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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 興澄特鋼動(dòng)力站——空分機(jī)組、 空壓站部分自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 第1章 緒論 1 1.1自動(dòng)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景 1 1.2自動(dòng)供水技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 1 1.3 本文的結(jié)構(gòu) 1 第2章 自動(dòng)供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3 2.1 自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 3 2.2 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 3 2.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3 第3章 硬件的設(shè)計(jì) 6 3.1系統(tǒng)主要硬件設(shè)備的選型 6 3.1.1 PLC的選型 6 3.1.2 水泵機(jī)組的選型 7 3.1.3 閥門(mén)的選型 8 3.1.4 壓力變送器的選型 9 3.2系統(tǒng)電路分析及設(shè)計(jì) 10 3.2.1系統(tǒng)電源 10 3.2.2自動(dòng)供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計(jì) 10 3.3 可編程控制器I/O分配 12 3.4設(shè)備間通信 13 第4章 軟件的設(shè)計(jì) 16 4.1 STEP7編程軟件簡(jiǎn)介與編程 16 4.1.1自動(dòng)供水系統(tǒng)程序流程圖 18 4.1.2自動(dòng)供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 19 4.2 WINCC軟件簡(jiǎn)介與人機(jī)界面設(shè)計(jì) 24 第5章 調(diào)試 30 5.1程序調(diào)試 30 5.2 WINCC畫(huà)面調(diào)試 31 第6章 結(jié)論 33 參考文獻(xiàn) 35 附錄 36 附錄1：自動(dòng)供水系統(tǒng)電氣圖 36 附錄1.1：低壓水泵主電路圖 36 附錄1.2：低壓水泵控制電路圖 37 附錄1.3：出口閥電機(jī)主電路圖 38 附錄1.4：出口閥電機(jī)控制電路圖 39 附錄1.5：PLC接線原理圖 40 附錄2：WINCC人機(jī)畫(huà)面 41 附錄3：實(shí)物圖 41 附錄4：自動(dòng)供水程序 43 致謝 58 II 摘要 興澄特鋼動(dòng)力站 ——空分機(jī)組、空壓站部分自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 如今的科技正在飛速前進(jìn)，人們對(duì)物品的要求不斷上升，物品要求的上升就使得廠家迫切希望產(chǎn)品的品質(zhì)與生產(chǎn)效率能快速提升，這就導(dǎo)致各行各業(yè)對(duì)自動(dòng)化控制越來(lái)越重視。而水壓恒定在興澄特鋼動(dòng)力站的空壓機(jī)組供水方面是非常重要的。一旦總水管的水壓保持恒定，工廠在用水時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)供水不足的情況，這樣不僅提高了生產(chǎn)的安全性，同時(shí)產(chǎn)品品質(zhì)也會(huì)獲得極大的提升。 本次課題即為興澄特鋼動(dòng)力站空壓機(jī)組的自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)是基于西門(mén)子S7-300PLC的自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將閥門(mén)及恒壓等控制均用西門(mén)子S7-300PLC進(jìn)行自動(dòng)化控制，其中包含硬件的選型、整體電路的設(shè)計(jì)、軟件的編寫(xiě)，重點(diǎn)內(nèi)容是基于西門(mén)子PLC的自動(dòng)供水系統(tǒng)工作原理、整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程以及WINCC人機(jī)界面的制作。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)供水；PLC；穩(wěn)定性 III Abstract Design of Automatic Water Supply System for Air Separation Unit and Air Station in Xingcheng Special Steel Power Station Abstract Nowadays’s technology is advancing rapidly, people’s demand for goods is rising, the increase in the demand of the goods makes manufacturers eager to improve the quality and productivity quickly, which lead to all walk of life pay more and more attention to the automatic control. The constant pressure is very important for air compressor and water supply of Xingcheng Special Steel Power Station. Once the water pressure of the main pipe remains constant, the water shortage will not occur when the factory is using the water, which not only improves the safety of production, but also greatly enhances the quality of products. This topic is designed for the automatic constant pressure water supply system of air compressor of Xingcheng Special Steel Power Station. This system is designed based on the SIEMENS S7-300PLC automatic water supply system. The valve, constant pressure and others all use SIEMENS S7-300PLC for automatic control, including the selection of hardware, the overall circuit design and software programming. The emphasis is based on the SIEMENS PLC automatic water supply system’s working principle, the design of the whole system, software programming and the production of man-machine interface of WINCC. Key words: automatic water supply;PLC;stability IV 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1自動(dòng)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景 在生活中，水是必不可缺的，但隨著生活水平提高，大量工廠的建造，使得工業(yè)用水不斷上升。外加供水設(shè)施的局限性，使得供水不足的現(xiàn)象在工廠生產(chǎn)中頻頻出現(xiàn)。 最初的供水設(shè)備是在高樓的樓頂上放置水箱，以高樓上水箱的高度產(chǎn)生水壓，來(lái)達(dá)到供水的目的。 80年代后，高樓放水箱的方法已經(jīng)不能滿足人們的需求，而此時(shí)出現(xiàn)了氣壓供水技術(shù)。但是氣壓供水依舊不是供水的一個(gè)好方法。原因在于氣壓供水需要亞容器，而亞容器的成本很高，而且非常容易浪費(fèi)電力資源，還會(huì)加快水泵和一些相關(guān)設(shè)備的損壞。最重要的一點(diǎn)是，氣壓供水不能很好的保證恒壓供水，波動(dòng)偏大。在工業(yè)領(lǐng)域不能保證恒壓供水就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和品質(zhì)下降，帶來(lái)不小的損失，對(duì)于將供水用于滅火時(shí)，供水不穩(wěn)或者不足會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。 1.2自動(dòng)供水技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) PLC供水技術(shù)在如今已經(jīng)處于飛速發(fā)展階段。而我國(guó)現(xiàn)在的大部分水廠已經(jīng)運(yùn)用了以PLC為主控制器、變頻器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)供水系統(tǒng)，并且滿足了工業(yè)和居民的日常生產(chǎn)與生活用水需求。如今我國(guó)就有很多運(yùn)用自動(dòng)供水技術(shù)的例子，平高集團(tuán)根據(jù)企業(yè)用水需求，將變頻調(diào)速供水系統(tǒng)改造以STD總線工控機(jī)為中心，以變頻器為核心部件，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力使得整個(gè)供水系統(tǒng)保持恒壓狀態(tài)，以此來(lái)掌控水流量。由于城市土地資源的日益緊張，采用高性能、高節(jié)能和高環(huán)保的無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)已成為給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的主要環(huán)節(jié)。因此自動(dòng)供水系統(tǒng)未來(lái)可能會(huì)朝著無(wú)負(fù)壓供水技術(shù)發(fā)展。新能源供水也將成為我國(guó)未來(lái)供水發(fā)展方向之一。 1.3 本文的結(jié)構(gòu) 本次論文設(shè)計(jì)針對(duì)興澄特鋼動(dòng)力站空壓站空分機(jī)組部分的自動(dòng)供水設(shè)計(jì)，考慮到實(shí)際的情況以及本次設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能，最終決定使用西門(mén)子S7-300 PLC作為本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，來(lái)對(duì)水泵、閥門(mén)進(jìn)行自動(dòng)控制。這樣不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能，還確保了運(yùn)行中的穩(wěn)定性與安全性。本論文從硬件、軟件等多個(gè)方面對(duì)此次空壓機(jī)組自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。首先是對(duì)自動(dòng)供水的背景發(fā)展進(jìn)行研究探索，確定設(shè)計(jì)的大致方向，然后再對(duì)比設(shè)計(jì)所想的方案與設(shè)計(jì)原理，對(duì)PLC等設(shè)備硬件特性進(jìn)行研究。軟件部分則是用STRP7編程軟件對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行編輯，用WINCC對(duì)此次設(shè)計(jì)進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，運(yùn)用EPLAN8軟件對(duì)電氣原理圖進(jìn)行繪制。最后對(duì)設(shè)備連接，程序及人機(jī)界面進(jìn)行調(diào)試并排除一些錯(cuò)誤，最終實(shí)現(xiàn)本次空壓機(jī)組自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能。 以下為本論文各個(gè)章節(jié)的主要內(nèi)容： 第1章 結(jié)合文獻(xiàn)簡(jiǎn)要的對(duì)自動(dòng)供水的背景、如今的發(fā)展和未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行了介紹，并寫(xiě)出此次論文的大體結(jié)構(gòu)。 第2章 闡述了本次自動(dòng)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與主題思想，另外還介紹了本次系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。 第3章 首先對(duì)硬件設(shè)備的選型進(jìn)行說(shuō)明，其次對(duì)本次自動(dòng)供水系統(tǒng)的電路進(jìn)行詳細(xì)的分析，最后介紹了此次系統(tǒng)的I/O分配以及設(shè)備間的通訊。 第4章 對(duì)STEP7編程軟件和WINCC進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并詳細(xì)說(shuō)明編寫(xiě)的程序以及人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。 第5章 將本次設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)以及軟件部分設(shè)計(jì)都進(jìn)行調(diào)試，并展示調(diào)試的過(guò)程與結(jié)果。 第6章 對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的分析與總結(jié)，提出值得改進(jìn)的地方，并指出下一步的研究方向。 2 第2章 自動(dòng)供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 第2章 自動(dòng)供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2.1 自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 工廠空壓站供水系統(tǒng)有3臺(tái)水泵，供水總管道安裝有壓力變送器，水泵兩端水管分別安裝有出口閥。其中控制有以下四點(diǎn): (1)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟1臺(tái)水泵及其出口閥進(jìn)行供水工作，當(dāng)供水總管中水壓出現(xiàn)偏低于設(shè)定值時(shí)，壓力變送器將4-20mA的信號(hào)傳輸給PLC，PLC處理后，要求未運(yùn)行的1臺(tái)水泵及其進(jìn)、出口閥自動(dòng)啟動(dòng)，以維持總管水壓穩(wěn)定。 (2)在三臺(tái)水泵運(yùn)行的時(shí)候，從人機(jī)界面上可以看到水泵運(yùn)行的情況。 (3)在手動(dòng)運(yùn)行的時(shí)時(shí)候，三臺(tái)水泵可以分別單獨(dú)操作啟動(dòng)和停止，并且可以在必要時(shí)刻停下。 (4)在系統(tǒng)中設(shè)置有“現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)”、“遠(yuǎn)程自動(dòng)”切換的開(kāi)關(guān)。 (5)設(shè)計(jì)人機(jī)界面，并能從界面中監(jiān)控和操作水泵的運(yùn)行。 2.2 供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 本次供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合了西門(mén)子S7-300PLC、水泵、壓力變送器等設(shè)備?？偹芘c出口閥之間裝有壓力變送器，通過(guò)壓力變送器來(lái)檢測(cè)總水管中的水壓，而水泵有三臺(tái)，由西門(mén)子S7-300來(lái)操控整個(gè)自動(dòng)供水的自動(dòng)運(yùn)行。本次系統(tǒng)以西門(mén)子S7-300PLC為核心，用先進(jìn)設(shè)備自動(dòng)供水代替了傳統(tǒng)的水箱供水及氣壓供水，從而使得工廠在設(shè)備管理及數(shù)據(jù)的分析等工作方面變得更為簡(jiǎn)潔。以西門(mén)子S7-300PLC為主體的恒壓自動(dòng)供水系統(tǒng)，具有簡(jiǎn)單的操作、運(yùn)行穩(wěn)定且安全、多方面的功能等特點(diǎn)，足以滿足大部分工廠供水的需求，還能提高產(chǎn)品品質(zhì)與生產(chǎn)的效率，大大的降低了生產(chǎn)的成本。本次設(shè)計(jì)的電路主體是由水泵、閥門(mén)、電機(jī)等構(gòu)成。供水的主要就是依靠三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵來(lái)抽動(dòng)水，通過(guò)改變運(yùn)行停止水泵，來(lái)保持總水管中的水壓恒定。 2.3 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)是針對(duì)于西澄特鋼動(dòng)力站空壓機(jī)組的自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，運(yùn)用了“水泵機(jī)組+PLC+WINCC”的控制方式。使用西門(mén)子S7-300PLC控制三臺(tái)水泵的電機(jī)啟動(dòng)停止，來(lái)掌控總水管中水壓的恒定。系統(tǒng)運(yùn)行的框圖如圖2-1所示。 圖2-1系統(tǒng)運(yùn)行框圖 本系統(tǒng)通過(guò)將蓄水池中的水用水泵抽往總水管進(jìn)行供水。供水開(kāi)始后，安裝在總水管上的壓力變送器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)發(fā)送給西門(mén)子S7-300PLC，PLC再進(jìn)行判斷若水壓低則對(duì)未啟動(dòng)的水泵進(jìn)行啟動(dòng)控制，來(lái)控制供水時(shí)總水管的水壓穩(wěn)定。由于三臺(tái)水泵電機(jī)并不能直接與西門(mén)子S7-300PLC相連，所以在兩者之間用交流接觸器進(jìn)行連接。 如圖2-1所示，整個(gè)動(dòng)力站的供水系統(tǒng)中，三臺(tái)水泵出水管裝有閥門(mén)，三臺(tái)水泵能自由切換以保持總水管中的水壓恒定，而安裝在總水管上的壓力變送器則能向西門(mén)子S7-300發(fā)出4-20mA的信號(hào)。從系統(tǒng)原理圖中，我們能夠看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)檢測(cè)、控制與管理系統(tǒng)、人機(jī)界面等組成了整個(gè)自動(dòng)供水系統(tǒng): 1)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 這一部分是由三臺(tái)水泵構(gòu)成，它們是供水的關(guān)鍵，用來(lái)抽動(dòng)水，保持總水管的水壓。 2)信號(hào)檢測(cè) 整個(gè)自動(dòng)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，共有兩個(gè)信號(hào)需要檢測(cè)，一個(gè)是水壓信號(hào)，一個(gè)是報(bào)警信號(hào)。 水壓信號(hào):它是通過(guò)壓力變送器檢測(cè)總水管水壓后發(fā)出的信號(hào)，檢測(cè)它可以隨時(shí)了解總水管中水壓的變化情況。 報(bào)警信號(hào):它是通過(guò)西門(mén)子PLC進(jìn)行判斷發(fā)現(xiàn)總水管水壓低于設(shè)定值所發(fā)出的信號(hào)。該信號(hào)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。 3)控制與管理系統(tǒng) 這部分的系統(tǒng)一般都放在供水控制柜中，而其中包含西門(mén)子S7-300PLC和系統(tǒng)所用電控設(shè)備兩個(gè)部分。 西門(mén)子S7-300PLC:它是空壓站自動(dòng)供水系統(tǒng)的核心。西門(mén)子S7-300PLC收集來(lái)自系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行情況以及來(lái)自壓力變送器的壓力信號(hào)等，同時(shí)分析來(lái)自WINCC系統(tǒng)和通信接口的數(shù)據(jù)，綜合分析后進(jìn)行控制，通過(guò)控制交流接觸器來(lái)控制水泵的啟停。 4)通訊接口 通訊接口如同一張網(wǎng)將系統(tǒng)中的所有設(shè)備都聯(lián)系在一起，系統(tǒng)可以隨時(shí)查看組態(tài)軟件或者其他監(jiān)控系統(tǒng)，并且與之進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。有了通訊接口，系統(tǒng)還能擁有一個(gè)先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)，可以遠(yuǎn)程操控該系統(tǒng)，十分方便。 59 第3章 硬件的設(shè)計(jì) 第3章 硬件的設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)主要硬件設(shè)備的選型 3.1.1 PLC的選型 PLC是空壓站自動(dòng)供水系統(tǒng)最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它掌管著所有輸入信號(hào)，控制著所有輸出設(shè)備，它是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)樞紐，所有的數(shù)據(jù)都將在這里進(jìn)行記錄與交換。因而一個(gè)指令發(fā)送、執(zhí)行迅速，功能眾多，儲(chǔ)存空間足夠，并且?guī)в辛己玫耐ㄓ嵔涌谝约岸喾N擴(kuò)展能力等優(yōu)秀性能的PLC是我們慎重考慮的對(duì)象。本系統(tǒng)采用的是西門(mén)子S7-300 CPU315-2的PLC。 圖3-1西門(mén)子S7-300 S7-300可編程控制器簡(jiǎn)介： ①電源模塊 ②后備電池 ③24V DC連接器 ④模式開(kāi)關(guān) ⑤狀態(tài)和故障指示燈 ⑥存儲(chǔ)卡（CPU 313 以上） ⑦M(jìn)PI多點(diǎn)接口 ⑧前連接器 ⑨前蓋 如圖3-1所示的PLC是德國(guó)西門(mén)子公司的S7-300PLC實(shí)物圖。 S7-300各項(xiàng)參數(shù)： 電源電壓：額定值 (DC) 24 V。 功耗： 典型值 4.5 W。 工作存儲(chǔ)器： 集成 256 KB，用于非易失性數(shù)據(jù)塊的非易失性存儲(chǔ)器的大小 128 KB。 CPU 處理時(shí)間：位操作時(shí)，典型值0.05 μs。 字操作時(shí)，典型值0.09 μs。 定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)，典型值0.12 μs。 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)，典型值0.45 μs。 數(shù)字輸入輸出模塊：DI/DO 32*DC。(本設(shè)計(jì)的I/O分配見(jiàn)3.3或附錄電路圖) 接口類型:集成RS485接口。 物理接口RS485。 S7-300特點(diǎn)： (1).循環(huán)周期短、處理速度高。 (2).指令集功能強(qiáng)大（包含350多條指令），可用于復(fù)雜功能。 (3).產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊湊，可用于空間有限的場(chǎng)合。 (4).模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)更加靈活。 (5).有不同性能檔次的CPU模塊可供選用。 (6).功能模塊和I/O模塊可選擇。 (7).有可在露天惡劣條件下使用的模塊類型。 S7-300工作原理： 西門(mén)子S7-300的PLC系統(tǒng)運(yùn)用方式是循環(huán)執(zhí)行用戶程序來(lái)操控整個(gè)供水系統(tǒng)。而其中能進(jìn)行循環(huán)處理的主程序即為OB1組織塊。OB1在整個(gè)程序中起到一個(gè)中樞的作用，它能調(diào)用程序中的其它邏輯塊，當(dāng)然OB1也能被中斷程序所中斷。一旦S7-300開(kāi)始運(yùn)行起來(lái)，程序中OB1就會(huì)被不斷的循環(huán)調(diào)用，而相應(yīng)的其他邏輯塊比如FC，F(xiàn)B等就會(huì)被OB1所調(diào)用。中斷程序或者事件能將整個(gè)循環(huán)中斷。 CPU315-2簡(jiǎn)介： 在S7-300PLC中既能帶有大中型程序儲(chǔ)存器，又有PROFIBUS DP主從接口的CUP就是CPU315-2 DP了。CPU315-2 DP相對(duì)以前的CUP各版本進(jìn)行了量化框架的優(yōu)化，使得西門(mén)子的工程工具在設(shè)計(jì)過(guò)程中更為的方便。 安裝在CPU315-2 DP中的部件有：微處理器、靈活的擴(kuò)展能力、多達(dá) 32 個(gè)模塊、MPI多點(diǎn)接口、PROFIBUS DP接口。 3.1.2 水泵機(jī)組的選型 在整個(gè)自動(dòng)供水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，水泵也是不可或缺的一部分，擁有比較重要的地位，因此，水泵的選型也變得尤為重要。水泵要能夠保持平穩(wěn)的運(yùn)行并且必須要能保持長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，最大限度的節(jié)省能源，這些要求都是選型所必須要考慮的。 本論文以興澄特鋼空壓站自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行水泵的選型，此次自動(dòng)供水所要達(dá)到的大致要求為： 1.整個(gè)系統(tǒng)是由三個(gè)水泵進(jìn)行抽水工作。 2.總水管的水管壓力要保持穩(wěn)定，切換水泵的時(shí)候水管水壓不能出現(xiàn)太大的壓力波動(dòng)。 3.整個(gè)供水系統(tǒng)具有獨(dú)立自動(dòng)運(yùn)行的功能，并且若有特殊情況下允許人為操控系統(tǒng)的運(yùn)行。 從以上三個(gè)空壓站供水系統(tǒng)要求中，我們確定運(yùn)用3臺(tái)西門(mén)子貝得電機(jī)132kW 4P 臥式的水泵機(jī)組來(lái)?yè)?dān)當(dāng)本次設(shè)計(jì)的水泵抽水工作。 基本參數(shù)： 品牌：Siemens/西門(mén)子 型號(hào)：1TL0001-3AB23-3AA5-Z W08；132 產(chǎn)品類型：三相異步電動(dòng)機(jī) 極數(shù)：4極 額定功率：132kW 額定電壓：380/440/660（V） 額定轉(zhuǎn)速：1485（rpm） 產(chǎn)品認(rèn)證：CCC 應(yīng)用范圍：塑膠機(jī)械，密煉機(jī)械，電工機(jī)械等。 圖3-2西門(mén)子貝得電機(jī) 3.1.3 閥門(mén)的選型 本次設(shè)計(jì)選用了上海精藝閥門(mén)有限公司的TQTC智能型閥門(mén)。 TQTC智能型閥門(mén)具有優(yōu)秀的性能、良好的外觀、調(diào)試簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。同時(shí)擁有超大規(guī)模的數(shù)字集成芯片，還是機(jī)電一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。應(yīng)用于電廠、煉鋼廠、石油、化工等多個(gè)工業(yè)行業(yè)，是一款功能設(shè)計(jì)十分強(qiáng)大的智能閥門(mén)。 IQTC性能和機(jī)械數(shù)據(jù)： 系列號(hào)：ET11440202 執(zhí)行器型號(hào)：IQTC1000 法蘭：F12 法蘭連接：1 轉(zhuǎn)速范圍：30-120secs 最大扭矩：1000Nm 殼體等級(jí)：IP68 電機(jī)額定功率：0.45kW；S2-20% 執(zhí)行器電源：380-2-50 電流：120Amp 圖3-3IQTC智能型閥門(mén) 3.1.4 壓力變送器的選型 本次供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中壓力傳感器起到了傳輸總水管水壓信號(hào)的作用，是比較關(guān)鍵的一部分。西門(mén)子S7-300想要掌握水管中壓力變化情況都得接收壓力傳感器發(fā)送的信號(hào)，才能進(jìn)行判斷是否需要啟動(dòng)水泵或者停止水泵。假設(shè)壓力變送器沒(méi)有選好，或者出錯(cuò)，那將會(huì)導(dǎo)致水管壓力過(guò)低，PLC處理不及時(shí)供水不足，更甚者水管壓力過(guò)高導(dǎo)致水管爆裂發(fā)生事故。因而選好選對(duì)壓力變送器也很關(guān)鍵。 根據(jù)供水系統(tǒng)的具體的要求，本次設(shè)計(jì)選用上海域豐傳感儀器有限公司生產(chǎn)的P140型壓力變送器。在多個(gè)供水工業(yè)領(lǐng)域中，都運(yùn)用了P140型壓力變送器，而它也具有如下特點(diǎn): 1.采用進(jìn)口感壓芯片。 2.壓力變送器中擁有高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路。 3.此款壓力變送器耐磨損度高、全封焊結(jié)構(gòu)。 4.輸出信號(hào)包括電流型、電壓型等。 5.結(jié)構(gòu)小巧，安裝方便。 壓力變送器的主要參數(shù)： 量程：0-100kPa..500kPa..1MPa..1.6MPa..2MPa..2.5MPa..3MPa..5MPa 輸出：4-20mA /0-10V / 0-5V /0.5-4.5V （選擇4-20mA） 供電范圍：9-32VDC 測(cè)量精度：≤0.5%FS 使用溫度：-40~125℃ 測(cè)量介質(zhì)：非腐蝕性液體、氣體 安裝螺紋：G1/4(2分管）、G1/2(4分管）、M20*1.5(國(guó)標(biāo)公制） 防護(hù)等級(jí) : IP67 防爆等級(jí) : CT6 類型 : 智能壓力變送器 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖： 圖3-4壓力變送器 3.2系統(tǒng)電路分析及設(shè)計(jì) 3.2.1系統(tǒng)電源 供水系統(tǒng)最為基本的條件之一就是要有一個(gè)穩(wěn)定可靠的供電系統(tǒng)，所以為PLC選好一個(gè)供電電源很重要，要從以下幾個(gè)方面去考慮: 供電電源的輸入電源一定要足夠穩(wěn)定，也就是能夠在允許范圍內(nèi)波動(dòng)。 當(dāng)供電電源不提供供電的情況下，應(yīng)該不影響整個(gè)PLC中的數(shù)據(jù)和程序。 電源的冗余也是供電的一個(gè)關(guān)鍵，尤其是整個(gè)系統(tǒng)在不允許短點(diǎn)的情況下。 PLC電源的供電應(yīng)該是相對(duì)獨(dú)立的，即使外部設(shè)備電源斷開(kāi)了，PLC的供電應(yīng)該還是正常。 供電電源的抗干擾能力要強(qiáng)，以保證穩(wěn)定的供電狀態(tài)。 西門(mén)子S7-300電源模塊自帶集成DC24V電源。 3.2.2自動(dòng)供水系統(tǒng)主電路分析與設(shè)計(jì) 興澄特鋼動(dòng)力站空壓機(jī)組自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)所需要的水泵有三臺(tái)，因此它的主電路與控制電路原理圖見(jiàn)附錄1.1、附錄1.2所示。下面具體分主電路和控制電路進(jìn)行分析。 1.主電路原理說(shuō)明 如附錄1.1所示為水泵機(jī)組的主電路原理圖。圖中三相電接入主電路中，用電動(dòng)機(jī)M代替水泵，圖中8M-KM/9M-KM/10M-KM為交流接觸器觸電與線圈，8M-QM/9M-QM/10M-QM為低壓斷路器，8M/9M/10M為電機(jī)即水泵。 若由于外界原因?qū)е滤眠^(guò)載或者故障，則連接在主電路上的低壓斷路器QM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，致使整個(gè)主電路斷開(kāi)，主電路處于不接通狀態(tài)，此時(shí)水泵應(yīng)已停止運(yùn)行，這樣就能及時(shí)保護(hù)水泵電機(jī)和主電路的安全?？紤]到有三臺(tái)水泵，因而三臺(tái)水泵的主電路上都裝有低壓斷路器，這樣當(dāng)發(fā)生特殊情況的時(shí)候，三臺(tái)水泵都能自由斷開(kāi)。而主電路中的KM則是由PLC自動(dòng)控制水泵開(kāi)關(guān)，或者現(xiàn)場(chǎng)操作箱人工控制水泵開(kāi)關(guān)。只有在QM、KM同時(shí)閉合時(shí)，整個(gè)主電路才算接通，此為雙重保險(xiǎn)。 2. 控制電路原理說(shuō)明 如附錄1.2所示圖中8M/9M/10M-SEA為選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲鱍M1、QM其中之一未閉合，則整個(gè)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)SEA撥動(dòng)到1、2通路時(shí)，則為手動(dòng)運(yùn)行模式；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)SEA撥動(dòng)到3、4通路時(shí)，則接通PLC自動(dòng)運(yùn)行模式；8M/9M/10M-SB1為手動(dòng)控制水泵停止按鈕，8M/9M/10M-SB2為手動(dòng)控制水泵啟動(dòng)按鈕；8M/9M/10M-HG1為水泵運(yùn)行指示燈，8M/9M/10M-HR1為水泵停止指示燈。8M/9M/10M-KR為熱繼電器，用來(lái)保護(hù)電路。 手動(dòng)模式：按下8M-SB2按鈕，8M-KM接通，水泵電機(jī)啟動(dòng)同時(shí)完成自鎖，8M-HG1亮起；按下8M-SB1按鈕，8M-KM斷開(kāi)，水泵電機(jī)停止，8M-HR1亮起。此為8號(hào)水泵手動(dòng)過(guò)程，9、10號(hào)水泵同樣。 自動(dòng)模式：通過(guò)PLC輸出控制8M/9M/10M-KA即中間繼電器的接通與斷開(kāi)，控制KM的通斷，來(lái)控制水泵電機(jī)運(yùn)行。 本次動(dòng)力站空壓機(jī)組自動(dòng)恒壓供水系統(tǒng)還需要用到三個(gè)出口閥，因此設(shè)計(jì)了出口閥的主電路和控制電路的原理圖，見(jiàn)附錄1.3、1.4所示。下面進(jìn)行具體分析出口閥的主電路和控制電路。 1.主電路原理說(shuō)明 附錄1.3所示為出口閥門(mén)電機(jī)控制的主電路，其中電機(jī)為閥門(mén)自帶電機(jī)8V/9V/10V，8V/9V/10V-KM1、8V/9V/10V-KM2都為交流接觸器，8V/9V/10V-QM為低壓斷路器。若由于外界原因?qū)е麻y門(mén)過(guò)載或者故障，主電路上的低壓斷路器QM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，以保護(hù)電路。每個(gè)閥門(mén)都裝有低壓斷路器以用來(lái)保證閥門(mén)故障時(shí)可以單獨(dú)切斷電源。而主電路中的KM1、KM2則是由PLC自動(dòng)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)，或者現(xiàn)場(chǎng)操作箱人工控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)。其中KM1為閥門(mén)正轉(zhuǎn)以打開(kāi)閥門(mén)，KM2為閥門(mén)反轉(zhuǎn)以關(guān)閉閥門(mén)。 2. 控制電路原理說(shuō)明 如附錄1.4所示為閥門(mén)的控制回路。當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲鱍M1、QM其中之一未閉合，則整個(gè)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)SEA撥動(dòng)到10、9通路時(shí)，則為手動(dòng)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)運(yùn)行模式；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)SEA撥動(dòng)到12、11通路時(shí)，則接通PLC自動(dòng)運(yùn)行模式；8V/9V/10V-SB1為手動(dòng)控制閥門(mén)停止按鈕，8V/9V/10V-SF為手動(dòng)控制閥門(mén)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕；8V/9V/10V-SR為手動(dòng)控制閥門(mén)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕；8V/9V/10V-KA1為閥門(mén)開(kāi)到位的中間繼電器，8V/9V/10V-KA2為閥門(mén)關(guān)到位的中間繼電器；8V/9V/10V-HG1為閥門(mén)打開(kāi)指示燈，8V/9V/10V-HR1為閥門(mén)關(guān)閉指示燈。 手動(dòng)模式：按下8V-SF按鈕，8V-KM1接通，閥門(mén)正轉(zhuǎn)開(kāi)啟同時(shí)完成自鎖，反轉(zhuǎn)電路中8V-KM1觸電斷開(kāi)，保證正轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)接通反轉(zhuǎn)電路，8V-KA1得電8V-HG1亮起；同理，按下8V-SR按鈕，8V-KM2接通，閥門(mén)反轉(zhuǎn)關(guān)閉同時(shí)自鎖，正轉(zhuǎn)電路中8V-KM2觸電斷開(kāi)，保證反轉(zhuǎn)時(shí)正轉(zhuǎn)電路不會(huì)接通，8V-KA2得電8V-HR1亮起；按下8V-SB則手動(dòng)停止閥門(mén)。以上為8號(hào)出口閥手動(dòng)過(guò)程，9、10號(hào)出口閥同樣。 自動(dòng)模式：通過(guò)PLC輸出來(lái)控制KA1/KA2的接通與斷開(kāi)，控制KM1/KM2的通斷，從而控制閥門(mén)電機(jī)運(yùn)行。 表3-1為供水控制電路圖中用到的元件表： 表3-1元件清單 元件名 作用 8M/9M/10M-SB1 手動(dòng)模式水泵停止按鈕 8M/9M/10M-SB2 手動(dòng)模式水泵啟動(dòng)按鈕 8M/9M/10M-KR 熱繼電器 8M/9M/10M-HG1 水泵運(yùn)行指示燈 8M/9M/10M-HR1 水泵停止指示燈 8V/9V/10V-SB1 手動(dòng)模式閥門(mén)停止按鈕 8V/9V/10V-SF 手動(dòng)模式閥門(mén)打開(kāi)按鈕 8V/9V/10V-SR 手動(dòng)模式閥門(mén)關(guān)閉按鈕 8V/9V/10V-KA1、8V/9V/10V-KA2 中間繼電器 8V/9V/10V-HG1 閥門(mén)打開(kāi)指示燈 8V/9V/10V-HR1 閥門(mén)關(guān)閉指示燈 8V/9V/10V-SAE 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 3.3 可編程控制器I/O分配 (1) I/O分配表 表3-2 I/O分配 符號(hào) PLC輸入 功能 符號(hào) PLC輸出 功能 8M-QM/QM1 I0.0 8P低壓水泵正常信號(hào) 8M-KA1 Q0.0 8P水泵運(yùn)行 8M-SEA I0.1 8P低壓水泵現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān) 8M-KA2 Q0.1 8P水泵停止 8M-KM I0.2 8P低壓水泵運(yùn)行信號(hào) 9M-KA1 Q0.2 9P水泵運(yùn)行 9M-QM/QM1 I0.3 9P低壓水泵正常信號(hào) 9M-KA2 Q0.3 9P水泵停止 9M-SEA I0.4 9P低壓水泵現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān) 10M-KA1 Q0.4 10P水泵運(yùn)行 9M-KM I0.5 9P低壓水泵運(yùn)行信號(hào) 10M-KA2 Q0.5 10P水泵停止 10M-QM/QM1 I0.6 10P低壓水泵正常信號(hào) 8V-KA1 Q1.2 8P出口閥打開(kāi) 10M-SEA I0.7 10P低壓水泵現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān) 8V-KA2 Q1.3 8P出口閥關(guān)閉 10M-KM I1.0 10P低壓水泵正常信號(hào) 9V-KA1 Q1.6 9P出口閥打開(kāi) 8V-KA1 I3.1 8P出口閥開(kāi)到位 9V-KA2 Q1.7 9P出口閥關(guān)閉 8V-KA2 I3.2 8P出口閥關(guān)到位 10V-KA1 Q2.2 10P出口閥打開(kāi) 9V-KA1 I5.1 9P出口閥開(kāi)到位 10V-KA2 Q2.3 10P出口閥關(guān)閉 9V-KA2 I5.2 9P出口閥關(guān)到位 8V-HG1 Q3.0 8P出口閥打開(kāi)指示燈 10V-KA1 I7.1 10P出口閥開(kāi)到位 8V-HR1 Q3.1 8P出口閥關(guān)閉指示燈 10V-KA2 I7.2 10P出口閥關(guān)到位 9V-HG1 Q3.2 9P出口閥打開(kāi)指示燈 8V-SF I8.0 8P出口閥現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)閥 9V-HR1 Q3.3 9P出口閥關(guān)閉指示燈 8V-SR I8.1 8P出口閥現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閥 10V-HG1 Q3.4 10P出口閥打開(kāi)指示燈 8V-SB I8.2 8P出口閥現(xiàn)場(chǎng)停止 10V-HR1 Q3.5 10P出口閥關(guān)閉指示燈 9V-SF I8.3 9P出口閥現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)閥 9V-SR I8.4 9P出口閥現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閥 9V-SB I8.5 9P出口閥現(xiàn)場(chǎng)停止 10V-SF I8.6 10P出口閥現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)閥 10V-SR I8.7 10P出口閥現(xiàn)場(chǎng)關(guān)閥 10V-SB I9.0 10P出口閥現(xiàn)場(chǎng)停止 (2) I/O接線圖（見(jiàn)附錄1.5PLC接線原理圖） 3.4設(shè)備間通信 PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 由于現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備并不會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)與停止，此時(shí)就需要PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用交流接觸器（即KM）連接至PLC輸入輸出端，這樣PLC就能通過(guò)控制交流接觸器來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 PLC與WINCC 由于此次設(shè)計(jì)選用的是西門(mén)子S7-300的PLC，而如何將WINCC與S7-300聯(lián)系起來(lái)是一個(gè)關(guān)鍵，本次設(shè)計(jì)采用了建立以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行通訊。 增添一個(gè)CP343模塊在S7-300的硬件模塊中，主要是為了設(shè)置IP地址以及建立以太網(wǎng)的通訊。 在WINCC中增加SIMATICS7 PROTOCAL SUITE驅(qū)動(dòng)程序，在該驅(qū)動(dòng)程序下的TCP/IP驅(qū)動(dòng)程序下新建個(gè)新的驅(qū)動(dòng)連接。再次選中連接屬性，打開(kāi)連接屬性的對(duì)話框選中屬性，在彈出的窗口中寫(xiě)好相應(yīng)的內(nèi)容如IP地址等等。再打開(kāi)系統(tǒng)參數(shù)的窗口，從中選中單元，并編輯邏輯設(shè)備名稱一欄，選中具體的以太網(wǎng)卡。 具體步驟如下： 想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的以太網(wǎng)，首先先打開(kāi)S7-300PLC的硬件組態(tài)，找到CP模板，然后對(duì)模板進(jìn)行設(shè)置。在模板設(shè)置中找到General選項(xiàng)選擇“Properties”，然后就會(huì)跳轉(zhuǎn)到Properties--Ethernet interface，從中找到Parameters選項(xiàng)，點(diǎn)進(jìn)去就能看到IP地址和子網(wǎng)掩碼，在里面輸入所需的地址和掩碼即可。如圖3-7所示。 圖3-7Properties選項(xiàng) 第二步就是在控制面板中找到設(shè)置PG/PC接口，然后選中它，在彈出的窗口中選中TCP/IP一欄，要注意的是填寫(xiě)的內(nèi)容一定要和你所需要用的通訊網(wǎng)卡。 圖3-8設(shè)置PG/PC接口 第三步，要在WINCC中進(jìn)行設(shè)置。打開(kāi)WINCC軟件，在主頁(yè)面上找到變量管理，并在其中傳建一個(gè)信的驅(qū)動(dòng)程序SIMATICS7 PROTOCOL SUITE，然后在這下方有一個(gè)TCP/IP的一欄，將所需內(nèi)容填寫(xiě)進(jìn)去。主要是兩個(gè)方面的設(shè)置。 第一方面，右擊TCP/IP選項(xiàng)，彈出下拉菜單中選中系統(tǒng)參數(shù)，找到單元選項(xiàng)并單擊，能看到邏輯設(shè)備名稱一欄，將所需內(nèi)容填寫(xiě)進(jìn)去，具體如圖3-9所示。 圖3-9系統(tǒng)參數(shù) 第二方面，重新回到TCP/IP的選項(xiàng)窗口，右擊TCP/IP彈出下拉菜單從中選擇創(chuàng)建新驅(qū)動(dòng)程序連接，創(chuàng)建的項(xiàng)目變量就是放在這里面。然后設(shè)置一下驅(qū)動(dòng)程序，右擊驅(qū)動(dòng)程序，選擇屬性就會(huì)彈出一個(gè)“連接屬性”的窗口，在點(diǎn)擊屬性，彈出連接參數(shù)的窗口，從中找到TCP/IP，然后對(duì)其進(jìn)行設(shè)置。 IP地址就是最初在S7程序中設(shè)置的CP的IP地址。 CUP模板實(shí)際被放在哪個(gè)機(jī)架，就在機(jī)架號(hào)一欄中填寫(xiě)相應(yīng)位置。 插槽號(hào)是指你CPU在哪個(gè)槽上（通過(guò)S7硬件組態(tài)也可以看到）。第一個(gè)槽上是電源模塊。如下圖3-10所示。 圖3-10IP地址等設(shè)置 到此，PLC與WINCC的以太網(wǎng)連接就完成了。 第4章 軟件的設(shè)計(jì) 第4章 軟件的設(shè)計(jì) 4.1 STEP7編程軟件簡(jiǎn)介與編程 由于本次系統(tǒng)使用了西門(mén)子S7-300的PLC，所以選用STEP 7編程軟件作為編寫(xiě)程序的工具。STEP 7編程軟件使用多款西門(mén)子的PLC，S7-300就是其中之一，它能讓S7-300的系統(tǒng)功能變得更為方便輕松。 圖4-1 STEP7 主界面 圖4-2 STEP7編程畫(huà)面 在PLC控制的自動(dòng)系統(tǒng)各部分應(yīng)用中，就比如各設(shè)備變?yōu)閰?shù)化的設(shè)計(jì)，PLC與組態(tài)和設(shè)備之間如何通行，整個(gè)自動(dòng)控制的程序編寫(xiě)，程序編寫(xiě)后的測(cè)試等，STEP7都能進(jìn)行很好的處理。 由于各種設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)各種不同的需求，執(zhí)行自動(dòng)化方案就需要不同的軟件工具，STEP 7本身就具有多種不同的工具，比如: 如果用戶需要公用、有序的管理SIMATIC C7/S7/WinAC中的所有應(yīng)用工具以及其中的包含的數(shù)據(jù)，SIMATIC Manager工具就能滿足需求。 符號(hào)編輯器： 如果用戶需要定義一些全局變量的屬性，比如符號(hào)目的地等等，符號(hào)編輯器就能很好的處理這一方面的要求。 硬件組態(tài)： 如果用戶想要設(shè)計(jì)自動(dòng)系統(tǒng)的組態(tài)，并且還要參數(shù)化一些設(shè)定模塊，那么STEP 7中的硬件組態(tài)就會(huì)提供很大的幫助。 通訊: 想要將PLC系統(tǒng)或者程序與組態(tài)進(jìn)行通信，通訊功能就顯得十分必要。 信息功能： 編程中難免會(huì)出現(xiàn)一些難以解決的漏洞或者問(wèn)題，包括調(diào)試或者投入運(yùn)行后出現(xiàn)的問(wèn)題，如何快速的找出問(wèn)題所在，這將為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便，而STEP 7中的信息功能就能快速掃描CUP和程序的執(zhí)行，在極短的時(shí)間內(nèi)找出問(wèn)題所在。 為了適應(yīng)用戶編程的多種需求，STEP 7本身包含以下幾種編程語(yǔ)言： 語(yǔ)句表（STL） 梯形圖（LAD） 功能塊圖表 （FBD） 4.1.1自動(dòng)供水系統(tǒng)程序流程圖 圖4-3自動(dòng)供水系統(tǒng)程序流程圖 由上圖4-3所示為此次空壓機(jī)組自動(dòng)供水系統(tǒng)的程序流程圖。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)旋鈕撥到遠(yuǎn)程時(shí)，則進(jìn)行左半部分的自動(dòng)控制流程。首先對(duì)水泵是否擁有壓力連鎖進(jìn)行判斷，而壓力連鎖是在WINCC人機(jī)界面上進(jìn)行選擇，若人機(jī)界面上選擇壓力連鎖，才可執(zhí)行自動(dòng)控制。判斷完壓力連鎖后，再進(jìn)行總水管的水壓判斷，若水壓正常則重新進(jìn)行判斷；若水壓偏低，則延時(shí)2秒，對(duì)水泵進(jìn)行備用的選擇，如果其中有水泵被選為第一備用，則會(huì)在2秒后自動(dòng)啟動(dòng)，接著啟動(dòng)出口閥子程序，再次進(jìn)行水壓判斷，直到水壓正?！，F(xiàn)場(chǎng)即手動(dòng)為程序右半部分流程，此部分可有人工在現(xiàn)場(chǎng)操作箱對(duì)水泵進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)停止。 圖4-4出口閥子程序流程圖 上圖4-4為出口閥子程序流程圖。當(dāng)自動(dòng)供水程序需要啟動(dòng)出口閥時(shí)，子程序進(jìn)行手自動(dòng)判斷。若為開(kāi)閥，則再進(jìn)行所對(duì)應(yīng)的水泵電機(jī)是否已開(kāi)啟，開(kāi)啟則開(kāi)閥，未開(kāi)啟則返回自動(dòng)模式判斷，若為關(guān)閥則直接關(guān)閥。右半部分流程為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)，即人為在現(xiàn)場(chǎng)操作箱進(jìn)行控制。 4.1.2自動(dòng)供水系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 1. 主程序部分設(shè)計(jì) 圖4-5主程序循環(huán)時(shí)間程序設(shè)計(jì) 如上圖4-5所示為OB1模塊中的循環(huán)程序設(shè)計(jì)的一部分。OB1在整個(gè)程序中起到一個(gè)中樞的作用，它能調(diào)用程序中的其它邏輯塊，當(dāng)然OB1也能被中斷程序所中斷。一旦S7-300開(kāi)始運(yùn)行起來(lái)，程序中OB1就會(huì)被不斷的循環(huán)調(diào)用，而相應(yīng)的其他邏輯塊比如FC，F(xiàn)B等就會(huì)被OB1所調(diào)用。中斷程序或者事件能將整個(gè)循環(huán)中斷。其中定時(shí)器能對(duì)OB1的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行控制，而STEP 7的最大掃描時(shí)間一般設(shè)置為150ms，這個(gè)設(shè)定時(shí)間可以進(jìn)行更改。整個(gè)系統(tǒng)程序的運(yùn)行都是由于OB1的循環(huán)執(zhí)行之下，如果OB1需要調(diào)用則用戶程序就會(huì)被執(zhí)行。OB1塊的調(diào)用程序圖如圖4-6。 圖4-6 OB1可調(diào)用用戶程序 2. 各子程序部分設(shè)計(jì) (1).手自動(dòng)程序 圖4-7手自動(dòng)程序 如上圖4-7所示，當(dāng)選擇自動(dòng)時(shí)SR觸發(fā)器的輸入端置“1”，則輸出端也置“1”，此時(shí)模式為自動(dòng)模式；而若不選擇自動(dòng)，則SR觸發(fā)器輸入端默認(rèn)“0”，則輸出端也為“0”，此時(shí)則為手動(dòng)模式。 (2) .8P閥門(mén)水泵自動(dòng)控制程序設(shè)計(jì) 圖4-8 8P低壓水泵自動(dòng)啟動(dòng)部分程序 上圖4-8為8P水泵的自動(dòng)啟動(dòng)部分程序，即當(dāng)滿足壓力連鎖開(kāi)啟，實(shí)際水壓低于模擬量，處于自動(dòng)模式并且已選擇第一備用或第二備用，滿足所有條件時(shí)，8P低壓水泵才可自動(dòng)啟動(dòng)；若未進(jìn)行壓力連鎖如程序最后一段，可按下WINCC操作畫(huà)面上的壓力連鎖按鈕進(jìn)行操作。 圖4-9模擬量低報(bào)警 如上圖4-9所示，當(dāng)總水管實(shí)際水壓與模擬量設(shè)定值進(jìn)行比較，而實(shí)際水壓低于模擬量設(shè)定值時(shí)，通過(guò)延時(shí)定時(shí)器延時(shí)2秒后發(fā)出水壓低報(bào)警，并在WINCC上顯示。下圖4-10為模擬量低報(bào)警以及模擬量設(shè)定值。模擬量設(shè)定值可在WINCC中更改。 圖4-10模擬量 圖4-11 備用選擇 如上圖4-11所示，若在WIMCC上選擇8號(hào)水泵為第一備用則SR觸發(fā)器置一，即選為第一備用，若其余兩臺(tái)中有選擇第一備用，或者8號(hào)水泵已選擇為第二備用則SR觸發(fā)器置零，即不選為第一備用。 圖4-12 8P低壓水泵運(yùn)行程序 如上圖4-12所示，最上方一條程序?yàn)楫?dāng)WINCC上選擇自動(dòng)時(shí)，則由PLC自行判斷運(yùn)行條件若滿足則發(fā)出運(yùn)行指令，并自鎖；若WINCC上選擇手動(dòng)，則可通過(guò)畫(huà)面按下啟動(dòng)按鈕，再由PLC判斷條件，滿足則發(fā)出運(yùn)行指令。 圖4-13 8P水泵出口閥開(kāi)閥部分程序 如圖4-13所示，當(dāng)滿足條件處于自動(dòng)模式下，8P水泵已開(kāi)始運(yùn)行，經(jīng)過(guò)延遲脈沖定時(shí)器延遲2S后，發(fā)出開(kāi)閥指令。若為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)，也可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作向上的按鈕進(jìn)行啟動(dòng)。 圖4-14 8P水泵關(guān)閉部分程序 由上圖4-14可看出，8P水泵關(guān)閉指令中與8P水泵運(yùn)行指令有互鎖條件，以此來(lái)防止運(yùn)行指令與關(guān)閉指令產(chǎn)生混亂，以致PLC無(wú)法發(fā)出正確的指令。 4.2 WINCC軟件簡(jiǎn)介與人機(jī)界面設(shè)計(jì) 圖4-11 WINCC主界面 WINCC是一款功能強(qiáng)大及廣泛的組態(tài)軟件，它不僅能設(shè)計(jì)生產(chǎn)自動(dòng)化，還能設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，并且兩者相互整合，這就使得WINCC現(xiàn)如今已成為各大工業(yè)領(lǐng)域中的“寵兒”，在各行各業(yè)中隨處可見(jiàn)，比如:化工領(lǐng)域、印刷領(lǐng)域、機(jī)械制造領(lǐng)域、食品制造領(lǐng)域、工業(yè)供水領(lǐng)域等等。 WINCC擁有多種既實(shí)用又齊全的功能:在工業(yè)領(lǐng)域中，由于種類眾多，需求也是各種各樣，這就導(dǎo)致很大一部分的組態(tài)軟件由于功能等限制不能被廣泛的運(yùn)用到大部分的工業(yè)領(lǐng)域中。而WINCC卻擁有通用的應(yīng)用程序，這就適合絕大部分工業(yè)領(lǐng)域的需求。此外，WINCC軟件本身就擁有多種國(guó)家的語(yǔ)言，這就使得WINCC在國(guó)際上都能得到很大的認(rèn)可，工業(yè)領(lǐng)域通常對(duì)效率和品質(zhì)的要求都非常高，而WINCC強(qiáng)大的操作和管理功能使得整個(gè)系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單有效。 本次自動(dòng)供水的設(shè)計(jì)運(yùn)用了西門(mén)子S7-300的PLC，還用了STEP7的編程軟件，這兩樣都是德國(guó)西門(mén)子公司的產(chǎn)品，而WINCC同樣也是，這就導(dǎo)致它在設(shè)計(jì)時(shí)就裝有西門(mén)子S7-300的驅(qū)動(dòng)軟件，這樣在與PLC進(jìn)行通信的時(shí)候就不必在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的安裝，使得設(shè)計(jì)更為方便;其次，WINCC強(qiáng)大的功能在如今的體現(xiàn)已經(jīng)非常明顯，用其作為本次設(shè)計(jì)的組態(tài)軟件是十分合適的選擇。 人機(jī)界面設(shè)計(jì)： 首先新建一個(gè)項(xiàng)目如圖4-12。 圖4-12項(xiàng)目創(chuàng)建 項(xiàng)目新建完成后就會(huì)出現(xiàn)WINCC主界面（如圖），選中計(jì)算機(jī)屬性，將屬性改為與用戶計(jì)算機(jī)一樣的名稱，如圖4-13： 圖4-13計(jì)算機(jī)屬性 添加一個(gè)通訊驅(qū)動(dòng)程序用于與自動(dòng)化系統(tǒng)（PLC）進(jìn)行互通，如圖4-14： 圖4-14添加驅(qū)動(dòng)程序 在變量管理一欄中可新增多個(gè)變量用以在設(shè)計(jì)的界面中進(jìn)行鏈接，如圖4-15： 圖4-15添加變量 其中變量的屬性在創(chuàng)建時(shí)可以進(jìn)行設(shè)置，地址可與STEP7中地址相對(duì)應(yīng)，如下圖4-16： 圖4-16變量屬性 選中圖形編輯器，在新建畫(huà)面以用來(lái)編輯和設(shè)計(jì)WINCC人機(jī)界面，如下圖4-17： 圖4-17圖形編輯 雙擊進(jìn)入新建畫(huà)面，可以利用軟件所提供的工具進(jìn)行畫(huà)面設(shè)計(jì)，如下圖4-18： 圖4-18畫(huà)面設(shè)計(jì) 而畫(huà)面中的按鈕等可以進(jìn)行鏈接變量或者調(diào)用變量，如圖4-19： 圖4-19圖中變量連接 編輯完成的人機(jī)界面： 圖4-20 低壓水泵流程界面 圖4-21低壓水泵報(bào)警畫(huà)面 圖4-22低壓水泵排除壓力趨勢(shì) 圖4-23模擬量設(shè)定 圖4-24各設(shè)備狀態(tài)顯示 第5章 調(diào)試 第5章 調(diào)試 5.1程序調(diào)試 打開(kāi)STEP7編程軟件，打開(kāi)所要運(yùn)行的程序，在菜單欄中找到調(diào)試點(diǎn)擊監(jiān)控進(jìn)行程序調(diào)試，具體如下列各圖所示： 圖5-1水泵運(yùn)行指令程序監(jiān)控與調(diào)試畫(huà)面 圖5-2 水泵關(guān)閉指令程序監(jiān)控與調(diào)試畫(huà)面 圖5-3閥門(mén)開(kāi)閥程序監(jiān)控與調(diào)試 5.2 WINCC畫(huà)面調(diào)試 打開(kāi)WINCC軟件，在主界面的菜單欄下，點(diǎn)擊打開(kāi)文件下拉菜單，選中激活，則進(jìn)入WINCC調(diào)試狀態(tài)，具體如下列各圖所示： 圖5-6WINCC調(diào)試 圖5-7調(diào)試中的低壓水泵流程畫(huà)面 圖5-6調(diào)試中的低壓水泵報(bào)警畫(huà)面 圖5-7模擬量的設(shè)定調(diào)試 圖5-8 狀態(tài)顯示調(diào)試 第6章 結(jié)論 第6章 結(jié)論 21世紀(jì)之后，人類的科技處于一個(gè)飛速發(fā)展的階段，這就導(dǎo)致人們的生活質(zhì)量正在逐步的提升，與此同時(shí)，工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展也是急速上升。這就導(dǎo)致各個(gè)行業(yè)對(duì)生產(chǎn)的效率與品質(zhì)的提升有了更高的要求，間接地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的提升也產(chǎn)生了不小的要求。 就說(shuō)關(guān)于這次設(shè)計(jì)的供水問(wèn)題，傳統(tǒng)的高樓水箱以及氣壓供水的方法已經(jīng)完全不能適應(yīng)如今科技的飛速發(fā)展和人們的物質(zhì)需求，那怎么辦呢？這時(shí)候，自動(dòng)供水的發(fā)展就開(kāi)始體現(xiàn)出了它的價(jià)值。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、停止，設(shè)備的啟停，壓力的穩(wěn)定等等都能通過(guò)PLC來(lái)解決，整個(gè)過(guò)程可監(jiān)控，操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，這不正是如今各工業(yè)行業(yè)所需要的么？ 因此，自動(dòng)化的發(fā)展已經(jīng)不可避免，自動(dòng)供水的應(yīng)用就是一個(gè)很好的例子。 本次論文設(shè)計(jì)針對(duì)興澄特鋼動(dòng)力站空壓站空分機(jī)組部分的自動(dòng)供水設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)是基于PLC的一套供水系統(tǒng)。此系統(tǒng)主要有壓力變送器、西門(mén)子S7-300的PLC、水泵機(jī)組、智能閥門(mén)以及低壓電器組成。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是利用西門(mén)子PLC對(duì)一臺(tái)或多臺(tái)水泵進(jìn)行循環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)總水管水壓的恒定和水泵電機(jī)的啟動(dòng)，如當(dāng)兩臺(tái)水泵開(kāi)啟供水時(shí)，總水管水壓偏低于設(shè)定水壓值，WINCC畫(huà)面會(huì)進(jìn)行水壓低報(bào)警，同時(shí)PLC會(huì)發(fā)出指令，自動(dòng)啟動(dòng)一臺(tái)備用水泵，以達(dá)到穩(wěn)定總水管水壓的目的。該系統(tǒng)不僅使空壓站供水系統(tǒng)總水管壓力穩(wěn)定得到了有效的保證，而且是全自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單，節(jié)能效果顯著。 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下： 第一部分緒論，我通過(guò)去圖書(shū)館查看有關(guān)自動(dòng)供水的書(shū)籍，以及利用網(wǎng)絡(luò)上的各種關(guān)于自動(dòng)供水的介紹與發(fā)展，將各類書(shū)籍資料與我自己查完資料后的理解，對(duì)此次自動(dòng)供水設(shè)計(jì)研究背景進(jìn)行了簡(jiǎn)單的敘述，簡(jiǎn)單的說(shuō)明自動(dòng)供水在如今的重要性。并對(duì)自動(dòng)供水以往的供水方式的發(fā)展，如今在我國(guó)自動(dòng)供水系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展情況，未來(lái)自動(dòng)供水的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。 第二部分闡述了本次自動(dòng)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與主題思想，另外還介紹了本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行原理。通過(guò)去興澄特鋼動(dòng)力站做此次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概一個(gè)多月，我了解了此次自動(dòng)供水系統(tǒng)的總體工藝流程，也對(duì)其進(jìn)行了研究并與那邊的工作人員進(jìn)行探討總結(jié)，才得出了本次自動(dòng)供水系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想與原理。 第三、四部分是本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，分別從硬件方面的選型、電氣圖原理、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容以及軟件部分的程序設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)等來(lái)對(duì)本次供水系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。其中硬件的選型和電氣圖原理是我在工廠的時(shí)候與工作人員探討才得以寫(xiě)出。然后對(duì)STEP7的程序以及WINCC的組態(tài)人機(jī)界面進(jìn)行學(xué)習(xí)并初步掌握之后發(fā)現(xiàn)，有一些部分的程序等等是我所不需要的，經(jīng)過(guò)與工作人員的討論，對(duì)程序以及組態(tài)畫(huà)面進(jìn)行了一些改進(jìn)。 此次的興澄特鋼自動(dòng)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雖然我已了解整個(gè)設(shè)計(jì)的原理、程序、組態(tài)等相關(guān)知識(shí)，并且對(duì)這個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些改進(jìn)，但是人無(wú)完人，我還是有很多做的不好的地方，就比方說(shuō)，原本這次設(shè)計(jì)中我還加入了進(jìn)口閥的電氣圖等等，但是進(jìn)口閥實(shí)際情況與我想的并非一樣，實(shí)際的進(jìn)口閥用的是更為先進(jìn)的閥門(mén)，本身就具有繼電器，操作更為方便，接線也更簡(jiǎn)單，但是奈何我搞不清其中的原理，所以最后我還是不得不在本次設(shè)計(jì)中放棄了進(jìn)口閥的設(shè)計(jì)。除此之外，還有水泵的電流檢測(cè)等等我也并未了解太多。因此，本次設(shè)計(jì)做下來(lái)，我發(fā)現(xiàn)還有許多的問(wèn)題等待我去探索，我會(huì)進(jìn)一步努力充實(shí)自己，提高技能。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 宋晗.基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].山東:山東大學(xué)，2014. 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