiān)控中心的上位機(jī)部分利用的是通用組態(tài)軟件，此軟件能直觀的對(duì)現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，畫面美觀形象，人機(jī)界面良好，還有最大的優(yōu)勢就是功能齊全應(yīng)用起來簡單方便還可以清晰的顯示現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，生成生報(bào)表瀏覽報(bào)警信息。3 數(shù)據(jù)傳輸3.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是通過gprs dtu和移動(dòng)公司gprs網(wǎng)絡(luò)來完成的。dtu是數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊，在網(wǎng)絡(luò)中主要完成s7-200 plc與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，同時(shí)也是與移動(dòng)gprs網(wǎng)絡(luò)的工作接口。3.2 gprs 技術(shù)3.2.1 gprs簡述gprs(general packet radio service，通用分組無線業(yè)務(wù))是現(xiàn)有g(shù)sm系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新承載業(yè)務(wù)，為gsm用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)3。gprs采用分組交換技術(shù)，資源可以被充分的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到171.2kb/s。gprs技術(shù)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，可以使用戶永遠(yuǎn)在線并且按照流量的大小收取費(fèi)用，在不傳送數(shù)據(jù)的時(shí)候不會(huì)收取費(fèi)用，這就在很大程度上降低了用戶的服務(wù)成本。3.2.2選擇 gprs的優(yōu)勢選擇一個(gè)合適的傳輸方案是決定系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。gprs可以讓用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，很適合小區(qū)供暖這種間斷的、突發(fā)的和頻繁的少量數(shù)據(jù)的傳輸4。gprs技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室的研究，在小范圍地區(qū)內(nèi)試用再到正常的商用，這個(gè)過程經(jīng)過了長時(shí)間的完善，改進(jìn)使其技術(shù)具有很強(qiáng)的可靠性；gprs設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端dtu傳輸設(shè)備能一開機(jī)就自動(dòng)連接到gprs網(wǎng)絡(luò)上，可以使監(jiān)控中心實(shí)時(shí)在線對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，它能夠高速傳輸并具有一定的可靠性；gprs網(wǎng)絡(luò)覆蓋面很廣，不存在信號(hào)盲區(qū)，并且是按照流量收取費(fèi)用，收費(fèi)合理、科學(xué)，使企業(yè)的投資減小，提高經(jīng)濟(jì)效益4。3.2.3選擇 gprs要解決的主要問題gprs是一種新的技術(shù)，中國移動(dòng)通訊有限公司作為運(yùn)營商為它提供了滿足行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，但要實(shí)施gprs數(shù)據(jù)采集與管網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)還需要解決以下主要技術(shù)問題：（1）數(shù)據(jù)中心接入方式的選擇采用gprs網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心有公網(wǎng)接入方式和專網(wǎng)接入方式。服務(wù)器采用公網(wǎng)的接入方式接入internet，如adsl撥號(hào)或電信專線寬帶上網(wǎng)等，申請公網(wǎng)固定的ip 地址，可以滿足中小容量的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。服務(wù)器采用當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)通信公司提供的ddn專線（digital data network，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)，即平時(shí)所說的專線上網(wǎng)方式），申請配置固定的ip地址，與gprs網(wǎng)絡(luò)相連。因?yàn)閐dn專線可以為系統(tǒng)提供較寬的帶寬，這就為plc大容量的系統(tǒng)提供了一個(gè)平臺(tái)。gprs的公網(wǎng)登錄與專網(wǎng)登錄的不同方面是apn不同，公網(wǎng)cmnet 登錄時(shí)不需要用戶名和密碼，并且分配的ip地址是動(dòng)態(tài)的；專網(wǎng)是中國移動(dòng)通訊公司給定的，登錄時(shí)需要密碼和用戶名，它被分配的ip地址是固定不變的，所以可以看作是sim卡和ip地址綁定，并不在sim卡里有ip地址，而是分配給sim卡的ip地址是不變的，這就是gprs公網(wǎng)登錄與專網(wǎng)登錄的區(qū)別也是sim卡綁定的原理。（2）數(shù)據(jù)中心ip 地址的選擇在本系統(tǒng)里就是選擇的sim卡與ip地址綁定的模式，在這種模式下監(jiān)控中心可以獲得一個(gè)固定的ip地址，數(shù)據(jù)終端dtu將地址配置后，一上電就可以與監(jiān)控中心建立雙向的數(shù)據(jù)通道，不用進(jìn)行域名的解析，數(shù)據(jù)流量小，使得傳輸速度提高。這樣系統(tǒng)采用gprs作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊手段，利用無線分組交換技術(shù)為用戶提供高速率，高透明數(shù)據(jù)傳輸通道。3.3 gprs型號(hào)選擇3.3.1 gprs的型號(hào)gprs數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)與普通的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不同，對(duì)各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用有很強(qiáng)的專業(yè)性和特殊性，在不同的行業(yè)運(yùn)用里為用戶提供不同的數(shù)據(jù)終端，這就要求結(jié)合各行業(yè)運(yùn)行的不同特點(diǎn)進(jìn)行硬件、軟件開發(fā)和系統(tǒng)集成。為此，宏電公司在總結(jié)近幾年來的行業(yè)應(yīng)用不同特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和具體的實(shí)際情況，推出了公用基礎(chǔ)平臺(tái)、個(gè)性化應(yīng)用設(shè)計(jì)的h7710系列無線ddn的通信終端(dtu)產(chǎn)品5。 深圳市宏電技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的h7000無線ddn系統(tǒng)為用戶提供了高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。主要針對(duì)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、工業(yè)的監(jiān)控、交通管理、金融等很多部門的應(yīng)用，利用gprs網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，同時(shí)考慮到各應(yīng)用部門在網(wǎng)絡(luò)方面的需要，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。 特別適合中心對(duì)多點(diǎn)、點(diǎn)多分散的中小數(shù)據(jù)量的傳輸。h7710 gprs/cdma dtu（data termination unit）：rs232/422/485接口，為用戶提供公用的基礎(chǔ)性平臺(tái)和個(gè)性化應(yīng)用選擇。 無線ddn數(shù)據(jù)中心路由器：用戶數(shù)據(jù)中心的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，可采用寬帶網(wǎng)絡(luò)或gprs/cdma接入方式與gprs/cdma dtu進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和協(xié)議轉(zhuǎn)換，并通過以太網(wǎng)接口與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通信。 通過對(duì)宏電h7000系列的產(chǎn)品多方面的綜合考慮在本系統(tǒng)選擇h7710型號(hào)作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。表3-1 h7710的功能特點(diǎn)h7710的特點(diǎn)h7710功能h7710設(shè)備參數(shù)（1）dtu為用戶提供透明數(shù)據(jù)傳輸通道直接提供rs-232/422/485接口（2）永遠(yuǎn)在線，按流量計(jì)費(fèi)（3）組網(wǎng)簡單、迅速、靈活使用方便、靈活、可靠 支持雙頻gprs或cdma 1x網(wǎng)絡(luò) 支持gsm-r和gota網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和ip地址ttl/rs-232/422/485天線接口：50/sma 陰頭 sim卡：3v ；數(shù)據(jù)速率：300115,200bits/s接口端子：3.5mm可插拔接線端子(1424awg線) 配置接口：rs-232(需配h7071專用配置線纜) 最大工作電流：230ma+12vdc工作環(huán)境溫度：-30+70c3.3.2 h7710的dtu參數(shù)設(shè)置在主菜單(main menu)狀態(tài)下鍵入c進(jìn)入dtu參數(shù)配置，如果沒有刪除配置的密碼，就要輸入密碼進(jìn)入，宏電h711x 系列的gprs無線ddn數(shù)據(jù)終端設(shè)備出廠的初始密碼都為：1234，輸入了正確的密碼后就可以進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面5。表3-2 dtu參數(shù)設(shè)置 序號(hào)菜單說明1mobile service center (msc) setup移動(dòng)業(yè)務(wù)中心參數(shù)配置2data terminal unit (dtu) setup數(shù)據(jù)終端參數(shù)配置3data service center (dsc) setup數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心參數(shù)配置4serial port setup串口通訊參數(shù)配置5special setup特殊參數(shù)設(shè)置在主菜單下可以對(duì)以上的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，按下1鍵可以對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)中心的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中包括對(duì)呼叫號(hào)碼、用戶名稱、密碼、接入點(diǎn)名稱和用戶sim卡pin碼設(shè)置。在主菜單下按下2鍵就可以對(duì)數(shù)據(jù)終端的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)入數(shù)據(jù)終端參數(shù)配置(data terminal unit (dtu) setup)界面后按下1鍵，按提示的信息可以填寫移動(dòng)終端識(shí)別號(hào)，輸入當(dāng)前sim卡用戶對(duì)應(yīng)的手機(jī)號(hào)碼，為了安全起見還可以設(shè)置數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心的登錄密碼。在數(shù)據(jù)終端參數(shù)設(shè)置(data terminal unit (dtu) setup)菜單狀態(tài)下鍵入3，可以設(shè)置通訊端口號(hào)，通訊端口號(hào)必須與gprs數(shù)據(jù)終端所接入數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的通訊端口號(hào)相對(duì)應(yīng)，設(shè)置本地移動(dòng)終端通訊端口號(hào)，宏電出廠端口號(hào)一般為：5001。在參數(shù)設(shè)置主菜單下還可以對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中心的ip地址，域名和通訊端口進(jìn)行設(shè)置。在dtu參數(shù)配置(configurations)里最重要的就是串口通訊參數(shù)的配置，在這里可以設(shè)置波特率、字節(jié)位長度、校驗(yàn)類型、停止位長度等。（1）baud rate (波特率)在配置串口通信參數(shù)配置(serial port setup)菜單狀態(tài)下按下1顯示的頁面就可以按下18 選擇用戶所需要的波特率即可，如果需要設(shè)定自己特殊的波特率，鍵入9，然后輸入所需值，鍵r 就可以返回界面。（2）data bits (字節(jié)位長度)在串口通信參數(shù)配置(serial port setup)菜單狀態(tài)下鍵入2，按提示信息選擇所需字節(jié)長度即可。（3）parity bit (校驗(yàn)類型)在串口通信參數(shù)配置(serial port setup)菜單狀態(tài)下鍵入3，按所提示的信息選擇所需要的校驗(yàn)類型即可。（4）stop bit (停止位長度)在串口通信參數(shù)配置(serial port setup)菜單狀態(tài)下按下4，然后按提示信息輸入停止位長度即可。3.4 gprs連接gprs的連接主要包括：gprs與上位機(jī)mcgs組態(tài)軟件的連接和gprs與下位機(jī)s7-200系列的plc連接。gprs數(shù)據(jù)發(fā)送端dtu與plc的相連首先要進(jìn)行dtu的參數(shù)設(shè)置，將設(shè)置好的dtu用rs232的數(shù)據(jù)線將兩個(gè)設(shè)備連接起來，gprs就可以自動(dòng)的接收plc采集的各種參數(shù)，并將其傳送到監(jiān)控中心的上位機(jī)上。在監(jiān)控中心內(nèi)gprs modem安裝過程中要注意的問題就是要將gprs的串口線直接與電腦的串口線相連，這樣才能夠保證信號(hào)的強(qiáng)度足夠撥號(hào)成功。（1）在安裝gprs modem的過程中首先點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)左下角的開始，找到控制面板按照下面的順序進(jìn)行屬性設(shè)置：控制面板 電話和調(diào)制解調(diào)器選項(xiàng) 調(diào)制解調(diào)器 選擇添加不檢測調(diào)制解調(diào)器 標(biāo)準(zhǔn)19200bps調(diào)制解調(diào)器 選定安裝到哪個(gè)串口（2）設(shè)置19200調(diào)制解調(diào)器將上面的設(shè)置完成后，將19200調(diào)制解調(diào)器安裝到com2口，就可以按下面的順序?qū)?9200調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行設(shè)置：控制面板 電話和調(diào)制解調(diào)器選項(xiàng) 調(diào)制解調(diào)器 屬性 常規(guī) 串口2 最高速率（57600） 高級(jí) 額外的初始化命令在額外的初始化命令一欄中填寫：at+cgdcont=1，ip，cmnet ，設(shè)置面板如圖3-1所示。圖3-1 調(diào)制解調(diào)器設(shè)置最后在完成調(diào)制解調(diào)器的屬性設(shè)置后可以再按照上面的順序進(jìn)入控制面板檢測調(diào)制解調(diào)器安裝是否正確。（3）建立撥號(hào)連接在本系統(tǒng)里采用的是撥號(hào)到專用網(wǎng)絡(luò)的方式，所以要新建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接方式，可以按照下面的順序進(jìn)行設(shè)置：新建連接撥號(hào)到專用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)19200調(diào)制解調(diào)器電話號(hào)碼填： *99*1#（4）設(shè)置撥號(hào)連接網(wǎng)絡(luò)屬性打開撥號(hào)連接右擊屬性進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，在服務(wù)器類型里選擇ppp，連接選擇tcp/ip協(xié)議，設(shè)置窗口如圖3-2所示。在將上面的設(shè)置完成之后就可以試著登陸網(wǎng)絡(luò)，雙擊剛才新建的撥號(hào)連接，填寫上用戶名和密碼，并進(jìn)行撥號(hào)，ppp服務(wù)器會(huì)自動(dòng)的檢測用戶名和密碼，進(jìn)行檢測后就可以對(duì)用戶的計(jì)算機(jī)進(jìn)行注冊?？梢栽诜?wù)器/客戶端模式的狀態(tài)下進(jìn)行通訊試驗(yàn)（add by xp）：硬件：服務(wù)器：普通pc普通modem，撥號(hào)上網(wǎng)?？蛻舳耍浩胀╬cgprs modem，撥號(hào)上gprs網(wǎng)絡(luò)。軟件：mcgs通用版：通用tcp/ip父設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同步圖3-2 撥號(hào)設(shè)置窗口服務(wù)器：通過modem撥號(hào)連接或通過其他方式連接到internet上，用戶必須具有固定的ip地址。在客戶端軟件上設(shè)置服務(wù)器的ip地址，通過internet與服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接。 客戶端：在本試驗(yàn)中指連接了gprs modem的計(jì)算機(jī)或設(shè)備。通過上述步驟安裝了gprs modem，與internet連接上后就具備了將數(shù)據(jù)上傳（下傳）的通訊能力。(5)關(guān)于固定ip通過gprs網(wǎng)路傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，服務(wù)器端必須要有固定的ip地址。在實(shí)際的現(xiàn)場應(yīng)用中，需要通過向當(dāng)?shù)氐囊苿?dòng)公司申請一個(gè)固定的ip地址，每一個(gè)客戶端需要將該ip地址用sim卡固化在連接的gprs modem中，當(dāng)客戶端上電之后自動(dòng)根據(jù)固化的ip地址連接到gprs網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)上尋找服務(wù)器。服務(wù)器端父設(shè)備設(shè)置如圖3-3。圖3-3 服務(wù)器端父設(shè)備圖3-4 客戶端父設(shè)備設(shè)置4 電氣控制4.1控制方案由于必須保證北方小區(qū)供暖的恒溫、恒壓性，本系統(tǒng)采用了西門子 s7-200系列的plc在六個(gè)小區(qū)的換熱站內(nèi)對(duì)現(xiàn)場的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行采集，用傳感器和溫度調(diào)節(jié)閥，變頻器等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過plc里的pid控制器進(jìn)行自動(dòng)控制，來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。4.1.1 pid模擬量的控制結(jié)構(gòu)pid是一種典型的比例、積分和微分的綜合運(yùn)算控制器，它適合一些慣性比較大的系統(tǒng)6。典型的pid控制結(jié)構(gòu)圖如4-1所示。pid調(diào)節(jié)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)被控對(duì)象測量元件sp(t)e(t)c(t)m(t)_圖4-1 pid控制結(jié)構(gòu)圖該閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制原理是：當(dāng)反饋值pv ( t)小于設(shè)定值sp ( t) 時(shí)就會(huì)產(chǎn)生誤差e ( t) ,將其輸入給pid調(diào)節(jié)器進(jìn)行比例( p) 、積分( i) 、微分(d)的綜合運(yùn)算,通過上述的綜合運(yùn)算可以找出一個(gè)比較合適的控制信號(hào)m ( t) 送給執(zhí)行機(jī)構(gòu),促使被控對(duì)象的過程量pv ( t)在一定的時(shí)間范圍內(nèi)恢復(fù)到設(shè)定值sp ( t) ，達(dá)到自動(dòng)控制的效果。p id控制器的輸入輸出關(guān)系式為： （4-1）誤差： （4-2） pid控制器的輸出= 比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)+輸出的初始值，式中m ( t) 是控制器的輸出，是回路輸出的初始值；是pid回路的增益； 和分別是積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù)7。在運(yùn)用pid時(shí)，可以分為pi、p或pd控制器。當(dāng)需要較好的控制精度時(shí)可以選擇用pi控制方式，但是如果系統(tǒng)的慣性很大時(shí)就應(yīng)該選擇pid控制方式了。在使用pid 時(shí)可以將上式離散化，第n次采樣的輸出為 （4-3）式中，是第n次采樣的誤差值，是第n-1次采樣的誤差值，、和分別是pid回路的增益，積分項(xiàng)的系數(shù)和微分項(xiàng)的系數(shù)。cpu實(shí)際改進(jìn)后的pid算法的算式為 （4-4）4.1.2 pid的指令向?qū)г谝郧皯?yīng)用pid時(shí)需要對(duì)pid的數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要先把給定值轉(zhuǎn)換為0到1之間的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)，經(jīng)過pid運(yùn)算后還要把回路輸出值轉(zhuǎn)換為模擬量模塊能夠接收的整數(shù)，編程和計(jì)算過程很復(fù)雜。為了減少使用pid控制器的難度，在s7-200的程序指令中現(xiàn)在已經(jīng)有pid的指令向?qū)?，這就為我們的設(shè)計(jì)和運(yùn)用提供了很大的方便，在使用pid時(shí)我們只需要先打開工具里的pid向?qū)Ы⒁粋€(gè)pid，但是在建立時(shí)一定要注意pid的回路編號(hào)和回路給定的地址范圍不能重復(fù)。完成設(shè)置后生成的pid就自動(dòng)的在子程序里出現(xiàn)，在編寫程序時(shí)只需要調(diào)用子程序就可以了。4.1.3 pid的參數(shù)在pid運(yùn)算中有四個(gè)參數(shù)、和，它們之間既相互獨(dú)立，又互相影響，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響7。（1）采樣周期采樣周期可以反映出系統(tǒng)的變化情況，采樣周期越小，反映的變化越明顯。但是采樣周期太小，采樣頻率也高，這樣會(huì)影響plc內(nèi)部cpu的。因此，采樣周期要適當(dāng)?shù)倪x擇。（2）比例增益在pid里的比例部分是與誤差同步的，與積分相比它對(duì)系統(tǒng)的變化反映比較快，在產(chǎn)生誤差時(shí)能很快的做出反映，使誤差量朝著減小的方向很快的變化。太小，雖然使超調(diào)變小但是系統(tǒng)的反映速度就變慢了；太大又會(huì)使的超調(diào)變大，震蕩次數(shù)增加，使得系統(tǒng)變的不穩(wěn)定。（3）積分時(shí)間在pid控制器里，積分時(shí)間不僅和當(dāng)前的誤差相關(guān)，還與以前的誤差有關(guān)系，只要系統(tǒng)存在誤差，系統(tǒng)的輸出就會(huì)隨著積分的作用產(chǎn)生一定的變化。積分具有一定的滯后性，它需要與其他兩個(gè)參數(shù)相互配合，共同控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（4）微分時(shí)間微分時(shí)間在pid的控制器里反映的是被控對(duì)象的變化趨勢，它的作用主要是阻礙被控量的變化，而且具有一定的預(yù)測性。它可以對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生超前抑制的影響，這就為調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定節(jié)約了時(shí)間。4.2溫度控制本系統(tǒng)在溫度控制部分主要是控制換熱器出水口的溫度恒定，以滿足居民室內(nèi)的供暖溫度需求。在實(shí)際現(xiàn)場的應(yīng)用中換熱器出水口的溫度會(huì)因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)上下波動(dòng)，而控制換熱器出口溫度主要是靠調(diào)節(jié)在一次供水管安裝的溫度調(diào)節(jié)閥的開度大小。當(dāng)換熱器出水口的溫度值低于設(shè)定值時(shí)就可以利用pid控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)一次供水的閥門開度來提高溫度值，也可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的大小來直接調(diào)大閥門的開度；當(dāng)換熱器出口的溫度值偏高時(shí)也可以用自動(dòng)和手動(dòng)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)使一次供水側(cè)的溫度調(diào)節(jié)閥的閥門開度減小，來降低出水口的溫度值。為了保證溫度控制的穩(wěn)定性能，在這里還設(shè)置了溫度報(bào)警的功能，當(dāng)溫度傳感器采集的溫度值高于設(shè)定值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。4.2.1手動(dòng)控制方式手動(dòng)控制方式系統(tǒng)主要是利用上位機(jī)的組態(tài)軟件直接控制閥門的開度，來調(diào)整換熱器出水口的溫度值，讓系統(tǒng)在監(jiān)控中心里根據(jù)溫度傳感器的溫度值強(qiáng)制調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)閥的開度大小。在本系統(tǒng)里的組態(tài)軟件界面上設(shè)置了一個(gè)與現(xiàn)場溫度調(diào)節(jié)閥相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)塊，把滑動(dòng)塊和現(xiàn)場的溫度調(diào)節(jié)閥建立連接通道，通過改變滑動(dòng)塊的大小來控制溫度調(diào)節(jié)閥的開度。這樣系統(tǒng)就可以在pid發(fā)生故障或不想使用pid控制器的自動(dòng)調(diào)節(jié)情況下也可以進(jìn)行手動(dòng)控制來調(diào)節(jié)閥門的開度從而來保證溫度值的恒定。圖4-2 手動(dòng)控制程手動(dòng)方式下的plc程序如圖4-2所示，手動(dòng)控制方式下plc程序里的vd80是plc內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)單元，將這個(gè)存儲(chǔ)單元與組態(tài)畫面里的溫度調(diào)節(jié)閥滑動(dòng)塊建立一個(gè)連接通道。在手動(dòng)按鈕按下的時(shí)候，就可以通過組態(tài)界面上的滑塊給vd80一個(gè)值，將這個(gè)值送給plc并通過數(shù)值轉(zhuǎn)換，再從plc的模擬量通道aqw0輸出一個(gè)4-20ma的電流信號(hào)來直接控制閥門的開度。在通過組態(tài)軟件界面上的溫度調(diào)節(jié)閥進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)必須要解決組態(tài)界面上的滑動(dòng)調(diào)節(jié)閥數(shù)值轉(zhuǎn)換成plc能接收的數(shù)值，從而來控制調(diào)節(jié)閥8。4.2.2自動(dòng)運(yùn)行方式本系統(tǒng)主要是要控制小區(qū)供暖的溫度值，溫度控制是一個(gè)慣性比較大的控制系統(tǒng)，而且還具有很大的偏差。本系統(tǒng)的自動(dòng)控制方式采用了西門子s7-200系列的 plc內(nèi)部經(jīng)典的pid控制器來對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整?？梢酝ㄟ^對(duì)pid內(nèi)部的比例、積分和微分這些參數(shù)的設(shè)置來優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效，精確的控制。根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求需要保證換熱器出口溫度大概在60左右，并且容許有一定的誤差2%。首先在換熱器的出水口安裝一個(gè)溫度傳感器，變送器將采集到的溫度值轉(zhuǎn)換為4-20ma的電流值，并將其傳送給 s7-200 plc的模擬量擴(kuò)展模塊em235的輸入通道aiw0。經(jīng)過em235對(duì)模擬量進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后送給plc，通過plc內(nèi)部的pid控制器對(duì)采集值進(jìn)行處理，將反饋值與給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，輸出一個(gè)適合系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)然后通過模擬量輸出模塊對(duì)其進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換，由aqw0輸出的模擬量就傳送給供水網(wǎng)回路的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。這樣通過溫度傳感器，s7-200和溫度調(diào)節(jié)閥組成了一個(gè)控制溫度的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由此來控制溫度恒定，流程圖如圖4-3所示。gprsplcd/a轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)閥溫度傳感器變送器a/d轉(zhuǎn)換圖4-3 自動(dòng)控制的流程圖在自動(dòng)運(yùn)行控制方式下，主要是通過pid控制器來對(duì)系統(tǒng)的溫度值進(jìn)行控制。在使用pid調(diào)節(jié)器的時(shí)候首先要對(duì)其有深刻的理解和認(rèn)識(shí)并熟練的掌握運(yùn)用方法，當(dāng)前的plc內(nèi)部都有pid指令向?qū)?，而且還具有pid自整定參數(shù)的功能，這就為我們減輕了很大的工作量。在使用pid時(shí)在s7-200的窗口里，打開工具里的pid向?qū)?，就?huì)出現(xiàn)如圖4-4所示。圖4-4 pid選擇回路在這里選擇配置哪個(gè)回路注意如果系統(tǒng)里有好幾個(gè)pid時(shí)一定要記住回路數(shù)要不同。點(diǎn)擊下一步，進(jìn)入下一個(gè)界面，如圖4-5所示。圖4-5 參數(shù)設(shè)置在界面上填寫pid運(yùn)算里的各個(gè)參數(shù)值，這些參數(shù)也是pid控制運(yùn)算里最核心的部分，這些值的大小直接影響著系統(tǒng)的運(yùn)行情況。表4-1是pid控制運(yùn)算器的采樣周期經(jīng)驗(yàn)值數(shù)據(jù)表，在設(shè)置pid參數(shù)時(shí)可以參考這些經(jīng)驗(yàn)值。表4-1 采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被控制量流量壓力溫度液位成分采樣周期153101520681520設(shè)置完上述參數(shù)點(diǎn)擊下一步進(jìn)入下面得界面，如圖4-6所示。圖4-6 回路報(bào)警選項(xiàng)可以在此頁面設(shè)置輸出的上限報(bào)警和下限報(bào)警等信息。設(shè)置完成后點(diǎn)擊下一步進(jìn)入以下界面，如圖4-7所示。圖4-7 地址選擇在此界面里可以選擇pid的存儲(chǔ)區(qū)地址，在選擇其地址的時(shí)候一定要注意如果會(huì)用到好幾個(gè)pid的話就要避免地址不能重復(fù)，否則pid運(yùn)算就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。然后可以點(diǎn)擊下一步進(jìn)入下面的界面，如圖4-8所示。圖4-8 pid命名在上面的界面中點(diǎn)擊下一步就進(jìn)入下面的界面，如圖4-9所示。圖4-9 pid完成界面在上面界面中點(diǎn)擊完成，生成了一個(gè)pid子程序并且完成了對(duì)pid的設(shè)置，在編寫程序時(shí)就可以在子程序里直接調(diào)用，自動(dòng)運(yùn)行情況下的程序如圖4-10所示。圖4-10 溫度自動(dòng)控制在程序里的aiw0是溫度傳感器把采集到的溫度值轉(zhuǎn)換為4-20ma的電流值，通過plc的em235模擬量輸入通道送給plc里的pid控制器進(jìn)行運(yùn)算，將給定值setpoin與系統(tǒng)的反饋值進(jìn)行比較運(yùn)算，找到一個(gè)合適的輸出值送給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來控制其開度的大小。通過系統(tǒng)的給定值pid會(huì)自動(dòng)的將過程量進(jìn)行處理，使其達(dá)到系統(tǒng)的給定值。4.3恒壓控制在小區(qū)供暖系統(tǒng)中不僅要保證換熱站出水口的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，二次管網(wǎng)的水要往居民小區(qū)輸送這就要求必須保證二次管網(wǎng)的壓力保持恒定。在二次管網(wǎng)中的壓力是時(shí)刻在變化的如果在這里采用恒定轉(zhuǎn)速的泵對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)水，很明顯的不能保證時(shí)刻在變化的壓力保持恒定；如果采用閥門對(duì)其進(jìn)行恒壓補(bǔ)水，會(huì)造成對(duì)電能的很大浪費(fèi)，還會(huì)使電機(jī)受到?jīng)_擊，水錘和頻繁啟動(dòng)的影響，所以在這里采用了變頻補(bǔ)水泵對(duì)其進(jìn)行隨時(shí)的補(bǔ)水保證管道壓力值恒定。使用變頻器的恒壓供水與傳統(tǒng)的補(bǔ)水方法相比不僅使系統(tǒng)的供水質(zhì)量提高，靈活性變強(qiáng)，節(jié)約能源還在一定程度上保護(hù)了電機(jī)，使其起制動(dòng)平穩(wěn)。本系統(tǒng)用壓力傳感器，plc和變頻器組成一個(gè)控制壓力的閉環(huán)控制系統(tǒng)，這樣的控制方式不僅使硬件運(yùn)行可靠，還使軟件編程更簡單。在這里也如溫度控制一樣有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式來對(duì)壓力進(jìn)行控制。4.3.1變頻器變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將50hz的工頻電源變換成另一種頻率可變的控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要是采用交直交方式(vvvf變頻或矢量控制變頻)，先把工頻交流電源通過三相不可控的整流橋轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)9。對(duì)于恒壓補(bǔ)水，實(shí)際上就是利用三相電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)，來進(jìn)行補(bǔ)水。所以對(duì)二次管網(wǎng)壓力的控制也就是對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式: （3-1）三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率定義為： （3-2） 同步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速： （3-3）n1為異步電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速；n為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；f是供電電源頻率；p為異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率。由以上的公式可知，在調(diào)速方面異步電動(dòng)機(jī)可以有三種方式:可以改變轉(zhuǎn)差率、電源的頻率和異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。當(dāng)電機(jī)的極對(duì)數(shù)p不變時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電源的頻率f成正比，通過對(duì)電源的頻率進(jìn)行改變來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)平滑的變化。如果保持電源頻率和轉(zhuǎn)差率不變，改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，那樣只能通過改變電機(jī)繞組的接線方式來實(shí)現(xiàn)，這種方法是一種有級(jí)調(diào)的速不適合供水的恒壓調(diào)速。改變轉(zhuǎn)差率的方式會(huì)使電機(jī)的運(yùn)行效率變低，還會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性，也不適合在恒壓供水的系統(tǒng)上使用。所以本系統(tǒng)采用了改變電源的頻率來控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。4.3.2壓力手動(dòng)運(yùn)行方式在對(duì)二次管網(wǎng)壓力手動(dòng)控制方面，本系統(tǒng)采用的是在組態(tài)界面上有一個(gè)與變頻器相對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)塊，讓滑塊與plc的變頻器信號(hào)建立一個(gè)連接通道，使工作人員可以直接改變滑塊大小來控制變頻器的頻率信號(hào)。保證系統(tǒng)既可以應(yīng)用pid進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以通過直接控制變頻器的頻率信號(hào)來調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)手動(dòng)方式的時(shí)候最主要是要解決數(shù)值轉(zhuǎn)換的問題，手動(dòng)方式是在不采用plc內(nèi)部的pid運(yùn)算控制器情況下根據(jù)壓力傳感器的壓力值直接改變組態(tài)軟件的界面上對(duì)應(yīng)plc內(nèi)部單元的vd556的滑塊值來控制頻率信號(hào)，把滑塊的值送到存儲(chǔ)單元vd556內(nèi)，直接通過模擬量的輸出通道輸出給變頻器，plc只能處理0-32000的數(shù)值，所以將組態(tài)軟件上的滑塊值轉(zhuǎn)換成與之成比例的數(shù)，以便通過滑塊來直接改變變頻器的頻率信號(hào)，手動(dòng)壓力控制如圖4-11所示。圖4-11 壓力手動(dòng)控制4.3.3壓力自動(dòng)運(yùn)行方式在自動(dòng)方式控制二次管網(wǎng)壓力恒定時(shí)采用的方法和對(duì)溫度控制一樣采用是的pid運(yùn)算方式，補(bǔ)水泵的補(bǔ)水情況完全由plc根據(jù)壓力狀況和內(nèi)部pid的設(shè)定參數(shù)來進(jìn)行自動(dòng)控制。上電后，首先plc采集壓力傳感器的管網(wǎng)壓力值送給模擬量的輸入通道，經(jīng)過模擬量擴(kuò)展模塊的a/d轉(zhuǎn)換送到plc的cpu內(nèi)經(jīng)過pid和給定值進(jìn)行比較運(yùn)算，得出一個(gè)合適的調(diào)節(jié)參數(shù)，將結(jié)果再送給模擬量的輸出模塊進(jìn)行d/a轉(zhuǎn)換輸出給變頻器的信號(hào)口，來控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)管網(wǎng)的壓力過高時(shí)，通過降低補(bǔ)水泵的頻率來降低轉(zhuǎn)速從而使壓力降低；當(dāng)壓力過低時(shí)通過pid運(yùn)算來控制變頻器的信號(hào)變高，來提過補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，使管網(wǎng)的壓力變大，控制流程如圖4-12所示。開始pid自整定pid調(diào)整大于設(shè)定值加大頻率信號(hào)減小頻率信號(hào)否是圖4-12 自動(dòng)控制流程圖自動(dòng)方式的恒壓供水的pid設(shè)置向?qū)Ш蛯?duì)溫度控制的類似，只是在plc內(nèi)部的存儲(chǔ)單元必須保證不重復(fù)。通過給pid一個(gè)給定值，pid會(huì)把從模擬量輸入通道aiw2采集來的壓力值和給定值進(jìn)行比較計(jì)算，給出一個(gè)比較合適的參數(shù)值，送給輸出通道到達(dá)變頻器來控制補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速。為了防止在系統(tǒng)運(yùn)行過程中變頻器發(fā)生故障，導(dǎo)致管道壓力過大，使管道爆破等造成不必要的損失，本系統(tǒng)還涉及到了管道壓力過高時(shí)的報(bào)警系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，就把plc從壓力傳感器采集來的壓力值不僅送給pid還同時(shí)送到plc內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)單元，設(shè)定一個(gè)上限值，使得管道的壓力在超過上限值由plc輸出報(bào)警信號(hào)，壓力報(bào)警程序如下4-12所示。圖4-12 壓力報(bào)警4.4補(bǔ)水箱液位控制系統(tǒng)對(duì)于補(bǔ)水箱的液位的控制沒有特殊的要求，就是要保證系統(tǒng)在變頻恒壓補(bǔ)水的時(shí)候，保證水箱的水位總在一定的范圍內(nèi)。本系統(tǒng)主要是利用液位記采集補(bǔ)水箱的液位信號(hào)，送給plc內(nèi)部的存儲(chǔ)單元，通過設(shè)定上限值和下限值，在補(bǔ)水箱的水位超過或低于設(shè)定值時(shí)，通過plc輸出報(bào)警信號(hào)，對(duì)補(bǔ)水箱的控制的程序如圖4-13所示。圖4-13 補(bǔ)水箱的控制程序4.5供水流量的控制系統(tǒng)在對(duì)流量方面的控制沒有具體的要求，只是要在一次的供水網(wǎng)側(cè)安裝一個(gè)流量計(jì)來顯示一次側(cè)的供水流量。通過安裝的流量計(jì)采集的流量信號(hào)傳送給plc內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)單元，在這里要解決的就是數(shù)值轉(zhuǎn)換的問題，要使工作人員能在監(jiān)控室的上位機(jī)上直觀的看到供水的流量值。要想把流量值在組態(tài)軟件的界面上顯示出來，就要在組態(tài)界面上添加一個(gè)顯示輸出，將它與換熱站的流量傳感器在plc內(nèi)部的存儲(chǔ)單元建立一個(gè)連接通道，流量的程序如圖4-14所示。圖4-14 流量處理5 硬件及設(shè)備選型5.1plc本系統(tǒng)的控制器選用的是西門子的s7-200系列的 plc，由于本系統(tǒng)是對(duì)六個(gè)小區(qū)的換熱站的控制，所以在這里選用了六個(gè)s7-200來對(duì)現(xiàn)場的參數(shù)進(jìn)行采集。s7-200可以代替許多繼電器工作，減少了觸點(diǎn)，使得系統(tǒng)的抗干擾性增強(qiáng)還可以有很廣泛的通訊能力。在plc中，cpu 224xp數(shù)字量有14入/10出，最大可擴(kuò)展的數(shù)字量點(diǎn)數(shù)為168，模擬量點(diǎn)數(shù)為35，還有兩路模擬量輸入(10bit，dc10v)，一路模擬量輸出(10bit，dc 0-10v或0-20ma)，有兩個(gè)rs-485通信口，高速脈沖輸出頻率提高到20khz，有pid自整定功能。這些參數(shù)都符合本系統(tǒng)的運(yùn)行，所以本系統(tǒng)選用了cpu 224xp來完成對(duì)系統(tǒng)的采集、控制。5.1.1模擬量輸入輸出模塊的選型由于本系統(tǒng)要對(duì)現(xiàn)場的溫度，壓力，流量，液位等進(jìn)行采集，還要求對(duì)許多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，而這些量都是模擬量。單獨(dú)的cpu只能處理數(shù)字量不能完成對(duì)模擬量的處理，模擬量擴(kuò)展模塊可以把從各種傳感器送來的模擬量通過a/d轉(zhuǎn)換變成plc能接受的0-32000的數(shù)字量，還可以把plc內(nèi)的數(shù)字量通過d/a轉(zhuǎn)換變成0-5v或4-20ma的電流信號(hào)，來控制各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。所以在這里系統(tǒng)選擇了em235作為模擬量擴(kuò)展模塊來輔助運(yùn)行。em235里有4路模擬量輸入/1路模擬量的輸出，本系統(tǒng)需要四個(gè)模擬量輸出，一個(gè)plc最多可以擴(kuò)展7個(gè)模擬量模塊，這里只需要選擇4個(gè)em235就可以完成對(duì)系統(tǒng)模擬量的處理10，em235的結(jié)構(gòu)圖如圖5-1所示。下圖是模擬量擴(kuò)展模塊em235的接線方法，對(duì)于電壓信號(hào)，按照電壓的正、負(fù)極直接接入x和x就可以；對(duì)于電流信號(hào)