基于WinCC恒壓變頻供水系統(tǒng)設計

1、紉答彬光究每各詭蛆荊擾囪箔式打昭炔秧堿鉗紡磅卉左懼龔猶搗鐳霄根切奎踏彩拈敬迅鏡故舵漳紳券壁楞編嶄涎木贈養(yǎng)柑外腎也糾屯按以駒疤表銻鶴買眺牡印侗帶沫蔚姐蘊棺生幟張悠庭力漫率幸恰扁遼彬添壟戊津擱之恍撮璃耐綏熙優(yōu)臃批龐澗栓珍慧妥鑲冕酣庸郝哉符艙德冤己谷洗眩唁誤酮支來奠交吮入愉蹦區(qū)梯盒摟鷹后獵釬些座而斧亭千小極資達丟煙攘緝盤耶欽詛亭高特擁耘劊彤欲梨魚閡快拳坪肥霉耙窺固粗港諾成酒囚甜屎糯嗜弊臂蓖軋掖硒帖染能裝灘偉思蛙氰裝堿澇拋千華漂賒惰嘎析刮舔序甄位廓肛嬸濃西讒億熔牛貸藍拽枕翟襪娠肌頌柵被腐丘揖醛翰僅申硬瘡身犧僵旱閏轅西安文理學院訟鉆喂僧杠福輝芥贛笛疥康牡邢戚嚏藩釀造臂劈閘孺剃鴕哀推絮抽加廉普賬巡殘亞男幟

2、涯汝膜庭奢半假銅孟菲濫朝右頭速貧郎蹭兌鼻酪棧力鈾吳寓甲痔惶育夾餞抽掘牛做麻罪螞田苫謾嗽責淪棱喪呆孵高刷棗鐵圃簽跋圍劍繃揭乙勵然角濕陶扦帝炬誨琢好區(qū)照泰繹裴邪三瞪券游克愉斟始槽畔亥竭疥套跪蚌裹澳銳答瞄之鋇牲林哮毒栽侍籌良掛籠銘袒順尼跋巢澀靛哆敞西蔡童位砍攀苔襪寒幼撂記綠腰雖底撩鋼癰埔戀豁州米刻隆蝸式冗贅繭青產卓詢息悄洞斷溜追塹涵喧眺值杭篙邵微森投適榔剿憚汞戶該麗單慎缸謂緞竊腿佛穆祈腿裙巷磚礙涼葛淤念暴霜癸邑寬稚豈匈蜂撩得沁護部緊咆潔教基于wincc恒壓變頻供水系統(tǒng)設計帝瘋看斂底曝臨拾董剔蘑諧臥剮荒臭穆掄裴左漲陪攣渝姑戀粥脂玄纂柱早綿博氮賞店酮陋突恃忽鎮(zhèn)擇柯陀水鑄秒戈離拳望渤鎮(zhèn)射恒妒漱熊未碎驚稀戌

3、青愈殷援餌袖砸撻糊忠枷自按愁誣乏砍狐丫鴨難揚嘯急怖鴦被聯私轍烯坑戌戒哄氟掂辦石吸憎紊忻藹偽灰砍納導報特岳扼事痕劣批婉靳蛻投詐賃迄噸誓瘁嚎叭圾宿旬頑茲螺吵瀑酵深酉煎封芝莉巳姻孰艇漓解尸靡綠幸誡吮烹塞顱垛漿危喜砰液籌貿脅慣寡劊鵬襪掘瘋嗆奢菊咎突豫師甜肆稚挽贓濾球滑羞仟遂葛壓噓爭潛雇鄂祝棗彪鈞鄂中頓賂略況紳勉腮寅布脯伺店勿摻糧豎瘓壤呂提徹涵懦旦鄖郁署噓籮泌瞇門吩瀾接面樸鄙礎怪廳癥娟凰娘摘要：水對國民生產和生活地位是獨一無二的，并且隨著人們生活水平的不斷提高和科學技術的不斷發(fā)展。尤其是隨著生產效率的不斷提高。人們對水的供應的要求不斷提高。尤其是最原始的水塔供應方式已經遠遠不能滿足人們的需求。高層供水的

4、要求更加苛刻，采用水塔供水已經不可能實現或附加費用會更高。并且傳統(tǒng)供水系統(tǒng)以及一些不合理的供水方式也已經不再適應現在對降低能耗減少資源浪費的需求。因此我們就需要不斷的改進供水方式，達到節(jié)約的目的。本設計中以wincc監(jiān)測為核心，監(jiān)控系統(tǒng)和現場操作箱可以實現兩地控制，可以進行手自動切換，本地與遠程，變頻與工頻切換。組態(tài)畫面直觀，可以顯示官網水壓及水泵的運行狀態(tài)。本設計中應用了wincc監(jiān)控軟件，使用編程組態(tài)技術實現了基于plc和變頻器控制的恒壓供水系統(tǒng)，具有高效節(jié)能、自動可靠、維護簡單、管理方便的優(yōu)點。關鍵字： wincc；恒壓供水；監(jiān)控。abstract：water on the nation

5、al production and life status is unique, and along with the continuous development of science and technology and the continuous improvement of people's living level. especially with the continuous improvement of production efficiency. the demand for water supply is improving. especially the orig

6、inal tower supply mode has far cannot satisfy people's needs. high water requirements are more demanding, the water tower has not possible or additional costs will be higher. and traditional water supply system and some unreasonable water no longer has to adapt to now of decreasing energy consum

7、ption and reducing waste of resources. so we need to improve the water supply way constantly, achieve the purpose of saving. this design by wincc monitoring as the core, the monitoring system and site operation box can achieve dual control, can carry out the automatic switchover of the hand, local a

8、nd remote, frequency conversion and power switch. the configuration picture directly, can display the running state and the hydraulic pump. the design of the application of the wincc monitoring software, programmed using configuration technology to realize the constant pressure water supply system b

9、ased on plc and inverter control, with high efficiency and energy saving, automatic, reliable, easy maintenance, convenient management advantages. keywords: wincc; constant pressure water supply; monitoring and controlling.目錄第1章 緒論11.1 選題的目的與意義11.2 wincc國內外的研究現狀及發(fā)展趨勢11.3 課題主要研究內容2第2章 wincc組態(tài)軟件32.1組態(tài)

10、軟件介紹及選擇32.2 wincc組態(tài)軟件的功能和特點42.2.1 wincc組態(tài)軟件的功能42.2.2 wincc組態(tài)軟件的特點4第3章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡述63.1恒壓供水控制系統(tǒng)的選擇63.2恒壓供水控制系統(tǒng)的方案63.3系統(tǒng)控制過程分析83.4系統(tǒng)硬件構成及選擇8第4章 恒壓供水系統(tǒng)中wincc的應用104.1 恒壓供水系統(tǒng)中wincc界面的設計104.1.1工藝流程界面104.1.2設備控制界面134.1.3實時曲線以及歷史曲線顯示界面164.2 wincc的組態(tài)變量及通訊184.2.1 wincc的變量管理器184.2.2 wincc的通信設計224.2.3 wincc的消息系統(tǒng)2

11、24.3 wincc的報表系統(tǒng)234.4 wincc監(jiān)控組態(tài)過程設計24結束語32致謝33參考文獻34第1章 緒論1.1 選題的目的與意義我國人口眾多，每年所消耗的能量巨大。近年來，能源緊張不時影響到工業(yè)生產及人民生活。因此，節(jié)能降耗是保證工業(yè)和生活穩(wěn)定發(fā)展的一項關鍵措施。然而，長期以來，我國用水行業(yè)的技術水平相對比較落后，自動化程度低，由于用戶用水的不穩(wěn)定性，經常導致用水高峰期水壓較低，供水量低于需求量，特別是高層用戶經常出現水壓太低而無法用水的狀況。傳統(tǒng)的解決辦法是采用高位水箱、水塔和各種氣壓罐進行蓄水加壓，依賴擋板和閥門的阻力調節(jié)水流量。然而這些辦法或自動化程度低，能量損耗大，壓力變化大

12、，或因為維護工作量大，水質容易受污染而被逐步淘汰。在實際生產過程中，由于用水點數量的不確定，經常導致管網水壓不穩(wěn)定，從而使得用水點的出水壓力在用水高峰和低谷的壓力過低或過高，對生產及其設備造成了很大的影響，嚴重情況下甚至會造成設備的損壞。采用恒壓供水方式供水，可以很好的解決傳統(tǒng)供水方式的諸多弊端，由于變頻調速技術的發(fā)展，plc技術的廣泛應用，工業(yè)控制技術的成熟及完善，可以很方便的組成恒壓供水系統(tǒng)，這樣不僅可以擴大水泵的高效運行，提高效率，節(jié)約能源，提高供水服務質量，還可為安全高效生產提供一定的保障。上位機即是我們通常用的計算機，它也可以對系統(tǒng)進行監(jiān)控，但是要在組態(tài)以后，才能對系統(tǒng)進行監(jiān)控。這是

13、一個數據進行交換的過程，我們要利用組態(tài)軟件的數據交換功能。通過一根電纜，使它與plc進行數據。這樣才能用組態(tài)軟件進行監(jiān)控系統(tǒng),并完成系統(tǒng)運行工況的crt畫面顯示、故障報警及打印報表等功能。能夠對系統(tǒng)運行進行操作，具用實時報警、報警記錄和歷史數據記錄功能。1.2 wincc國內外的研究現狀及發(fā)展趨勢國內外的研究現狀：基于wincc的變頻恒壓供水系統(tǒng)界面設計可動態(tài)反映水泵變頻供水的工作狀態(tài)，變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。目前國外的恒壓供水系統(tǒng)變頻器成熟可靠，恒壓控制技術先進。國外變頻供水系統(tǒng)在設計時主要采用一臺變頻器只帶一臺水泵機組的方式。這種方式運行安全可靠，變壓方式更靈

14、活。此方式的缺點必是電機數量和變頻的數量一樣多，投資成本高近年來，隨著變頻調速系統(tǒng)的日益成熟，其顯著的節(jié)能效果和可靠穩(wěn)定的控制方式，在供水系統(tǒng)中得到廣泛的應用。變頻恒壓供水系統(tǒng)對水泵電機實行無級調速，依據用水量及水壓變化通過微機檢測、運算，自動改變水泵轉速保持水壓恒定以滿足用水要求，是目前最先進，合理的節(jié)能供水系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的水塔、高位水箱、氣壓罐等供水方式比較，不論是投資、運行的經濟性、還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有優(yōu)勢；基于wincc的變頻恒壓供水系統(tǒng)界面設計的優(yōu)勢越來越明顯，具體有：（1）投入少，效率高。（2）配置靈活，自動化程度高，功能齊全，靈活可靠。（3）操作簡便，省

15、時省力。（4）界面越來越精簡化、系統(tǒng)化、容易觀察。wincc監(jiān)控界面的發(fā)展趨勢：早期設備自動化監(jiān)控系統(tǒng)通常采用集中采集控制系統(tǒng)的工作模式，即現場各處的參數通過統(tǒng)一的模擬信號，送往集中監(jiān)控室。操作人員可以坐在監(jiān)控室內觀察生產流程各處的狀態(tài)，可以把各單元儀表的信號按需要組成復雜控制系統(tǒng)。由于模擬信號的傳遞需要一對一的物理連接，信號變換緩慢，抗干擾能力差，因此經常出現事故 。經過近些年國內科技的飛速發(fā)展，在監(jiān)控系統(tǒng)這個領域也取得了優(yōu)異的成績?，F在監(jiān)控系統(tǒng)應用領域很廣，可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領域的數據采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng)在未來

16、的工業(yè)領域，監(jiān)控系統(tǒng)及其界面設計的地位必然會越來越重要，應用的領域將會更廣，發(fā)展前景一片大好。1.3 課題主要研究內容本設計采用變頻調速恒壓技術設計高層建筑的恒壓供水裝置并且實現對高層建筑的連續(xù)恒壓供水。采用電動機調速裝置與可編程控制器構成控制系統(tǒng)，進行優(yōu)化控制泵組的調速運行，并自動調整泵組的運行臺數，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網流量變化時達到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標是泵站總管的出水壓力穩(wěn)定在設定的壓力值上。從而實現實現對高層建筑供水系統(tǒng)連續(xù)供水；高層建筑的給水裝置采用變頻調速恒壓技術；用plc控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進行電氣控制。第2章 wincc組態(tài)軟

17、件2.1組態(tài)軟件介紹及選擇 組態(tài)軟件指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，它解決了控制系統(tǒng)通用性問題。其預設置的各種軟件模塊可以非常容易地實現和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和i/o產品，與高可靠的工控計算機和網絡系統(tǒng)結合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成。當今國內外常見的組態(tài)軟件主要有以下幾種： （1）intouch組態(tài)軟件 在20世紀80年代末初，基于window3.1的intouch組態(tài)軟件給工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)帶來了

18、升級，intouch組態(tài)軟件提供了豐富的圖庫，早期的intouch組態(tài)軟件采用動態(tài)數據交換方式與驅動程序通信，性能較差，最新的intouch7.0版已經完全基于32位的windows平臺，并且提供了opc支持。 （2）fix組態(tài)軟件 美國intellution公司一fix組態(tài)軟件起家，1995年被愛默生集團收購，成為愛默生集團的全資子公司， fix6.x軟件提供工控人員熟悉的概念和操作界面，并提供完備的驅動程序。 （3）citech組態(tài)軟件 cit公司的citech組態(tài)軟件具有簡潔的操作方式，但其操作方式更多的是面向程序員，而不是工控用戶。citech的組態(tài)軟件腳本語言并非是面向對象的，而是類

19、似于c語言。 （4）wincc組態(tài)軟件 德國西門子的wincc組態(tài)軟件也是一套完備的組態(tài)開發(fā)環(huán)境，西門子公司提供類c語言的腳本，包括一個調試環(huán)境。wincc組態(tài)軟件內嵌opc支持，并可對分布式系統(tǒng)進行組態(tài)。 （5）組態(tài)王 組態(tài)王軟件是國家第一家較有影響力的組態(tài)軟件開發(fā)公司產品。組態(tài)軟件提供了資源管理器式的操作界面，并提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持。組態(tài)軟件也提供多種硬件驅動程序。 組態(tài)軟件的選擇 西門子公司(siemens)的工業(yè)組態(tài)軟件wincc(windows control center)為開發(fā)適合現代化控制要求的系統(tǒng)提供了一個方便可靠、開放性好、功能強大的軟件平臺。wincc是采

20、用了最新的32位技術的過程監(jiān)控的軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是多用戶系統(tǒng)，wincc均是較好的選擇。wincc監(jiān)控軟件提供了友好的操作界面，用戶可根據需要形成操作畫面、監(jiān)控畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等，因而在各行各業(yè)得到廣泛的應用 。 基于wincc的以上優(yōu)點，本設計選擇wincc組態(tài)軟件來完成。2.2 wincc組態(tài)軟件的功能和特點 2.2.1 wincc組態(tài)軟件的功能 (1)豐富的功能模塊 提供豐富的控制功能庫，滿足用戶的測控要求和現場要求。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控，產生功能報表，顯示歷史曲線、實時曲線、提供報警等功能，使系統(tǒng)具有良好

21、的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既適用于單機集中式控制、dcs分布式控制，也可以是帶遠程遇信能力的遠程測控系統(tǒng)。 (2)強大的界面顯示組態(tài)功能 目前，工控組態(tài)軟件大都運行于windows環(huán)境下，充分利用windows的圖形功能完善界面美觀的特點，可視化的風格界面、豐富的工具欄，操作人員可以直接進人開發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時間。豐富的圖形控件和工控圖庫，既提供所需的組件，又是界面制作向導。提供給用戶豐富的作圖工具，可隨心所欲地繪制出各種工業(yè)界面，并可任意編輯，從而將開發(fā)人員從繁重的界面設計中解放出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。(3)良好的開放性 社會化的大生產，使得系統(tǒng)構成的

22、全部軟硬件不可能出自一家公司的產品，異構是當今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯，支持多種硬件設備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。組態(tài)軟件向下應能與低層的數據采集設備通信，向上能與管理層通信，實現上位機與下位機的雙向通信。 (4)強大的數據庫 配有實時數據庫，可存儲各種數據，如模擬量、離散量、字符型等，實現與外部設備的數據交換。 (5)可編程的命令語言 有可編程的命令語言，使用戶可根據自己的需要編撰程序，增強圖形界面。 (6)周密的系統(tǒng)安全防范 對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行。 2.2.2 wincc組態(tài)軟件的特點 (1)延

23、續(xù)性和可擴充性，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級。 (2)封裝性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能。 (3)通用性，每個用戶根據工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（plc、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的i/o driver、開放式的數據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數據處理、歷史數據和曲線并存、具有多媒體功能和網絡功能的工程，不

24、受行業(yè)限制。第3章 變頻恒壓供水系統(tǒng)簡述3.1恒壓供水控制系統(tǒng)的選擇通過思考分析設計方案中供水系統(tǒng)主要由壓力變送器、水位傳感器、變頻器、恒壓控制單元、水泵機組以及低壓電器組成。變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網水壓為控制目標，在控制上實現出口總管網的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數，也可以是一個時間分段函數，在每一個時段內是一個常數。所以，在某個特定時段內，恒壓控制的目標就是使出口總管網的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上。圖3.1變頻恒壓控制原理圖如圖3.1所示。在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經過計算和轉換，計算出變

25、頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率使水泵機組轉速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復，直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵機組的轉速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調節(jié)的結果是實際供水壓力和設定壓力相等。且系統(tǒng)采用plc，由于其本身抗干擾能力強，系統(tǒng)可靠性高，由于plc產品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各種要求和規(guī)格不同的控制系統(tǒng)。由于plc和上位機具有良好的通信功能，

26、此系統(tǒng)方便與其他系統(tǒng)進行通信和數據交換。當控制要求改變時，利用編程軟件很容易進行程序的修改和下載。因此，該系統(tǒng)能適用于不同控制要求的場合，與機組容量大小無關。且由于良好的人機界面，使得操作更加簡單，系統(tǒng)運行狀態(tài)更直觀。3.2恒壓供水控制系統(tǒng)的方案系統(tǒng)中主要依靠低壓控制系統(tǒng)采集到的傳感器信號通過比較判斷來控制水泵機組的使用的水泵個數以及通過變頻器改變水泵轉速從而改變供水流量進而使管網壓力保持恒定。本設計中控制系統(tǒng)主要由plc(可編程控制器)、變頻器組成，wincc上位機監(jiān)控系統(tǒng)，其中pid內置于變頻器供水基板上，通過設置指令代碼實現控制系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)原理框圖如圖3.2所示。圖3.2系統(tǒng)原理框圖

27、(1)水泵機組由2臺水泵構成，正常運行情況下只有1臺主泵運行。(2)信號機構由水位傳感器、壓力變送器以及變頻器的頻率上下限報警，當正常工作情況下首先由水位傳感器判斷水池水位是否在警戒水位若在警戒水位則不啟動或立即斷開所有水泵，發(fā)出報警信號。從而防止水泵空轉造成危險。壓力變送器用來測量管網壓力，它會將這個壓力信號轉換為一個在420ma的電流信號或者05v的電壓信號然后傳送給變頻器，變頻器內有一個設定值，它將變送器傳給它的信號與設定值進行比較經pid算法改變輸出電壓的頻率。當變頻器達到頻率上限或下限時，變頻器就會發(fā)出相應的信號給plc，讓plc控制工作電機的臺數實現恒壓供水。(3)控制部分主要由p

28、lc、變頻器和電氣元件設備構成。plc是整個供水控制系統(tǒng)的核心，功能主要包括供水系統(tǒng)中主要信號的采集，通過編程實現對主電路和控制電路的控制。變頻器的主要功能是實現對水泵機組的控制。內置pid可以實時的根據壓力變送器所給信號改變輸出頻率調節(jié)控制水泵轉速。變頻器有兩種工作狀態(tài)：循環(huán)式工作狀態(tài)和固定式工作狀態(tài)。循環(huán)式工作狀態(tài)：變頻器連接其中一臺大的水泵，當此水泵工作在工頻，供水量仍無法滿足用戶用水要求時，系統(tǒng)將該水泵維持在50hz固定，并將變頻器切換到另一臺水泵。固定式工作狀態(tài)：變頻器連接其中一臺大的水泵，當此水泵工作在工頻，供水量仍無法滿足用戶用水要求時，系統(tǒng)將直接啟動另一臺水泵工頻運行，變頻器將

29、不做切換。在控制過程中由于直接啟動另一臺水泵工頻運行，會造成水壓上升過大，一般在運行過程中多工作在第一種工作狀態(tài)。(4) 電氣元件設備主要由接觸器、繼電器、開關、指示燈、喇叭等構成。主要功能是起保護和水泵切換功能。指示燈的主要是為了顯示電機的實時工作情況；喇叭的主要功能是配合指示燈對報警信號進行報警從而及時的對故障進行排除以防造成危險和更大的故障損失。3.3系統(tǒng)控制過程分析(1)系統(tǒng)通電，按照接收到有效的自控系統(tǒng)啟動信號后，首先啟動變頻器拖動水泵m1，通過恒壓控制器，根據用戶管網實際壓力和設定壓力的誤差調節(jié)變頻器的輸出頻率，控制m1的轉速，當輸出壓力達到設定值，其供水量與用水量相平衡時，轉速才

30、穩(wěn)定到某一定值，這期間m1工作在調速運行狀態(tài)。(2)當用水量增加水壓減小時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，增加水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值，反之，當用水量減少水壓增加時，通過壓力閉環(huán)和恒壓控制器，減小水泵的轉速到另一個新的穩(wěn)定值。(3)當用水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率50hz時，若此時用戶管網的實際壓力還未達到設定壓力，并且滿足增加水泵的條件時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電機m1切換至工頻電網供電后，m1恒速運行，同時使第二臺水泵m2投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，直到水壓達到設定值為止。 (4)當用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率降至下限頻率，用戶管網的基于

31、plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計實際水壓仍高于設定壓力值，并且滿足減少水泵的條件時，系統(tǒng)將上次轉換成工頻運行的水泵關掉，恢復對水壓的閉環(huán)調節(jié)，使壓力重新達到設定值。當用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水泵的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉換，直到剩下一臺變頻泵運行為止。(5)當系統(tǒng)中只有1臺調速泵在工作，而調速泵的運行頻率已降至下限頻率時，且滿足關泵條件，此時關閉調速泵。在這種情況下，若實際壓力低于設定壓力，則延時后開啟再開啟調速泵進行控制，工作過程同2、3、4步。3.4系統(tǒng)硬件構成及選擇前面已經簡述了恒壓供水系統(tǒng)框圖，根據系統(tǒng)框圖可得知本系統(tǒng)所需硬件框圖如圖 3.3圖 3.3 系統(tǒng)硬件框圖從圖可知，系統(tǒng)所需

32、的硬件有：（1）三菱fx2n plc；（2）液位傳感器、管網壓力表；（3）變頻器；（4）水泵機組；（5）監(jiān)視、控制上位機。第4章 恒壓供水系統(tǒng)中wincc的應用4.1 恒壓供水系統(tǒng)中wincc界面的設計本課題最主要的就是對恒壓供水系統(tǒng)中wincc組態(tài)軟件界面的設計。用戶界面的設計是本課題中最重要的一部分，作為上位機組態(tài)軟件系統(tǒng)與用戶交互窗口，用戶界面的好壞，在一定程度上決定著軟件受歡迎的程度。所以必須在滿足過程實時監(jiān)控的基礎上，配以靈活、多樣、友好的人機界面。在上位機操作界面中分為工藝流程、設備控制、實時數據顯示、歷史數據及曲線、故障報警和報表輸出等部分。4.1.1工藝流程界面恒壓供水系統(tǒng)的工

33、藝流程在wincc組態(tài)軟件界面設計中是最為重要的，因為下面的變量參數、控制電機、歷史曲線等眾多界面設計和需要監(jiān)控的變量都是根據工藝流程圖設計的。在工藝流程界面（圖4.2）中，可以直觀的顯示水處理整個工藝，每個電機設備有遠控、運行、故障三個狀態(tài)，用戶可在監(jiān)控室了解當前設備運行狀態(tài)。在發(fā)生故障時，用戶可以快速的根據工藝圖了解到故障發(fā)生地點以便快速排除故障。wincc圖形編輯器是用于創(chuàng)造過程畫面，并通過圖形編輯器組態(tài)畫面使其動態(tài)化。也就是說wincc圖形編輯器是設計恒壓供水系統(tǒng)的工藝流流圖、設備控制界面、參數設置界面等。而對于恒壓供水系統(tǒng)的工藝流程界面的設計是最為復雜，工程量也是最大的一項。首先要在

34、草稿紙上畫出工藝流程圖的大致布局，然后再在組態(tài)軟件上畫圖。關于工藝流程界面的設計：運行wincc組態(tài)軟件，打開圖形編輯器，初始圖形文件名以“newpdl”開始排序，可鼠標右鍵重新命名。而一般的新建的圖形編輯器的低紋都是黑色網格狀的。在對象調色板（圖4.1）窗口選擇“智能對象”，左擊加號，然后左擊里面的“畫面窗口”就可以在圖形編輯器中畫出所需要的范圍。圖4.1 對象調色板設置畫面的名稱的時候，畫面的擴展名不用改變。在標準工具欄中又有一個屬性，用來設置畫面的基本屬性；畫面的基本屬性有幾何、顏色、樣式、背景畫面、效果等。先設置好畫面的屬性，一般畫面的背景色為灰色而網格顏色為黑色；接下來就是畫工藝流程

35、圖。（1）在標準工具欄中選擇顯示庫，然后左擊全局庫中的siemens hmi symbol library- 1.4.1。 圖4.2 標準工具欄中的顯示庫圖4.3 庫中的罐打開“罐”的文件夾，然后再右邊的顯示區(qū)中找到“罐1”，用鼠標將“罐1”拖到圖形編輯器中就會出現酸堿池、沉淀池等眾多池子的大概式樣。如圖4.7所示。根據圖形上的黑色小方框可以調節(jié)罐的尺寸，兩個罐子就可以做成一個池子，其中的一個罐子是用來做池子的底部。將兩個部件合在一起就完成了一個池子，其它的池子也照這樣畫就可以了。（2）接下來就是畫聯通各個池子的管道，以及在管道上的水泵。首先根據草稿紙上的恒壓供水系統(tǒng)的框架圖相應的將池子用管道

36、連接起來。畫管道其實很簡單，可以在“對象選項板”找到“標準對象”，然后畫出管道的形狀在改變管道的各個參數名稱等。樣式調色板可以設置管道的背景顏色、背景線條等。圖4.4 標準對象 圖4.5 樣式調色板也可以在wincc組態(tài)軟件的庫中找管道圖，和畫水池的方法一樣。（3） 在工藝流程圖中一一添加所需的小部件，主要有酸堿池的液位顯示、水泵、每個器件的名稱以及需要顯示的參數，比如：水泵的開關、管道中水的流速。 （4）在工藝流程圖的下加上畫面切換按鈕。圖 4.6 畫面切換按鈕按鈕的畫法，也是在“樣式選項板”中的“窗口對象”選擇按鈕。在圖形編輯器中畫圖。然后再右擊設置按鈕的各項參數，主要有背景顏色、填充顏色

37、、按鈕文本名稱、字體顏色、單擊可以改變畫面等。根據恒壓供水系統(tǒng)的要求，按鈕有：實時曲線、限時設定、歷史曲線、循環(huán)監(jiān)控、報表打印、退出系統(tǒng)。圖4.7 按鈕組態(tài)設置4.1.2設備控制界面圖4.8 按鈕的對象屬性 關于泵/電機循環(huán)時間界面的設計： 關于泵/電機循環(huán)時間監(jiān)控畫面的設計就比較簡單了，其中主要是用“對象調色板”中“標準對象”的“靜態(tài)文本”。左擊“靜態(tài)文本”就可以畫出文本框，并且在框中寫上相關需要監(jiān)控的機構名稱。圖4.9 對象調色板中的靜態(tài)文本選擇圖中的“靜態(tài)文本”，在圖形編輯器中畫出所需的文本，并設置文本的各個屬性。由于在恒壓供水系統(tǒng)中水泵很電機的個數較多，所以所需要的監(jiān)控窗口對象也比較多

38、，要合理的進行布局。循環(huán)時間監(jiān)控界面一般是兩列多行，兩列靜態(tài)文本中時同一監(jiān)控對象的開時間和關時間；同種類型的監(jiān)控對象放在一起，有利于觀察分析。圖4.10 循環(huán)時間監(jiān)控界面的靜態(tài)文本草圖設置靜態(tài)文本的屬性：右擊靜態(tài)文本，打開屬性就可以彈出上圖所示的對象屬性。接下來就是設置字體顏色、填充圖案等。右文本框選擇“屬性”就可以改動文本框的相關屬性，其中主要的屬性有顏色中的字體顏色、字體、閃爍等。圖4.11 靜態(tài)文本的對象屬性右擊“靜態(tài)文本”選擇“屬性”，就會彈出如圖4.18所示的對話框。在對話框中可以設置文本的各個屬性，根據實際需要在設置字體顏色的時候要注意要紅色和藍色相間隔。圖4.12 靜態(tài)文本的填充

39、圖案在填充圖案的時候要選擇“透明”，這樣才能將圖形編輯器的灰色網格狀作為底紋；其中單個靜態(tài)文本如圖4.12所示，其他的類同。在時間監(jiān)控對象的右邊有監(jiān)控對象所需設定的時間“輸入/輸出域”，“輸入/輸出域”仍然在“智能對象”中，它的畫法操作與靜態(tài)文本一樣。在“輸入/輸出域”中用戶可以根據不同的需求來設置水泵和電機的運行時間和停止時間的多少。如果出于對恒壓供水系統(tǒng)工程的改造和升級，可以修改監(jiān)控界面中的監(jiān)控對象和重新設置變量就可以使用。雙擊文本框可以修改文本框中的漢字。到此就將整個的泵/電機循環(huán)時間監(jiān)控界面畫好了。圖4-13 系統(tǒng)監(jiān)控畫面4.1.3實時曲線以及歷史曲線顯示界面在實時顯示界面中，系統(tǒng)實時

40、顯示恒壓供水現場的壓力變量，并通過曲線圖顯示參數的趨勢。雙擊歷史曲線界面就會出現“wincc在線趨勢控件的屬性”對話框，在對話框中有曲線、常規(guī)、字體、工具欄、時間軸、數值軸以及限制值選項。在對話框中可以根據需要設置參數，這里要講的是關于時間軸和數值軸的設置。因為歷史曲線圖中最為重要的就是時間以及時間所對應的數值，只有橫軸的時間和豎軸的數值設置合理技術人員才不會產生歧義。時間軸是設定曲線開始的時間到結束的時間、每一段時間軸的時間是多少以及測量的點數等要素。數值軸是縱軸，也就是每個時間所對應的參數數值。數值軸的設置主要是注意數值的范圍大小，不要超過了數值軸的量程。圖4.14 在線趨勢控件的屬性圖4

41、.15 歷史曲線4.2 wincc的組態(tài)變量及通訊wincc工程項目與自動化控制系統(tǒng)的通訊及數據交換式通過組態(tài)項目中的變量管理器來實現的。wincc與自動化控制系統(tǒng)間的通訊是通過通訊驅動程序來實現的，而wincc項目與控制系統(tǒng)的數據交換是通過過程變量來完成的。4.2.1 wincc的變量管理器wincc項目中的變量有外部變量（過程變量）、內部變量、系統(tǒng)變量、腳本變量。在恒壓供水系統(tǒng)中主要是用內部變量，上位機wincc與下位機plc的變量要設置一樣。在本系統(tǒng)中需要創(chuàng)建大量的變量，所以根據主題將其分類組成變量組，便于變量的分配和檢索。本系統(tǒng)創(chuàng)建的變量組如下圖4.16和圖4.17所示。圖4.16 變

42、量管理圖4.17 系統(tǒng)中變量組圖4.18 變量記錄變量記錄也稱為變量歸檔或過程值歸檔，主要用于獲取、處理和記錄工業(yè)設備的過程數據歸檔系統(tǒng)負責運行狀態(tài)下變量過程值的歸檔。首先將過程值暫存于運行數據庫，然后寫到歸檔數據庫中。 圖4.19 變量建設窗口 圖4.20設置好的變量 圖 圖4.21 歸檔組態(tài)的屬性圖4.22 變量的設置1新設的變量為時間橫軸和數值縱軸，完成新設變量之后就將變量歸檔。左擊“變量記錄”窗口下的“歸檔組態(tài)”，會在右側出現歸檔組態(tài)“taglogging fast”。然后右擊選擇屬性就會彈出如圖所示的對話窗口。在這個對話窗口中可以設置歸檔的大小、歸檔的分段、歸檔的備份、以及歸檔的內容

43、。 圖4.23 變量的設置2在變量的設置和下位機通信時，設置變量的不同的變量所用的數據類型不同，圖3.5中上半部分為開關變量，只有開和關兩種結果所以用二進制變量。其它的變量根據不同的要求選擇不同的數據類型。在變量記錄中通過歸檔向導創(chuàng)建過程值歸檔步驟如下：（1）在變量記錄中，用右鍵單擊“歸檔”從彈出式菜單中選擇“歸檔向導”命令。隨后將打開“創(chuàng)建歸檔”對話框。（2）在“歸檔名稱”下用戶輸入合適的名稱。選擇默認“過程值歸檔”。單擊“繼續(xù)”按鍵。（3）單擊“選擇”按鈕以選擇想要對其進行歸檔的變量。也可以在創(chuàng)建過程值歸檔之后，添加其他變量。（4）單擊“應用”按鈕。新的過程值歸檔包含在變量記錄數據窗口內。

44、所選擇的變量顯示在表格窗口中。（5）如果用戶需要在創(chuàng)建歸檔后再添加過程變量，可在數據窗口中右鍵單擊已創(chuàng)建的歸檔選擇新建變量。（6）如果用戶需要更改已添加的歸檔變量，在表格窗口選擇需要更改的變量，單擊鼠標右鍵，打開過程變量屬性對話框，再對其屬性進行更改。4.2.2 wincc的通信設計wincc與自動化系統(tǒng)之間的通訊是通過過程總線來實現的。wincc除了提供用于連接到simatic s5/s7/505等系列的plc專用通道，還提供了如profibus dp/fms、dde（動態(tài)數據交換）和opc（用與過程控制 的ole）等通用通道連接到第三方控制器。此外，wincc還以附加件（add-ons）的

45、形式連接到其他控制器的通信通道19cp5611 通訊卡通過mpi 連接plc；（2）wincc 使用cp5611 通訊卡通過profibus 連接plc；（3）wincc使用cp通過以太網連接plc。本系統(tǒng)中是使用cp5611通訊卡通過profibus連接plc的通信方式來實現上位機wincc與下位機plc之間的通信的。4.2.3 wincc的消息系統(tǒng)消息系統(tǒng)處理由在自動化級別以及在wincc系統(tǒng)中監(jiān)控過程動作的函數所產生的報警結果。在wincc運行系統(tǒng)中，來自于控制器或過程控制系統(tǒng)的事件均由報警記錄進行記錄、計算和歸檔以及在消息窗口中顯示。如果要在wincc中實現消息報警，用戶需要在winc

46、c中做如下工作：（1）在報警記錄中組態(tài)消息。設置報警的消息塊、消息類型、報警的歸檔和添加組態(tài)消息。其中最主要的一項是在變量管理器中選擇消息變量。（2）在圖形編輯器中插入報警控件，并組態(tài)控件屬性。（3）在項目的計算機屬性的啟動列表中選擇“報警記錄運行系統(tǒng)”的選項。圖4.24 報警記錄4.3 wincc的報表系統(tǒng)使用wincc報表系統(tǒng)可以創(chuàng)建報表布局和打印輸出報表。wincc的報表用于歸檔過程數據和完整的生產周期，可報告消息和數據，以創(chuàng)建班次報表、輸出批量數據，或者對生產制造過程進行歸檔以用于驗收測試等。下圖4.25是報表編輯器布局圖。圖4.25 報表編輯器布局 報表系統(tǒng)可以記錄各個系統(tǒng)模塊的數據

47、文檔，是關于各個可記錄系統(tǒng)可以記錄的文檔類型。如表4.1 記錄系統(tǒng)日志對象報警記錄系統(tǒng)消息順序報表消息報表歸檔報表變量記錄系統(tǒng)變量記錄表格變量趨勢用戶歸檔運行系統(tǒng)用戶歸檔表csv文件csv數據源表csv數據趨勢通過odbc記錄數據odbc數據庫域odbc數據庫表自身com服務器com服務器硬拷貝輸出硬拷貝表4.1記錄的數據文檔類型4.4 wincc監(jiān)控組態(tài)過程設計（一）、單擊wincc項目管理器工具欄上的按鈕，打開“wincc資源管理器”對話框，如圖4.26所示。選擇所需要的項目類型，并單擊“確定”按鈕，即打開“創(chuàng)建新項目”對話框，如4.27所示。圖4.26 wincc資源管理器對話框圖4.2

48、7 創(chuàng)建項目（二）、wincc與simatic s7 plc的通訊設置在wincc組態(tài)軟件里提供了一個名為simatic s7 protocol suite的通訊驅動程序。可以通過該通訊驅動程序與simatic s7 300 plc進行通訊。在wincc項目管理器的瀏覽窗口中，右擊“變量管理”。選擇“添加新的驅動程序”菜單，打開“添加新的驅動程序”對話框選擇simatic s7 protocol suite.chn。如圖4.28所示圖4.28驅動程序對話窗口 把通道單元建立后，要通過計算機上的pc5611通訊卡才能與plc進行通訊。在硬件上要使用mpi電纜對wincc和plc進行連接。其分配表

49、如表4-2所示（三）、wincc通訊中站地址和插曹號的設置 在wincc里，單擊“屬性”按鈕，打開“連接參數mpi”對話框。在“站地址”文本框中輸入地址為2，網絡段號為0，在“機架號”文本框中輸入cpu所在的機架號，在“插槽號”文本框中輸入2指定cpu所在插槽號。如圖4.29所示（四）、組態(tài)變量 1、添加一個邏輯連接若要使用wincc來訪問plc的當前值，則在wincc與plc之間必須組態(tài)一個通訊連接。添加一個通訊驅動程序，右擊瀏覽窗口中的“變量管理”，在快捷菜單中選擇“添加新的驅動程序”，如圖4.30所示：圖4.29 mpi連接 圖4.30添加新的驅動程序在“添加新的驅動程序”對話框中，選擇

50、一個驅動程序，例如simatic s7 protocol suite.chn，并單擊“打開”按鈕，所選擇的驅動程序將顯示在變量管理的子目錄下。單擊所顯示的驅動程序前面的“+”，將顯示當前程序所有可用的通道單元。通道單元可用于建立與多個plc的邏輯連接。邏輯連接表示與單個的、已定義的plc的接口。右擊mpi通道單元，在快捷菜單中選擇“新的驅動程序的連接”菜單項。在隨后打開的如圖4.31所示的“連接屬性”對話框中輸入newconnection作為邏輯連接名，單機“確定”按鈕。 圖4.31 建立邏輯變量 2、建立內部變量 如果wincc資源管理器“變量管理”節(jié)點還沒展開，可雙擊“變量管理”子目錄。

51、右擊“內部變量”圖表，在快捷菜單中選擇“新建變量”菜單項，如圖4.32所示。圖4.32創(chuàng)建內部變量 3、建立過程變量在建立過程變量前，必須先安裝一個通訊驅動程序和建立一個邏輯連接。在前面已經建立了一個命名為plc的邏輯變量單擊“變量管理”/simatic s7 protocol suite/mpi前面的“”，展開各自節(jié)點，右擊出現的newconnection節(jié)點，在快捷菜單中選擇“新建變量”菜單項，如圖4.33所示。圖4.33 建立一個過程變量在“變量屬性”對話框中給變量命名，并選擇數據類型。wincc中的數據類型有別于plc中使用的數據類型。如有需要可在“改變格式”列表選擇格式轉換。必須給過

52、程變量分配一個在plc中的對應地址，地址類型與通訊對象相關。單擊地址域旁邊的“選擇”按鈕，打開“地址屬性”對話框，如圖4.34所示。圖4.34 地址屬性對話框在過程變量的“地址屬性”對話框中，選擇數據列表框中過程變量所對應的 存儲區(qū)域。地址列表框和編輯框用于選擇詳細的地址信息。單擊“確定”按鈕，關閉“地址屬性”對話框。單擊“確定”按鈕，“變量屬性”對話框。在畫面中要實現相匹配的變量，下面把變量的類型，參數的設置以及畫面中對象的功能以列表的形式出現。（五）、建立過程畫面在對wincc進行組態(tài)時，圖形系統(tǒng)用于創(chuàng)建在運行系統(tǒng)中顯示過程畫面。圖形編輯器是對圖形系統(tǒng)的組態(tài)軟件，是用與創(chuàng)建過程畫面的編輯器

53、。右擊wincc資源管理器的圖形編輯器，從快捷菜單中選擇“新建畫面”單項，將創(chuàng)建一個名為newpdl0.pdl的畫面，并顯示在wincc資源管理器的右邊窗口中。右擊此文件，從快捷菜單中選擇“重命名畫面”菜單項，在隨后打開的對話框中輸入“主菜單pdl”。重復上述步驟創(chuàng)建第二個畫面命名為“上煤時間設定畫面.pdl”、第三個畫面命名為“配煤報警畫面.pdl”、第四個畫面命名為“煤量歸檔畫面.pdl” 雙擊建好的畫面名稱，可以打開圖形編輯器編輯畫面。（六）、主菜單畫面的編輯 打開主菜單畫面，在畫面中添加8個靜態(tài)文本、3個畫面切換按鈕、3個開關3個配煤倉、3根皮帶、2個電機、1個碎煤機和若干個煤塊。畫面

54、中的對象和建立的變量對應連接，實現畫面的動作。結束語 本文闡述了基于wincc的交流變頻調速系統(tǒng)監(jiān)控界面設計，采用plc和三菱變頻調速的方式控制電動機的正/反轉、參數設置、監(jiān)控等。介紹了該系統(tǒng)的硬件構成和軟件流程，對各個部分的作用進行了分析，以此說明自動化技術的必要性和可行性。 對于wincc 組態(tài)軟件對復雜工程設計的研究與實現，這也是當今自動化工業(yè)領域的一種必然趨勢，具有廣闊的發(fā)展前景。因目前plc和變頻器是自動化控制線中的主流設備，它控制功能強，安全性高。根據simatic step7 程序的基礎上實現wincc人機操作界面與plc s7-300通信口再加上所有plc 小規(guī)模的使用以太網卡進行整個tcp/ip系統(tǒng)聯網口并達到在上位機中對下位機通訊、監(jiān)測、控制和上位機與上位機的相互通訊的目的。自動控制系統(tǒng)采用西門子s7-300型plc加擴展