基于PLC的油泵控制系统的设计毕业设计.docx

南京工程学院工业中心本科毕业设计说明书（论文）题目：基于P1.C的油泵控制系统设计专业:自动化（系统集成）毕业设计说明书(论文)中文摘要摘要：供油泵是生产牛.活中重要的电气设备，由于其长时间全压工频的运行方式，能耗较大，造成能源浪费，并加剧油泵的磨损。本文主要研究P1.C与变频器在加油站油泵控制系统中的应用，通过引入变频器，对供油泵控制系统进行设计改造，利用变频器本身的软启动特性，大大降低了启动时对供油泵的冲击、磨损和噪音，提高了供油泉的使用寿命.本设计是基于西门子S7-300P1.C控制器，运用P1.D控制和法，对系统采用变频恒压控制，有效解决了系统供油压力不稳，油量不足的问题。论文还研究了S7-300与MMMO之间通过PROFIBUS-DP总线传输数据控制变频器及单片机与S7-300通过CP340进行MOdbUSRTU通信问S:采用SIMATICWinCC(WindowsContro1.Center)一视窗控制中心进行电机的电压、电流、频率、速度、压力和变频器故障报警等的监控.调试数据表明，本系统运行过程中供油稳定，最大限度提而了电机的效率，达到了节约能源的目的，且提高了供油质量，设备运行的维护量也大大降低。关键词:油泵变频器WinCCProfibus-DPpidcp340modbusRTUTit1.eThedesignOfConIrO1.SYSIemOfOi1.DUmr)basedOnP1.CAbstractOi1.pumpisimponan1.inIi1.candproductionofe1.ccirica1.equimcnt,duetofora1.ongtimeinthetota1.pressureofthepowerfrequencyoperationmodeand1.argeenergyconsumption,resu1.tinginenergywaste,andincreasedpumpwcar.Thisartic1.emain1.yresearchapp1.icationofP1.Candinverterinthepumpcontro1.system.throughintroducingthefrequencyconverter,(odesignforoi1.pumpcontro1.systemIransfbnnation,softstartcharacteroftheuseoffrequencyconverter,great1.yreducesthestartupimpacttosupp1.ypump.wearandnoise,increasedfortheservice1.ifeofpump.ThisdesignisbasedonSIEMENSP1.CS7-300cont11)1.1.er,theuseofPIDcontro1.a1.gorihm,thesystemusesconstantfrequencyconstantpressurecontro1.,andeffective1.yso1.vethesystemsupp1.ypressureinstabi1.ity,theprob1.emofinsufficientoi1.ThcS7-3OOP1.CandMM440throughPROFIBUS-DPbusdatatransmissioncontro1.inverterandsing1.echipmicrocomputerandS7-3OOthroughCP340ModbusRTUcommunicationprob1.cms.usingSIMATICWi1.1.CC(Wi1.IdOWSContro1.Cen1.er),WindowsContro1.Centertormotorvo1.tage,current,frequency,specd,ressureandfai1.ureoffrequencyconvertera1.armmonitoring.Testdatashowthat,intherunningprocessofthesystemandstab1.eoi1.supp1.y,maximumimprovestheefficiencyofthemotor,1.oachievethepurposeofsavingenergyandimprovesthequa1.ityofthefue1.supp1.y.equipmentmaintenanceisa1.sogreat1.yreduced.Kcywords:Oi1.pumpinverterWinCCPROFIBUS-DPPIDCP340MODBUSRTU目录百信I-第一章结论-2-1.1 引言2-1.2 课题研究背景和研究意义2-1.3 课题主要研究内容3-1.3.1 变频恒压供油的实现3-1.3.2 S73OO与MMMIO间DP通信4-1.3.3 W1.NeC监控系统4-1.3.4 压力传感器5-135串行通信模板SMO的MODBuSRTU通信协议5-第二章油泵的基本参数及其工作特性7-2.1 油泵理论及油泵工况点分析7-2.1.1 流体输送设备7-2.1.2 油泵的工作参数7-2.1.3 油泵的基本特性曲线8-2.1.4 油泵的工况点9-2.2 变频调速分析及供油系统的理论模型9-2.2.1 变频调速的原理9-2.2.2 工况点调节9-2.2.3 节能分析-10-2.2.4 恒压供油系统的理论模型11-第三章硬件系统设计12-3.1 硬件选型12-3.1.1 P1.C选型12-3.1.2 变频器选型13-3.1.3 S7-3OO与STM32进行点对点通讯模块选型13-3.1.4 HMI-14-3.2 硬件接线图-15-3.2.1 系统网络结构示意图15-3.2.2 电源电路的设计-15-3.2.3 数字量接口设计16-3.2.4 模拟量接口设计-17-3.2.5 CP340接口设计-17-第四章软件系统设计-IS-4.1 软件设计简介18-4.1.1 P1.C工作方式18-4.1.2 S7-300数据类型18-4.1.3 S7-300数据高位低位2()-4.1.4 地址重叠问题21-4.1.5 IW和P1.W的区别-21-4.1.6 功能模块FB和FC的区别-21-4.1.7 背景数据块和全局数据块的区别-22-4.1.8 模拟量:输入及参数值整定-22-4.1.9 模拟量输出及参数值整定-23-4.2 自动控制系统的性能要求23-4.3 程序流程图设计24-4.3.1 模块化编程简介24-4.3.2 程序结构图25-4.3.3 主要程序流程图-25-4.3.4 关键程序设计-29-第五章系统联调30-5.1 P1.C与MM440通信测试335.1.1 PRORBUS网络通信简介30-5.1.2 Step7硬件组态30-5.1.3 报文介绍-31-5.1.4 变频器参数设置37-5.1.5 报文收发测试-37-5.2 S7-300与SrM32ModbUSRTU通信-44-5.2.1 CPMO编写MOdbUSRTU通信介绍44-5.2.2 CP340的ModbiK-RTU通信组态45-5.2.3 MOdbURTU的通信帧46-5.2.4 CP340的MOdbUS-RTU通信测试47-5.3 WinCC组态界面分析49-5.3.1 HMI控制任务49-5.3.2 工艺界面-50-5.3.3 手动操作界面-51-5.3.4 报警界面51-5.3.5 趋势界面53-5.3.6 历史数据-53-5.3.7 登录与退出快捷键分配56-5.3.8 水流动画脚本介绍-56-5.4 系统稳态分析58-5.4.1 PID算法的实现-58-5.4.2 PID死区-58-5.4.3 PID参数整定-59-5.4.4 系统稳态分析-60-5.5 故障分析-61-5.5.1 调用程序块无能流通过-61-5.5.2 变频罂断电启动后报A0703伴随着FOO70,笈位后，恢复正常。-61-5.5.3 WINCC背景变成红色，连接状态显示为No-62-5.5.4 1.ED灯故障诊断-62-5.5.5 压力传感器多点问题-63-5.5.6 PID曲线抖动严重43-5.5.7 自吸泵吸不上油的原因-63-第六章总结64-致谢65-参考文献66-附录：程序67-前言当今，变频调速已经成为可靠，稔定旦应用范围广的异步电机的调速方式，深受广大用户的喜爱，其在冶金行业、电力行业、机械制造业等得到了大量的应用。本次设计就是通过变顼器来控制油泵电机，对油泵电机实行无极调速,依据用油量及通过P1.e检测、运和，自动改变油泵转速保持油压恒定以满足整个系统的供油要求，在当前看来，也是一种合理的节能供油系统“供油泵是生产生活中重要的电力设备，能耗较大，在实际生活中，由于其长时间全压工频的运行方式，造成能源浪费，并加剧泵的磨损。通过引入变频器，对供油泵控制系统进行设计改造，利用变频器本身的软启动特性，大大降低了启动时的供油泵的见动冲击，磨损和噪音，提高了供油泵的使用寿命。本次设计基于S7-3OOP1.C控制器，采用PID控制第法，对系统采川变频恒压控制。有效解决了系统供油压力不秘，油量不足的问题。利用变频特性有效改善了对电机的供油质量，提高了功率因素，从而最大限度提高了电机的效率（1。S1.MAT1.CWinCe是上位机上用的组态软件，其特点就是：可以使用VB和C脚本进行编程，其内部集成了大量的函数廓，方便用户调用：WinCe数据妇档能力强，用户可以随时查询以前的数据：，WinCC这种基于WindoW平台监控系统，超越了国际上大部分的组态软件，凭借其优秀的性能和强大的的战略思想，已经成为市场的领导者。本次设计就是通过WINCC监控并操作整个系统，让整个系统处于安全受控状态。系统运行方式设计为“面板操作”和“HMI快作"“面板操作”使操作人员操作电器有关元件实现。系统的HM1.采用WincC组态设计的，HM1.显示压力，系统的工作状态，发生故障时显示报警信息并提示操作人员哪垠发生了故障及如何处理故障，操作时进行操作提示，可实现人与机器更好的交流。两种操作方式下又分为“于动”和“自动”两种方式,在“手动”方式下，操作人员可自由的控制油泵。“自动”为P1.C通过压力的测量值，进行一些复杂的运算，自动给变频输出，实现最佳节能控制。第一章绪论1.1引言工业自动化技术，就是通过自动控制装置自主地对生产过程、工艺参数、技术指标、产品要求等进行自动的调节与控制，使之达到预定的技术指标2。自动化的水平高低，将直接影响到产品的质量、产量、成本等，正因为如此，人们将越来越揖视自动化控制技术，其在先进制造技术中占有很大分量。而先进制造技术人才是我国当前最紧缺的专业人才，就业前景良好。工业制动化技术包括电子与电气设备、自动化生产线、可编程序控制器、计兑机辅助设计和计算机监控管理系统。全柒成自动化(TIA)树立行业新基准。全集成自动化将所有的设备和系统都整合到一个自动控制系统的解决方案中，采用这种方法将解决现有系统所遇到的困难，并且优化了整个系统结构，使系统更为简洁。见图1.1。图1.1.全集成自动化系统构架图1.2 课题研究背景和研究意义近年来，机动车的不断增加，导钗用油量猛增,各处加售油点已经成为生活中不可分割的一部分。机动车给我们提供了很多方便，扩大了我们活动范围，加快了社会节奏，却给供油系统增加了更大的压力。昼夜、季节、上下班高峰期以及节假日的不同其用油量也有着较大的变化，在没仃变频器的情况下，常常会出现油压的剧烈波动.导致供油不稔定，对产品和设备都会造成很大的伤害，通过引用变频器和压力传感器，使其压力可谓，将能彻底的解决这个问题。如今，中国作为世界上第二大经济体，其石油进口量将超越美国，成为世界上最大的石油进口国，相关数据表明，4月份中国石油的每日进口量为740万桶，而美国的的日进口量则只有720万桶2。当然，由于克里米亚问题，美国制裁俄罗斯导致国际油价低迷，不排除我国因此加大石油战略储备绿故。但是，中国进口量持续增加将是必然趋势。如何高效的利用这些能源以及减少对国外的依赖，解决这个问题的方法，有现如今讨论最为激烈的新能源技术，以及如何产生可再生能源，我认为最为实际的方法便是减少浪贽，提高能源利用率。供油泵不仅在加油站是主要设备，也是汽车变速器的核心设备，在电厂，机场等也存在大量应用供油泵的情况，利用P1.C、变频器和压力传感器组成的闭环控制系统来调节油泵的转速，让管网的压力得到了保证，确保了系统的可能性，供油稳定且节能效果明显。1.3 课题主要研究内容本文以P1.C为控制罂对加油站油泵控制系统进行设计。采用压力传感器检测油管中的油压，控制器实现对油泵的变频调速，来控制加油&其控制系统由S7-300、WineC、MM440以及现场总线网络通信构成，可实现高可靠性、高效率和高精度的控制。主要研究内容如下：1.3.1 变频恒压供油的实现TKU芦一I执行结构一一）被控对、卜"IPVnI一I1VD-pv"I隹送荔卜-fftsis-图1.2P1.C模拟量闭环控制系统框图在此闭坏系统中，被控员压力C是连续变化数值，而P1.C作为数字控制潞不能过直接处理连续数据。因此在实际闭环控制系统中，被控量首先被传恪器和变送器转换为模拟信号（一般是420m或010V）P1.C利用模拟量储入模块中的AQ转换器将其转换为数字量PVn。另外，控制这些物理量的执行器多数接收的也是模拟量，所以P1.C处理过的数据M(n)还必须数/模转换成连续的模拟信号M来驱动执行器的操作，从而达到控制压力的目的。在实际系统中，模拟证和数字册之间的相互转换和P1.D程序的执行都是周期性的操作，其间隔时间成为采样周期Ts。在图1.2中，各数字量:的的卜标表示该变量是第n次采样计第时的数字量。共中Spn是给定值，PVn是AQ转换后的反馈值，而误差信号e=SPn-PVn.1.3.2 S7-XX)与MM44()间DP通信西门子S73OOP1.C对MM440变频器控制有端子排及ProfibUS-DP通信控制。由于DP控制具有接线少、抗干扰能力强和控制距离远的特点，所以工业现场广泛采用ProfibuS-DP控制。在现场层的高速数据传送应用PrOfibU-DP总线，主站P1.C周期性的读取从站MM440的输入信息，并周期性的向从站MM440发送输出信息，总线循环的时间必须要比主站(P1.C)程序循环时间短，本次设计基于压力传感器检测值输入P1.C模拟量模块，该模块将模拟量转换成数字量整形数(0-27648)。在P1.e程序内部将该信号转换成实际压力，经FB41运和过后1.MN输出仍为实数，调用FC106转换为电机的速度0-16384(P2009=I)来控制电机。133WINCC监控系统HMI的用户群和用户领域是F变万化的.为此，WinCC提供了针对网络、冗余、瘦客户、配方等的选件(OP1.ion)来灵活地扩展用户的应用4.1.下载生产配方文件到P1.C2 .组态连接更多的客户机3 .通过网络浏览器监控WineC项目4 .过程诊断5 .支持冗余6 .过程可视化和数据分析7 .访问WinCC报警和归档8 .连接数据库和IT系统9 .评估和压缩过程数据10 .管理机器数据11 .组态用户自定义的ACIiVCX对象12 .使用编程接口3在严酷的工业环境中，一旦设备和系统失效，宝贵的生产时间将被无情的浪费。WinCC提供了了大量快速定位故障的强有力的手段，从而确保停工时间最小化。本次设计中，充分考虑到这一点，其中确保与P1.C正常通讯最为重要，WinCC具有强大的故障诊断能力，本次连接状态的静态文本显示0K.表示与P1.C连接正常，显示NO表示连接失败，在文本中，点击动态对话框进行组态，通过查看实际频率变量变量状态，而得之是否连接成功，在变罡状态中没仃连接的文本中输入M）即可，在表达式/公式的结果一栏中，其它输入OK,即可通过实际频率变量与P1.C的连接状态来杳看WinCC与P1.C的连接状态。操作员还可这样处理故障：远程浏览运行WinCC的PC读取P1.C诊断缓存信息，浏览应用中的P1.C程序，查询帮助手册.1.3. 4压力传感器压力传感器输出420mA的模拟量佶号，送到S7-300的模拟量输入模块，P1.C对其进行PID运算，现场谓试过程中在线调整FB4I中参数比例、微分、枳分值，以保证系统运行稳定，确保管路的油压稳定。1.3.5申行通信模板CP340的MODBUSRTU通信协议本次设计的售油机由8个子系统组成，也就是由8位同学共同设计完成，8个部分分别为:SCADA.主控制系统,机泵单元，看板单元，流量计总元，智能卡通元，门禁唯元以及地磅单元，主控和机泵通过MODBUSRTU进行点对点传输数据来控制机泵的启停，以及读取油压和机泵的频率。分配给本人的任务为机泵单元，那么与主控之间通讯模块的选择，就变得尤为重要.西门子公司提供了多种点对点通讯模块，从经济和可靠性方面，本次数据传输选择CP340模块来完成，设计难点为利用CP340编写MOdbUSRTU通讯协议。CP34O通讯处理器允许通过一条点对点连接在自动化设备之间或计兑机之间进行数据交换。CP340通讯处理器可以与各种SiCmenS模块和非Siemens产品点对点连接5,通过通讯模块CP34O与单片机系统实现485通信，CP341虽功能强大，但由于CP34O价格低廉，而受到广泛的应用。8个人共同完成整个售油控制系统的设计，及中联合调试以及数据间的相互传输,是整个系统的设计难点与核心。整个系统的结构图为:2#主控制系统流显计1001f1./»1002Hi7j(Kpa)4004频率(Hz)第二章油泵的基本参数及其工作特性2.1油泵理论及油泵工况点分析2.1.1流体输送设备流体的输送是个动后传递过程，流体在管道内流动从泵或压缩机等输送设备获得能量，以克服流动阻力。输送液体井提高其压头的设备是泉，输送气体并提高其压头的设备是压缩机.不需要再吸入管路内充满水就能自动的把水抽上来的是离心泵6.第一次使用自吸泵时，需要在泵内灌水，使泵内空气排走，是吸水管内的真空度不断增大，被输送的水便不断沿吸水管上升.待泵内完全充满水时，泵就进入正常工作状态，完成自吸过程。在这之后的使用过程中自吸泵启动都不需要加水，其自身的叶轮装置可以轴i助其完成自吸过程.自吸泵的结构紧凑、维护容易，使其越来越受广大用户的喜爱.2.1.2油泵的工作参数在油泵的接线盒上，其铭牌参数有果大流城（40Umin）,批大扬程（35m）.坡,吸程（68m）.功率（335W）.转速（2800rmin）,电压（38OV）.频率（50HZ）等。流量、转速、扬程之中只要有一个发生变化，其他两个参数也会按照一定的规律变化.流IftQ:指选定一个截面，在单位时间流过这个截面的流体的体积，那么流量Q=VS.V是流动速度,S为横截面面枳。流量的单位一般为1./S.扬程H:泵把单位液体提升的高度叫做泵的扬程，单位：m液柱.扬程的变化直接便泵的流量发生变化60泵的扬程分为吸入扬程和排出扬程.把液体从容器中吸入到泉内的场程叫吸入扬程。吸入扬程包括吸入高度和吸入管路的阻力损失两陆分，公式为：H吸=H吸高+H吸损。把液体从泵排到另一个容器的扬程叫排出扬程,排出扬程包括排出高度和捧出管路用力损失两部分，公式为：H排=H择高+H排损.泵的扬程包括吸入扬程和排出扬程,公式为：H=H吸+H排-H吸高+H吸损71排高+H持损.自吸泵的扬程可用直空表检测.持出扬程可用压力表检测,因此泵的实际扬程是：h+（2-0Pg2$式2T中P衣泉排出口压力表的读数，Pa;P真泵吸入口真空表的读数，Pa:U吸一一泵吸入口测量点的读数，m/s;U-一一泵排出口测量点的渣速,m/s;h泵吸入口和排出;则量点的高差，m:h液体的密度，kg/m+G-重力加速度nV#.在实际中,压力表与真空表安装高度差很小,可忽略不计|>=():泵的吸入管径与排出管径一般情况下相等或相茏不大，则U吸=U排.泉的扬程与压力表和真空表读数的关系可简写成卜.式7：2.1.3油泉的基本特性曲线油泉是生产生活中，不可或缺的电力设备，泉的选择直接影响到生产成本和效率.因此，泉的性能研究变得格外重要,根据集的特性曲线比较系的扬程,功率和泵的总效率，作为选泵的依据。泵的特性曲线可用卜列三个函数关系表示扬程与流量之间函数：H=11(Q)：轴功率与流量之间的函数：N=f2(Q):效率与流量之间的函数：11=f3(Q);见图2.1w,tm自吸泵的特性曲线*1"I-缸WS&图2.I泵的特性曲线从曲线图可以就看出，自吸泵的扬程在一定流取范围内是防流量的增大而减少的，曲线比较陡帖衣示适用于扬程变化范围大而潦地不能变化太大的场合：轴功率随着潦量的增大而减少，显然，浪盘为0时，轴功率为最大：流量和效率曲线类似抛物线，开口向下，该曲线的最r点，效率最商，该点为自吸泵的设计点，及最佳工况点该曲线的作用是泵以一定的流量点,都可以在曲线上找出一组与其相对应的扬程、轴功率、效率，这一组参数称为工作状态，简称工况或工况点，一般泵的额定参数就是与设计工况点相重合或相接近.设计工况点和最佳工况点相市合或很接近.在实际南京工程举愧工业中心毕业校计说明书(论文)的选效率区间运行既能保证泵的正常运转,又可以节约电能“2.1.1油泵的工况点泵的正常工况点和额定工况点在额定工况点卜的效率相对较高，额定工况点是厂家设定的工况点，但是我们在设计使用中不一定达到，或者超过这个工况点都是有可能的，因此一般规定一个范附，称为泉的商效区.此区通常为最高效率的92%左右,而这就是泵的正常工况点，本次设计符合75%105乐根据工艺工况，将有一个最合适的压力、流量和扬程。实际运行的工况时油泵性能曲线图，根据实际，设计扬程号流量,这个点就是正常工况点。油泵一般运行在一个正常的范围内，其实际运行还受到泵的安装，管道的安装及长度，管径以及实际扬程等一系列因素的影响。2. 2变频调速分析及供油系统的理论模型2.2. 1变频调速的原理变频沿其原理便是先把工频交流电源通过整流涔转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机,即交一直-交的控制方式.从电机学可知，异步电机的转速公式：n=n1(1.s)=nt-n=吧i-n(2-3)式2-3中，np为电动机极对数;为电动机定子供电频率;Ws=2成为定子供电输赚Te勰携毋M由式可知，电机转速与频率近似成正比,改变频率f,就可以平滑地调节电机的转速,从而可以连续方便地改变运送介质的流量。泵的转速n、流量Q、压力P、以及轴功率H具有如下关系：QKn.PxiP、HaM,即流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的立方成正比。通过改变电动机的转速就可方便地改变泵的山水量，可以有效保证期望的工况，降低系统的电动损耗。2.3. 2工况点遍节当油泵的转速发生变化时.其流量特性曲线也会发生变化,图2.2流量特性及管路特性曲线图2.2中，1、2、3为n1.、n2、n3对应的三条流量特性曲线，Hn1.>n2>n3c从曲线图中可以分析出流量一定的情况下，转速越高，H越大。在管路特性曲线B的情况下,减少油泵转速，则工作点C1.将下移到C2或C3,流量也相应的由Q1.减到Q2或Q3。这种方案从能耗的角度来说，是最为经济，机械效率最高的调速方式9。工况点调节也可以通过改变管路特性曲线的方法，即通过改变阀门开度的大小，来实现调节流量的大小。泵的压头和流丘有定的对应美系，转速n1.不变的情况下，将阀的开度加大，其管路特性曲线变成B2,工作点从C1.移到C4.流量从Q1.移到Q4。这种方案，控制阀一般安装在家的出11管线上，简单可行，应用范围广，但是这种方案，总的机械效率低，特别是在阀门开度较小时，阀门上的压降较大，对于大功率泵，损耗的功耗相当大，因此是不经济的。2. 2.3节能分析首先，先提一下与节能相关的词利用率举个例子，一个抽水泵工频条件下运行一小时，去给一株楼供水，但是这台抽水泵功率太大了，抽出去的水这栋楼里用不了。实际的做法便是再抽水泵的出水口加上个挡板，这个挡板挡住了水流，这栋楼需要多少水就把挡板开到多大，这样来，很多能量便浪费在挡板上了。如果去掉这个挡板，给抽水泵加上个变频器来调节抽水泵的速度，速度越低越省电,这样能量就节省下来了，而不是白白浪费在挡板上，这样就能达到节能的效果.供油泵是生产运行中能耗较大的电力设备，在正常应用中，都是通过控制供油泵出I1的循环阀门开度来调节供油的流量和压力，不仅造成了大量的魅源浪我在阀门上，而且油流取的姻加致使管线油温快速上升，天气温度较高时，还会造成很大安全隐患。变频器对过压、欠压、过我、短路及电路失速都能可靠接地保护.油泵应用变频器,即可提高工效,又可节约用电.保护电机及设备.其应用范圉将大大的增加.2. 2.1恒压供油系统的理论模型TM触压力RKi龙EIMS*ffc1.t1.科匕1.被控变以质力P）Aw¾沿枭UM6I*tf,zJfISi元件及交送!-an.图2.3恒压控油控制原理框图变频恒压供油将管网的油压传递给S7-300,S7-300根据设定的压力值让实际压力跟防其变化，以达到恒压供油的目的.当压力偏离平衡状态而上升时，将压力的变化转换为膜片装置的形变程度，压力变送器将其转化为电流变化量的上升，作为测量值Z送绐P1.D调节沿：调节器将Z与给定值R进行比较，由于R保捋不变,Z上升,则R-Z=E,E将下降，由P1.D的性质,此时1.MN值将下降：频率f和转速n也将随着其下降，很显然，转速n下降将使出口压力P也下降.如此使P回归给定值,如果P1.D参数设置恰当，可获得比较涡意的调节的效果，这个调节过程可用符号简洁地表达为：干扰-AJ"r-M-MNtA频率fA转速nP1相反，当干扰使出口压力P下降时有：IU->Zj*EA1.MN-制U<¾r-速n*APV很明显，这是一个闭环负反馈控制系统，如果把方块图中Z信号旁的变成”E就等于P+Z.系统变成了正反馈，就不能克服干扰，此时，I4K.>pA/AM.MN*蚓率J«M速；APV可见，在正反馈控制系统中，反馈值上升，系统将越来越偏离给定值。第三章硬件系统设计3.1硬件选型3.1.1.P1.C选型西门子S7-200、300、400最大的区别是应用规模上的不同。在实际工程应用中200控制点数一般不会超过64个；300的系统一般不超过512个；400则基本上就是大型系统了上千点都不足为奇。当然系统的控制点数是受限于CPU的寻址能力、存储器容量和授权点数以及设计思想的。这些参数可以查询相关的手册。根据系统规模和客户的技术要求对控制系统I/O点数进行估算。分析被控对象的工艺过程，统计系统的“0点数和I/O类型。留仃10%20%的备用房即可。估算公式如下：DIDO=K(*1(,+b,)+c(3-1)式3T中，DUDO要估弟的输入和输出点数量；K-可取1.I1.2之间：«1单个系统类型参数b单个系统点数：C一一其他点数N单个系统的总数7。SINAT1.CS7-300是西门子公司为满足中、小哒规模的控制要求而设计的,几乎可以满足自动化控制过程的各种要求,在生产制造过程中体现的尤为突出。S7-300对于不同的控制功能分为各种控制模块，如果用户需要增加控制任务时，只要增加相应的功能模块即可，这种配置方案，为当今最为流行的控制方案。如图3.1本次选择SIMAT1.CS7-3OOCPU型号为CPU315F-2PN/DP订货号为6ES73I5-2FH13-OABO数字量模块D1.1.6，D016*24V/0.5A订货号为6ES7323/B1.00-0AA0模拟量模块A14A()2x88Bii订货号为6ES7334-OCEoI-OAAo3. 1.2变频涔选型驱动装置按照拖动的电动机类型可以分为直流与交流传动两类，按照电动机的电压等级和容量也分成很多类型。按照电动机的电压等级和容盘也分为很多类型。其中常见的有标准变频传动装置MiCrMas1.cr系列、高性能驱动装置S1.MoVERTMas1.crDrive系列，以及新产品SINAM1.CS系列等。不同的产品系列共性能、功能不同。标准变频传动装置MiCroMa“er系列分为MM41.()MM42()MM43(1.MM440四个系列，MM440是一种简堆问题的传统解决方案，功率范围小；MM420的IO数量少，不支持矢堂控制,无自由功能块可使用，功率范用小：MM430专为风机水泵设计，不支持矢应控制，功率范围大，在恒压供水场合行很实用的功能：MM440是矢盘控制变频器，有控制单元，有自由功能块，功能相对强大8。因为油泵电机是变频器直接拖动的，所以变频器的选型变得尤为重要，首先，要考虑的便是变频器的容量，太小，拖不动电机，会造成油泵经常性的停机：太大，虽可以拖动电机，但从经济上考虑显然是不合适的，一般情况下，变频耦的选型满足以下条件即可：I .变频器的电压等级要与油泵电机相符II .变频器的额定电流为油泵电机额定电流的1.11.5倍。综上所述：本次设计选择MM440变频器订货号为6SE6440-2UC17-5AAI3.1.3S7-300与STM32进行点对点通讯模块选型CPMO自身通过串行接口处理与通信伙伴的数据传输。为此，CP34O配有三种不同的驱动程序。单项数据通信-打印机驱动程序双向数据通信-ASCIIdriver-3964R程序在工业控制领域中，中低端产品S7-3OO应用的较为广泛，基于S7-3OO的MOdbUSRTU协议通信数据采集一般采用CP341模块配置DOng1.C的模式实现，系统构电成木较高，也避免了采用第三方模块的兼容性差的问题，是一种非常好的解决方案，所以采用CPS40模块，通过适当编程，使用ASCH码通讯协议来实现MOdbUSRTU协议，其运行稳定，可靠，在S7-300系统中得到了广泛的应用10。综上所述：本次设计选择CP340型号为CP34O-RS422/485订货号为340-1CHo2-0AEO3.1.4HMISIMATICWinCC和S1.MATiCWinCCRCXib1.e无论从功能还是应用范围上，都被认为是两款不同的软件。WinCC设计上面形远瞩，因此刚一发布，就成为IM1.领域的领导者，支恃凌盖全球的多种语言，对于更杂的监控系统来说，WinCe是个不错的选择。西门子公司还提供的了技术论坛，很多工程师们遇到的问题，都将出现在里面，西门子公司的技术人员也会提供在线解答，方便大家的学习。SIMATICWinCCFIeXibIe简而言之是触摸屏的组态软件，相比WinCcWinCCf1.exib1.e组态画面较为简单，功能弱：西门子有将WinCC的功能融合到WineCf1.exib1.e中的构思，且已经实现，即西门子博途T1.A集成软件。WinCC系统组件建立的各种编辑器可以生成工艺画面、设置画面、监控画面、脚本、报警、趋势曲线和打印报表，功能强大，操作者可以根据设计要求进行目的性的选择。WincC还集成了以下系统如图3.2所示。 与自动化系统的无缝集成 与自动化网络系统的集成 与MES系统的集成 与相应的软硬件系统一起，实现系统级的诊断。WinCCExp!ere3.2WinCC体系机构图WincC的可扩展性是WinCCRexib1.e达不到的。综上所诉：本次选择WinCC组态监控整个系统3.2.1系统网络结构示意图ESSteP7IINrf1.1.ifS192.168.0.1STM32.,PROHB1.tS-OPA1.传感检测I1888MM44JW露At72»V图3.3系统硬件结构图PC机与S7-3OO和WineC与S7-3OO通过以太网经交换机X208进行通讯，各IP地址己在图3.3中标出，X208的IP地址为192.168.0.60,S7-3(X)的IP地址为192.168.0.1,Wincef1.exib1.e的IP地址为192.168.0.2.MM440的从站地址为4(P0918)。S7-300与MM440通过PROFIBUSDP通讯控制油泵S7-3<X)经通讯模块CPxo与STM32进行MoDBUSRTU通信压力传感器信号经模拟量采集模块SM334传换为数字量0'27648,送入P1.C进行PID运算。3.2.2电源电路的设计8888MMWOo图3.4电源接线图3.2.3数字量接口设计SM323DII6,TO16*DC24V6ES7323-1.B1.OO-OAAO,1XOGVXI岛虫；S39J2zfeK芭WYOOO巴8e-SH9VgB图35数字批接线图3.2.4模拟量接口设计二维nSM334A14A0248B!T354ReDISAAC1.A1.CHO',A1.CHIA1.8频A1.3AOCIW516AOCHIM2024V-图3.62线制420mA接线图'UiSH1.iS-I长力交送器JMMJ3.2.5CP340接I设计下图说明了RS485模式下CP340和通讯伙伴连接时的接线图（两线制模式）。UOOSC三3图3.7CP340接线图（两线制）如果电缆长度超过50m,则必须在接收器上焊接一个约为330Q终端电阻，以确保数据传输畅通无阻。第四章软件系统设计4.1 软件设计简介4.1.1 P1.Ci作方式在编写程序时，有必要了解吓P1.C的工作过程。P1.C循环扫描工作过程如阳11所示。渝出映象得存Mi.播入柒弊一I和执石知岬fi_一个扫摘同期4.1 P1.C循环扫描过程P1.C的打描工作方式会引起输入/输出时间滞后，程芹编制的不合理也会引起输入/输出的时间滞后，最长可达两个多扫描周期。4.1.2S73OO数据类哒S7-3OO的数据类型分为以下三种：基本数据类型、发合数据类型和参数类型。