基于組態(tài)王供暖系統(tǒng)監(jiān)控主站設(shè)計(jì)

1、 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄第一章 緒論11.1 背景與意義11.2 國(guó)內(nèi)外供暖自動(dòng)化監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀11.3 研究?jī)?nèi)容2第二章 汽水換熱供暖系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)32.1 汽水換熱供暖系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程32.2 汽水換熱站設(shè)計(jì)方案3第三章 汽水換熱監(jiān)控主站的硬件設(shè)計(jì)53.1渦街流量計(jì)概述53.1.1工作原理53.1.2 渦街流量計(jì)的選擇及其參數(shù)63.2 S7-200概述73.2.1 S7-200簡(jiǎn)述73.2.2 S7-200（CPU224XP）的擴(kuò)展模塊73.2.3 S7-200的選型73.3 RS-485概述83.3.1 RS-485與RS-232的電特性83.3.2 串口與外部設(shè)備通訊8第四章 汽

2、水換熱系統(tǒng)監(jiān)控主站的軟件設(shè)計(jì)104.1 組態(tài)王概述104.2 組態(tài)王的使用104.2.1 建立一個(gè)新工程104.2.2 定義I/O設(shè)備164.2.3 定義I/O變量184.2.4 畫(huà)面的新建19 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4.2.5 動(dòng)畫(huà)連接21第五章 監(jiān)控主站測(cè)試23第六章 結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝26 摘要：本文通過(guò)對(duì)小區(qū)供暖系統(tǒng)監(jiān)控主站的設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供暖系統(tǒng)的即時(shí)監(jiān)控。其中，每個(gè)換熱站分別包括一次供暖回路和二次供暖回路，兩者之間通過(guò)汽水換熱器實(shí)現(xiàn)熱交換。供暖熱源為經(jīng)過(guò)熱力主管循環(huán)的一次飽和蒸汽，經(jīng)過(guò)換熱器對(duì)二次回水加熱后，作為供給小區(qū)的二次熱水，經(jīng)小區(qū)家庭取暖裝置循環(huán)后變成二次

3、回水。在一次飽和蒸汽從主網(wǎng)分支進(jìn)入換熱器之前，加裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和一次飽和蒸汽渦街流量計(jì)；為了給二次回路增壓，在二次循環(huán)管網(wǎng)中換熱器之前加有變頻器驅(qū)動(dòng)的增壓泵。由于供暖中必然存在少量水損，所以必須進(jìn)行適量補(bǔ)水，加有補(bǔ)水箱和補(bǔ)水泵。 關(guān)鍵詞：飽和蒸汽；換熱站；渦街流量計(jì) ABSTRACT：In this paper, the whole heating system of community is monitored by the design of the monitoring master station. Each heat exchanger station includes a heat

4、ing circuit and the second heating circuits, there is a heat exchanger to between them and it is used to exchange heat.Heating source is the saturated steam which is from director of the thermal cycle,after heat exchanger for secondary backwater heating it is used as the second hot water for the com

5、munity. The second hot water flow through the community home heating device,then it becomes two backwater. Before the saturated steam from the main branch into the heat exchanger, it is equipped with electric control valve and a saturated vapor vortex street flowmeter. A booster pump is equipped in

6、the secondary loop pipe network for increasing the secondary loop pressure, heat exchanger in the secondary loop pipe network booster pump with frequency converter drive added before. Because there must be a small amount of water loss in the heating, so it must be filled with a moderate amount of wa

7、ter by water tank and pump.KEY WORDS: saturated steam；heat station；vortex flowmeter 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒論1.1 背景與意義 隨著現(xiàn)代化城市及工業(yè)的發(fā)展，集中供暖系統(tǒng)愈趨大型化，對(duì)供暖的效果要求也更加嚴(yán)格，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性的要求也越高1。換熱站所要達(dá)到的三個(gè)基本要求是：必須保產(chǎn)保質(zhì)按質(zhì)(壓力、溫度、凈度)按量(供熱量)供出高溫飽和蒸汽，滿足工業(yè)生產(chǎn)和民建采暖需要；延長(zhǎng)各個(gè)設(shè)備的使用壽命；節(jié)能、高效、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 換熱站和供熱管網(wǎng)是連接熱源和熱用戶的重要環(huán)節(jié)，在整個(gè)供暖系統(tǒng)中

8、起著舉足輕重的作用。供熱管網(wǎng)又分為一次網(wǎng)與二次網(wǎng)，一次網(wǎng)是指連接于城市管網(wǎng)與換熱站之間的管網(wǎng)。二次網(wǎng)是指連接于換熱站與熱用戶之間的管網(wǎng)。換熱站是指連接于一次網(wǎng)與二次網(wǎng)并裝有與用戶連接的相關(guān)設(shè)備、儀表和控制設(shè)備的機(jī)房2。在供暖系統(tǒng)中，汽水換熱器以蒸汽作為熱源板式換熱機(jī)組同時(shí)又作為動(dòng)力源,板式換熱器機(jī)組在汽水直接混合過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了水流的升溫和升壓，具有換熱和水泵組合的復(fù)合功能，是一種高效節(jié)能的汽水換熱設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種采暖系統(tǒng)和熱水系統(tǒng). 目前，汽水換熱機(jī)組在設(shè)計(jì)、使用時(shí)存在著一些問(wèn)題。其中有：溫度設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)差異大，二次側(cè)循環(huán)水泵選取參數(shù)不合理，某些換熱機(jī)組配置不盡合理，換熱機(jī)組缺乏比

9、較明細(xì)的檢測(cè)手段，換熱機(jī)組沒(méi)有自由的設(shè)計(jì)思路和理論基礎(chǔ)3。1.2 國(guó)內(nèi)外供暖自動(dòng)化監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)地域廣闊，人口眾多，房屋建筑規(guī)模巨大，其中住宅建設(shè)約占居住建筑的92%，住宅建設(shè)量大而且面廣，至今仍呈上升趨勢(shì)，而且這個(gè)上升趨勢(shì)還將持續(xù)20至30年。但是，我國(guó)如此龐大的房屋建筑及住宅建設(shè)的快速增長(zhǎng)是以資源和能源的高消耗為代價(jià)換取的，除了利用最直接的土地資源外，住宅能源消耗的增長(zhǎng)是住宅建設(shè)發(fā)展的一大限制因素。當(dāng)前由于我國(guó)建筑物的保溫隔熱和氣密性能很差，供暖系統(tǒng)熱效率低，單位住宅建筑面積采暖能耗為相同氣候條件下發(fā)達(dá)國(guó)家的3倍。我國(guó)城市從50年代開(kāi)始集中供熱，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，相關(guān)的供暖設(shè)備例如燃燒鍋

10、爐、暖氣片及燃燒介質(zhì)等都發(fā)生了巨大的變化。但是，迄今為止，對(duì)節(jié)能措施的重視尚不夠，從而制約了城市集中供熱系統(tǒng)全面合理有效地利用熱能，集中表現(xiàn)在下列方面：供熱質(zhì)量差，冷熱不均；運(yùn)行方式不合理，能源浪費(fèi)嚴(yán)重；規(guī)劃設(shè)計(jì)水平低，制約節(jié)能工作的落實(shí)4。國(guó)外，特別是在北歐國(guó)家，從20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來(lái)，十分重視建筑節(jié)能工作，并制定了有關(guān)政策、法規(guī)以及相配套的技術(shù)措施。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的集中供熱系統(tǒng)均為動(dòng)態(tài)的變流量系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)與控制技術(shù)先進(jìn)，控制手段完善，設(shè)備質(zhì)量高。通常一次管網(wǎng)所提供的熱量在換熱站交換成二次采暖熱水和民用生活熱水5。在換熱站的二次水系統(tǒng)中均安裝有變頻調(diào)速的水泵、壓差控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣

11、溫補(bǔ)償器以及回水溫度限制器等設(shè)備。有了一整套成熟的供熱系統(tǒng)運(yùn)行模式。集中采暖按熱量計(jì)費(fèi)是世界各國(guó)發(fā)展的趨勢(shì)，也是各國(guó)家節(jié)能環(huán)保的一項(xiàng)基本措施。目前除西方發(fā)達(dá)國(guó)家己采用這一措施外，東歐各國(guó)及原蘇聯(lián)地區(qū)國(guó)家正逐步推廣。與此同時(shí)，集中采暖按熱量計(jì)費(fèi)的相應(yīng)技術(shù)也進(jìn)一步發(fā)展，采暖系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)更加先進(jìn)，計(jì)費(fèi)技術(shù)更加可靠和準(zhǔn)確，整個(gè)采暖熱量計(jì)費(fèi)裝置向小型化、計(jì)算機(jī)化發(fā)展。目前，國(guó)家相關(guān)部門(mén)十分重視節(jié)能技術(shù)節(jié)能措施，鼓勵(lì)采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備、對(duì)建筑物與熱源、熱網(wǎng)進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)定與統(tǒng)籌安排，實(shí)現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的全面節(jié)能，逐步建立按耗熱量收取熱費(fèi)的體系，實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略6。隨著對(duì)供熱節(jié)能

12、研究的深入，供熱節(jié)能成為行業(yè)關(guān)注與研究的熱點(diǎn)。1.3 研究?jī)?nèi)容對(duì)城市供暖小區(qū)的整個(gè)汽水換熱供暖系統(tǒng)通過(guò)串口RS-485與控制柜相互通訊，控制柜通過(guò)西門(mén)子S7-200采集在整個(gè)系統(tǒng)中一次網(wǎng)、二次網(wǎng)所設(shè)置傳感器的模擬信號(hào)量。通過(guò)組態(tài)王對(duì)數(shù)據(jù)的分析，再進(jìn)行一次網(wǎng)、二次網(wǎng)控制參數(shù)的重新設(shè)定，減少不必要的能源耗損和浪費(fèi)，達(dá)到對(duì)整個(gè)汽水換熱供暖系統(tǒng)的節(jié)能目的。 第二章 汽水換熱供暖系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 汽水換熱供暖系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程城市供暖通常是幾個(gè)小區(qū)共用一個(gè)供暖換熱站，每個(gè)小區(qū)都有一個(gè)獨(dú)立的供暖回路。盡管每個(gè)小區(qū)供暖的范圍和規(guī)?？赡懿煌?，但其供暖系統(tǒng)的管網(wǎng)配置都是一樣的。每個(gè)換熱站分別包括一次供暖回路和二次

13、供暖回路，兩者之間通過(guò)換熱器實(shí)現(xiàn)熱交換。供暖熱源為經(jīng)過(guò)熱力主管循環(huán)的一次飽和蒸汽，經(jīng)過(guò)換熱器對(duì)二次回水加熱后，作為供給小區(qū)的二次熱水，經(jīng)小區(qū)家庭取暖裝置循環(huán)后變成二次回水。在一次飽和蒸汽從主網(wǎng)分支進(jìn)入換熱器之前，加裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和一次飽和蒸汽渦街流量計(jì)；為了給二次回路增壓，在二次循環(huán)管網(wǎng)中換熱器之前加有變頻器驅(qū)動(dòng)的增壓泵。由于供暖中必然存在少量水損，所以必須進(jìn)行適量補(bǔ)水。為此在增壓泵之前和儲(chǔ)水箱之間加有變頻補(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)中還裝有溫度變送器和壓力變送器。為了便于控制和管理，小區(qū)換熱站供暖系統(tǒng)的功能包括對(duì)集中供暖換熱站的的一次高溫?zé)崴髁窟M(jìn)行監(jiān)測(cè)、記錄和調(diào)節(jié)，對(duì)輸

14、送到小區(qū)的二次蒸汽溫度和壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并且要求輸送到小區(qū)的蒸汽溫度和壓力能夠基本保持穩(wěn)定，對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)和打印。汽水換熱系統(tǒng)框圖，如圖2.1所示。溫度壓力變送器流量計(jì) 汽水換熱器溫度壓力變送器補(bǔ)水箱水泵 圖2.1 換熱主站的運(yùn)行圖2.2 汽水換熱站設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心，采用工業(yè)I/O模塊，加上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵、渦街流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器、串行通訊轉(zhuǎn)換模塊及其它元器件構(gòu)成。系統(tǒng)首先通過(guò)壓力、溫度和流量變送器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集并傳送給前端I/O模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)RS-485總線送到串行通訊模塊，轉(zhuǎn)換成RS-232信號(hào)后送到計(jì)算機(jī)的串行口。計(jì)算

15、機(jī)利用組態(tài)王軟件編制的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采集、記錄和分析，并可在計(jì)算機(jī)的屏幕上直觀地顯示出來(lái)；再通過(guò)計(jì)算機(jī)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)發(fā)送到前端I/O模塊，由I/O模塊轉(zhuǎn)換成模擬量去控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。本系統(tǒng)主要的采集參數(shù)有：室外溫度， 一、二次側(cè)的供、回水溫度，一、二次側(cè)的供、回水壓力，蒸汽的壓力、溫度，凝結(jié)水的溫度，一次側(cè)熱量、蒸汽流量，二次側(cè)供水流量、補(bǔ)水流量，補(bǔ)水水箱水位，循環(huán)水泵和補(bǔ)水泵的啟停及運(yùn)行狀態(tài)。信息采集結(jié)構(gòu)框圖，如圖2.2所示。計(jì)算機(jī)（組態(tài)王） RS485/RS232控制柜（PLC）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力、溫度變送器渦街流量

16、計(jì)變頻器圖2.2 信息采集結(jié)構(gòu)框圖 第三章 汽水換熱監(jiān)控主站的硬件設(shè)計(jì)3.1渦街流量計(jì)概述 渦街流量計(jì)用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量，如氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小，量程范圍大，精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器，可靠性高，可在-20+250的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的流量?jī)x表。其分類(lèi)為：LUCB系列插入式渦街流量計(jì)，LUCB系列渦街流量計(jì)。3.1.1工作原理在

17、流體中設(shè)置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門(mén)旋渦，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列，如圖3.1所示。圖3.1 渦街流量計(jì)工作原理渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門(mén)渦街原理測(cè)量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。并可作為流量變送器應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來(lái)測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過(guò)渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示： （3-1）式中:f為旋渦的釋放頻率，Hz；v為流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平

18、均速度，m/s；d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m；St為斯特羅哈數(shù)，無(wú)量綱，它的數(shù)值范圍為0.140.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)： （3-2）當(dāng)雷諾數(shù)Re在102-105范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測(cè)量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在102-105，旋渦頻率： （3-3）由此可知，通過(guò)測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由式： （3-4）可以求出流量q，其中A為流體流過(guò)旋渦發(fā)生體的截面積。3.1.2 渦街流量計(jì)的選擇及其參數(shù) 1、本系統(tǒng)選擇青島自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的渦街流量計(jì)，型號(hào)是LUGB-K。產(chǎn)品參數(shù)：口徑：DN100mm 介質(zhì)溫度：-200400精確度：1.0級(jí)；輸出信

19、號(hào)：方波：高電平6V，低電平1V；標(biāo)準(zhǔn)電流：420mA供電電壓：+12VDC24VDC環(huán)境條件：溫度-4055，相對(duì)濕度5%90%，大氣壓力86106kPa 2、積分儀又稱計(jì)算顯示器，其作用是在進(jìn)行計(jì)算時(shí)要對(duì)介質(zhì)密度和焓值進(jìn)行修正，其原因如下:（1）密度修正 因?yàn)榱髁總鞲衅鳒y(cè)量的是體積流量，而熱量的計(jì)算是通過(guò)質(zhì)量流量進(jìn)行的，所以對(duì)密度進(jìn)行修正是必要的。另外流體的體積流量是與溫度有關(guān)的，所以密度的修正并不只是一個(gè)簡(jiǎn)單地系數(shù)相乘。密度變化的影響了熱量的計(jì)算結(jié)果，如一系統(tǒng)的進(jìn)口溫度為90，出口溫度為30，如將流量傳感位置裝錯(cuò)，會(huì)引起大約3%的誤差，所以安裝時(shí)應(yīng)仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)上的圖例及安裝說(shuō)明。（2）

20、焓值修正 焓值是每一質(zhì)量單位的熱載體在某一確定溫度下的熱的含量。焓值隨溫度變化而變化，為了將測(cè)量到的溫度轉(zhuǎn)換成熱量計(jì)算，對(duì)介質(zhì)進(jìn)行焓值修正是必要的。對(duì)應(yīng)某一溫度的焓值與流體所處的溫度絕對(duì)值相關(guān)，所以換算也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的常數(shù)。熱量表應(yīng)在廠家給定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。3.2 S7-200概述3.2.1 S7-200簡(jiǎn)述 S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆

21、蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 3.2.2 S7-200（CPU224XP）的擴(kuò)展模塊 本系統(tǒng)控制柜所選擇S7-200（CPU224XP）的擴(kuò)展模塊的類(lèi)別是模擬量I/O擴(kuò)展，型號(hào)是EM235模擬量I/O混合擴(kuò)展口，模擬量I/O擴(kuò)展模塊只有一種規(guī)格，模塊可連接4通道DC-1010V模擬電壓或020mA模擬電流輸入與1通道DC-1010V模擬電壓或者020mA模擬電流輸出；輸入的A/

22、D轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位，輸出的D/A轉(zhuǎn)換位數(shù)為12位（電壓）或者11位（電流）。3.2.3 S7-200的選型本系統(tǒng)控制柜選擇S7-200的CPU224XP。它的特點(diǎn)是:本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展值至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或38路模擬量I/O點(diǎn)。20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的高速計(jì)數(shù)器（100KHz），2個(gè)100KHz的高速脈沖輸出，2個(gè)RS-485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機(jī)有多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O，位控特性，自整定PID功能，線性斜坡脈沖指令，診斷

23、LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O和強(qiáng)大控制能力的新型CPU。通訊方式有兩種方式連接S7-200和編程設(shè)備:一種是自接使用PC/PPI電纜;另一種是用通訊卡和MPI電纜。與計(jì)算機(jī)的RS-232相連進(jìn)行通信。PC/PPI電纜也可用于其它通訊設(shè)備與S7-200的連接。3.3 RS-485概述3.3.1 RS-485與RS-232的電特性 典型的串行通訊標(biāo)準(zhǔn)是RS-232和RS-485，它們定義了電壓、阻抗等，但不對(duì)軟件協(xié)議給予定義，區(qū)別于RS-232、RS-485的特性包括：1、RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(26)V表示，邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(26

24、)V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2、RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。 3、RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 4、RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺(約1219米)，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS-232-C接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因RS-485接口具有良好的抗噪聲干

25、擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)本系統(tǒng)使用其為串行接口。因?yàn)镽S-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)一般只需二根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。RS-485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS-485接口采用DB-9(孔)，與鍵盤(pán)連接的鍵盤(pán)接口RS-485采用DB-9(針)。3.3.2 串口與外部設(shè)備通訊 本系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)配置采用奔4以上計(jì)算機(jī)，用RS-232C串口與外部設(shè)備通訊，用并行口插入組態(tài)王加密鎖，操作系統(tǒng)采用Win2000/Win XP均可。 本系統(tǒng)的輸入通道包括檢測(cè)元件三個(gè)，分別是渦街流量計(jì)、壓力和溫度測(cè)量變送器，其輸出信號(hào)都是4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)；

26、輸出通道包括執(zhí)行元件三個(gè)，分別是一次高溫飽和蒸汽電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻給水泵和變頻補(bǔ)水泵，輸出給它們的控制信號(hào)也是4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。這樣，系統(tǒng)中共有3組4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸入，三組4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸出。為此，本系統(tǒng)直接選用西姆宏S系列I/O前端模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)它們與計(jì)算機(jī)之間的連接。它們都具有RS-485總線通訊接口，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，必須通過(guò)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換，才能與計(jì)算機(jī)的RS-232串口COM1連接。 第四章 汽水換熱系統(tǒng)監(jiān)控主站的軟件設(shè)計(jì)4.1 組態(tài)王概述組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代

27、傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐

28、富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。在本文研究的汽水換熱供暖系統(tǒng)主站的框圖，如圖4.1所示。圖4.1 主站監(jiān)控系統(tǒng)框圖4.2 組態(tài)王的使用4.2.1 建立一個(gè)新工程工程管理器1、新建工程打開(kāi)組態(tài)王，進(jìn)入工程管理器環(huán)境，點(diǎn)擊新建工程1，選擇要建工程的目標(biāo)盤(pán)目錄，單擊打開(kāi)按鈕2進(jìn)行下一步對(duì)新建工程名稱和工程描述，其中，工程描述是小于40個(gè)字符的注釋?zhuān)鐖D4.2、4.3所示。圖4.2 輸入新建工程所在的目錄圖4.3 工程名稱和工程 2、文件搜索工程 要先在某個(gè)盤(pán)上建立幾個(gè)空工程，然后分別選中，在文件下拉菜單中選擇清除工程信息后，再搜索該盤(pán)。選擇搜索目標(biāo)盤(pán)后，目標(biāo)盤(pán)上搜到的所有工程自動(dòng)加入

29、信息區(qū)。 3、添加工程雙擊文件然后單擊添加工程，然后選擇文件夾，此時(shí)新工程已經(jīng)加入到工程信息區(qū)。添加工程與搜索工程的區(qū)別是：添加工程只添加一個(gè)指定的工程，搜索工程師將搜索到的所有工程都加入工程信息區(qū)，如圖4.4所示。圖4.4 添加工程 4、設(shè)為當(dāng)前工程在沒(méi)有工程運(yùn)行的情況下，用鼠標(biāo)選中一個(gè)非當(dāng)前工程（或在選定工程上單擊右鍵），然后在文件的下拉菜單中（或在右擊工程彈出的菜單中）選擇設(shè)為當(dāng)前工程，此時(shí)當(dāng)前工程標(biāo)記：小紅旗已經(jīng)挪到指定工程前面，如圖4.5所示。圖4.5 設(shè)為當(dāng)前工程 5、工程的重命名選中工程管理器的文件，從出現(xiàn)的菜單里面擊重命名，如圖4.6所示。圖4.6 工程重命名 6、刪除工程 選

30、中要?jiǎng)h除的工程，該工程為非當(dāng)前工程，使之加亮顯示，單擊菜單刪除工程命令后，為防止用戶誤操作，會(huì)彈出刪除工程確認(rèn)對(duì)話框，如圖4.7、4.8所示。圖4.7 刪除工程圖4.8 刪除工程7、工程備份選中要備份的工程，使之加亮顯示。單擊菜單“工程備份”命令或工具體“備份”按鈕或快捷菜單“工程備份”命令彈出工程對(duì)話框，如圖4.9、4.10所示。圖4.9 工程備份圖4.10 工程備份4.2.2 定義I/O設(shè)備 組態(tài)王為每種設(shè)別都提供了一個(gè)測(cè)試，用于檢查和計(jì)算機(jī)聯(lián)通了沒(méi)有。 所有需要和組態(tài)王進(jìn)行通訊的硬件設(shè)備都稱作外部設(shè)備，包括PLC、儀表、模塊、板卡、變頻器等。只有定義了外部設(shè)備后，才能和組態(tài)王進(jìn)行通訊。1

31、、在組態(tài)王的工程瀏覽器中，從左邊的工程目錄顯示區(qū)中選擇大綱項(xiàng)設(shè)備下的成員名COM1，然后在右邊的目錄內(nèi)容顯示區(qū)中用左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，則彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂?duì)話框。 在I/O設(shè)備列表顯示區(qū)中，選中PLC設(shè)備，單擊符號(hào)“+”將該節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，再選中“亞控”，單擊符號(hào)“+”將該節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，選中設(shè)備，再單擊符號(hào)“+”將該節(jié)點(diǎn)展開(kāi)，選中“串行”。2、單擊“下一步”按鈕，則彈出“設(shè)備配置向?qū)н壿嬅Q”對(duì)話框，在編輯框輸入一個(gè)PLC設(shè)備的邏輯名稱，例如設(shè)定為“換熱”。繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出“設(shè)備配置向?qū)нx擇串口號(hào)”對(duì)話，如圖4.11所示。圖4.11 設(shè)置配置向?qū)?3、繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出“設(shè)

32、備配置向?qū)гO(shè)備地址設(shè)置指南”對(duì)話框，如圖4.12所示。圖4.12 設(shè)定指定地址 4、繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出“設(shè)備配置向?qū)ㄓ崊?shù)”對(duì)話框，如圖4.13所示。圖4.13 通信參數(shù)繼續(xù)單擊“下一步”按鈕，則彈出“設(shè)備配置向?qū)畔⒖偨Y(jié)”對(duì)話框，單擊“完成”按鈕，則設(shè)備安裝完畢，單擊“上一步”，可返回上一次操作進(jìn)行修改。4.2.3 定義I/O變量整個(gè)工程都用到的變量，每個(gè)變量都對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)際設(shè)備的寄存器。確定變量屬性，每個(gè)變量有三種屬性，基本屬性、報(bào)警否、記錄否、安全權(quán)限等。 在工程瀏覽器中，從左邊的工程目錄顯示區(qū)中選擇大綱項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)下的成員數(shù)據(jù)詞典，然后在右邊的目錄內(nèi)容顯示區(qū)中用左鍵雙擊“新建”

33、圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對(duì)話框，如圖4.14所示。圖4.14 定義變量屬性在此對(duì)話框中，變量名定義為流量，變量類(lèi)型為I/O實(shí)數(shù)，連接設(shè)備選擇流量，寄存器定為STATIC100，寄存器的數(shù)據(jù)類(lèi)型定為INT，讀寫(xiě)屬性為讀寫(xiě)（根據(jù)寄存器類(lèi)型定義）。下面為其他定義，如圖4.15和圖4.16所示。圖4.15 報(bào)警定義圖4.16 記錄和安全區(qū)設(shè)置 最后，單擊“確定”按鈕，則流量變量定義結(jié)束。4.2.4 畫(huà)面的新建進(jìn)入工程瀏覽器，工程瀏覽器左側(cè)是“工程目錄顯示區(qū)”，主要展示工程的各個(gè)組成部分。主要包括“系統(tǒng)”，“變量”，“站點(diǎn)”和“畫(huà)面”四部分。單擊畫(huà)面雙擊新建，彈出“新畫(huà)面”，命名畫(huà)面名稱，如圖4.17所示

34、。圖4.17 新建畫(huà)面新建畫(huà)面之后，通過(guò)組態(tài)王畫(huà)面開(kāi)發(fā)系統(tǒng)菜單的各項(xiàng)菜單命令，完成對(duì)汽水換熱供暖系統(tǒng)監(jiān)控主站中的PLC、渦街流量計(jì)、水泵等的畫(huà)面繪圖。例如，通過(guò)工具菜單選擇圖庫(kù)中合適的水泵，如圖4.18所示。圖4.18 水泵選擇4.2.5 動(dòng)畫(huà)連接把制作的畫(huà)面進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接，即建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。供暖把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，比如溫度、水壓等的變化，通過(guò)I/O接口，引起實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中變量的變化。下面對(duì)圖素中水泵進(jìn)行設(shè)置，如圖4.19所示。圖4.19 水泵設(shè)置 給圖形定義動(dòng)畫(huà)連接，把所有的動(dòng)畫(huà)連接起來(lái)，應(yīng)用程序，呈現(xiàn)整個(gè)汽水換熱供暖系統(tǒng)的圖形動(dòng)畫(huà)。第5章 監(jiān)控主站測(cè)試 如圖5.1為在組態(tài)王軟件

35、工程車(chē)間繪畫(huà)的某一換熱站，汽水換熱供暖的工藝流程圖。圖5.1 組態(tài)軟件工程車(chē)間 本系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心，采用工業(yè)I/O模塊，加上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵、渦街流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器、串行通訊轉(zhuǎn)換模塊及其它元器件構(gòu)成。系統(tǒng)首先通過(guò)壓力、溫度和流量變送器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集并傳送給前端I/O模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)RS-485總線送到串行通訊模塊，轉(zhuǎn)換成RS-232信號(hào)后送到計(jì)算機(jī)的串行口。計(jì)算機(jī)利用組態(tài)王軟件編制的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采集、記錄和分析，并可在計(jì)算機(jī)的屏幕上直觀地顯示出來(lái)；再通過(guò)計(jì)算機(jī)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)發(fā)送到前端I/O模塊，由I/O模塊轉(zhuǎn)

36、換成模擬量去控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。在經(jīng)過(guò)畫(huà)面連接后，可以從整個(gè)供暖系統(tǒng)動(dòng)態(tài)畫(huà)面中可以看出，本系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。第六章 結(jié)論 在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，順利實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流量、溫度、壓力等模擬信號(hào)的采集和變送，實(shí)現(xiàn)了用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器正常動(dòng)作。I/O前端模塊可以保證4-20mA模擬信號(hào)的正確輸入輸出，也可以實(shí)現(xiàn)RS-232和RS-485電平的轉(zhuǎn)換，同時(shí)還能和組態(tài)王進(jìn)行正常通信。在系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)中，完成了主界面、實(shí)時(shí)曲線界面和歷史曲線界面的設(shè)計(jì)，主界面可以正常啟動(dòng)和運(yùn)行，可以正常顯示現(xiàn)場(chǎng)信息，能夠即時(shí)觀察實(shí)時(shí)曲線，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、給水泵和補(bǔ)水泵的控制。整個(gè)系統(tǒng)具備比較完善的監(jiān)控功能。參考文獻(xiàn) 1 張旭亮，黃繼昌.節(jié)能減排基礎(chǔ)知識(shí)M（第一版）.北京：中國(guó)電力出版社，2009 2 朱文鵬. 建筑節(jié)能應(yīng)用技術(shù)J. 建筑技術(shù)，1996.23(11)：738-740 3 王洪建，陳安敏，林娜. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能耗監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)J. 重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013.30(3)：67-73 4 連紀(jì)海.組態(tài)王軟件系統(tǒng)在熱網(wǎng)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用(J).赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)，2005. 21(2):32-33 5 李品，劉志峰，