基于wincc恒压变频供水系统毕业设计(编辑修改稿)

基于wincc恒压变频供水系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

软件向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。 (4)强大的数据库 配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。 (5)可编程的命令语言 有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编撰程序，增强图形界面。 (6)周密的系统安全防范 对不同的操作者，赋予不同的操 作权限，保证整个系统的安全可靠运行。 WinCC 组态软件的特点 (1)延续性和可扩充性，用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改即可方便地完成软件的更新和升级。 (2)封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用西安文理学院本科毕业设计（论文） 5 的方法包装起来，用户不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。 (3)通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（ PLC、 智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 6 第 3 章 变频恒压供水系统简述 通过思考分析设计方案中供水系统主要由压力变送器、水位传感器、变频器、恒压控制单元、水泵机组以及低压电器组成。 变频恒压控制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。 图 变频恒压控制原理图 如图 所示。 在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。 该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复 ，直到实际供水压力和设定压力相等为止。 如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵机组的转速减小，实际供水压力因此而减小。 同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。 且系统采用 PLC，由于其本身抗干扰能力强，系统可靠性高，由于 PLC 产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种要求和规格不同的控制系统。 由于 PLC 和上位机具有良好的通信功能，此系统方便与其他系统进行通信和数据交换。 当控制要求改变时，利用编程软件很容易进行程序的修改和下载。 因此，该系统能适用于不同控制要求 的场合，与机组容量大小无关。 且由于良好的人机界面，使得操作更加简单，系统运行状态更直观。 系统中主要依靠低压控制系统采集到的传感器信号通过比较判断来控制水泵机组的使用的水泵个数以及通过变频器改变水泵转速从而改变供水流量进而使管网压力保持恒定。 本设计中控制系统主要由 PLC(可编程控制器 )、变频器组成， WinCC 上位机监控西安文理学院本科毕业设计（论文） 7 系统，其中 PID 内置于变频器供水基板上，通过设置指令代码实现控制系统的功能。 系统原理框图如图 所示。 图 系统原理框图 (1)水泵机组由 2 台水泵 构成，正常运行情况下只有 1 台主泵运行。 (2)信号机构由水位传感器、压力变送器以及变频器的频率上下限报警，当正常工作情况下首先由水位传感器判断水池水位是否在警戒水位若在警戒水位则不启动或立即断开所有水泵，发出报警信号。 从而防止水泵空转造成危险。 压力变送器用来测量管网压力，它会将这个压力信号转换为一个在 4～ 20mA 的电流信号或者 0～ 5V的电压信号然后传送给变频器，变频器内有一个设定值，它将变送器传给它的信号与设定值进行比较经 PID 算法改变输出电压的频率。 当变频器达到频率上限或下限时，变频器就会发出相应的信号给 PLC，让 PLC 控制工作电机的台数实现恒压供水。 (3)控制部分主要由 PLC、变频器和电气元件设备构成。 ① PLC 是整个供水控制系统的核心，功能主要包括供水系统中主要信号的采集，通过编程实现对主电路和控制电路的控制。 ②变频器的主要功能是实现对水泵机组的控制。 内置 PID 可以实时的根据压力变送器所给信号改变输出频率调节控制水泵转速。 变频器有两种工作状态：循环式工作状态和固定式工作状态。 循环式工作状态：变频器连接其中一台大的水泵，当此水泵工作在工频，供水量仍无法满足用户用水要求时，系统将该水泵维持在 50Hz 固 定，并将变频器切换到另一台水泵。 固定式工作状态：变频器连接其中一台大的水泵，当此水泵工作在工频，供水量仍无法满足用户用水要求时，系统将直接启动另一台水泵工频运行，变频器将不做切换。 在控制过程中由于直接启动另一台水泵工频运行，会造成水压上升过大，一般在运行过程中多工作在第一种工作状态。 (4)电气元件设备主要由接触器、继电器、开关、指示灯、喇叭等构成。 主 要功能是起保护和水泵切换功能。 指示灯的主要是为了显示电机的实时工作情况；喇叭西安文理学院本科毕业设计（论文） 8 的主要功能是配合指示灯对报警信号进行报警从而及时的对故障进行排除以防造成危险和更大的 故障损失。 (1)系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，首先启动变频器拖动水泵 M1，通过恒压控制器，根据用户管网实际压力和设定压力的误差调节变频器的输出频率，控制 M1 的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间 M1 工作在调速运行状态。 (2)当用水量增加水压减小时，通过压力闭环和恒压控制器，增加水泵的转速到另一个新的稳定值，反之，当用水量减少水压增加时，通过压力闭环和恒压控制器，减小水泵的转速到另一个新的稳定值。 (3)当用水量继续增加 ，变频器的输出频率达到上限频率 50Hz 时，若此时用户管网的实际压力还未达到设定压力，并且满足增加水泵的条件时，在变频循环式的控制方式下，系统将电机 M1 切换至工频电网供电后， M1 恒速运行，同时使第二台水泵 M2 投入变频器并变速运行，系统恢复对水压的闭环调节，直到水压达到设定值为止。 (4)当用水量下降水压升高，变频器的输出频率降至下限频率，用户管网的基于PLC 的变频恒压供水系统的设计实际水压仍高于设定压力值，并且满足减少水泵的条件时，系统将上次转换成工频运行的水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使 压力重新达到设定值。 当用水量继续下降，并且满足减少水泵的条件时，将继续发生如上转换，直到剩下一台变频泵运行为止。 (5)当系统中只有 1 台调速泵在工作，而调速泵的运行频率已降至下限频率时，且满足关泵条件，此时关闭调速泵。 在这种情况下，若实际压力低于设定压力，则延时后开启再开启调速泵进行控制，工作过程同 4 步。 前面已经简述了恒压供水系统框图，根据系统框图可得知本系统所需硬件框图如 图 西安文理学院本科毕业设计（论文） 9 图 系统硬件框图 从图可知，系统所需的硬件有： （ 1）三菱 FX2N PLC； （ 2）液位传感器、管网压力表； （ 3）变频器； （ 4）水泵机组； （ 5）监视、控制上位机。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 10 第 4 章 恒压供水系统中 WinCC 的应用 恒压供水系统中 WinCC 界面的设计 本课题最主要的就是对恒压供水系统中 WinCC 组态软件界面的设计。 用户界面的设计是本课题中最重要的一部分，作为上位机组态软件系统与用户交互窗口，用户界面的好坏，在一定程度上决定着软件受欢迎的程度。 所以必须在满足过程实时监控的基础上，配以灵活、多样、友好的人机界面。 在上位机操作界面中分为工艺流程、设备控制、实时数据显示、历史数据 及曲线、故障报警和报表输出等部分。 工艺流程界面 恒压供水系统的工艺流程在 WinCC 组态软件界面设计中是最为重要的，因为下面的变量参数、控制电机、历史曲线等众多界面设计和需要监控的变量都是根据工艺流程图设计的。 在工艺流程界面（图 ）中，可以直观的显示水处理整个工艺，每个电机设备有远控、运行、故障三个状态，用户可在监控室了解当前设备运行状态。 在发生故障时，用户可以快速的根据工艺图了解到故障发生地点以便快速排除故障。 WinCC 图形编辑器是用于创造过程画面，并通过图形编辑器组态画面使其动态化。 也就 是说 WinCC 图形编辑器是设计恒压供水系统的工艺流流图、设备控制界面、参数设置界面等。 而对于恒压供水系统的工艺流程界面的设计是最为复杂，工程量也是最大的一项。 首先要在草稿纸上画出工艺流程图的大致布局，然后再在组态软件上画图。 关于工艺流程界面的设计： 运行 WinCC 组态软件，打开图形编辑器，初始图形文件名以“ NewPdl”开始排序，可鼠标右键重新命名。 而一般的新建的图形编辑器的低纹都是黑色网格状的。 在对象调色板（图 ）窗口选择“智能对象”，左击加号，然后左击里面的“画面窗口”就可以在图形编辑器中画出所 需要的范围。 西安文理学院本科毕业设计（论文） 11 图 对象调色板 设置画面的名称的时候，画面的扩展名不用改变。 在标准工具栏中又有一个属性，用来设置画面的基本属性；画面的基本属性有几何、颜色、样式、背景画面、效果等。 先设置好画面的属性，一般画面的背景色为灰色而网格颜色为黑色；接下来就是画工艺流程图。 （ 1）在标准工具栏中选择显示库，。