西门子CPU主机模块6ES7214-1AG40-0XB0

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恒压供水主要用于锅炉、楼宇、工业厂房供水等众多给水行业，关于恒压供水项目控制系统技术方案比较成熟，实现方法也比较多，有专用的微机给水控制器、变频器嵌入式PID反馈恒压控制、人机界面和PLC整合应用等多种架构，其原理和核心控制思路都是采用PID反馈控制模型，实现无负压恒压供水。本文介绍基于台达触摸屏PLC的恒压变频恒压供水设计方案，主要体现台达系统集成应用技术方案提供完善的自动化系统。 

2 系统设计 

2.1 恒压供水原理 

根据设备工作要求设定系统给定压力（Mpa），作为PID自整定控制模型的SV值，压力仪表传感器将被控对象管道压力（Mpa）实时采集作为PID自整定模型的PV值，二者数值大小比较后生成偏差值Et，按照调整好的比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd，PLC控制程序PID指令运算结果控制输出MV值，转换为模拟量（0～10V）作为变频器频率给定信号，控制变频器拖动水泵电机输出不同转速，达到调节供水管道压力的控制效果。

2.2 台达PLC的PID控制 

台达PLC主要利用PID指令算法构成反馈控制回路，达到恒压供水控制要求，原理设计如图（一）所示。

（1）PLC控制程序中管道压力读取部分如下：

（2）PLC控制程序中关于采集管道压力处理如下： 

滤除掉06XA模块采集数字量0～4000之外的数值，根据压力传感器和压力变送器量程对应关系计算出管道实际压力（MPa）值。

（3）PLC控制程序中PID指令运用方法如下：

（4）PID指令运算输出作为变频器频率给定信号，同时转换为频率数值用于人机界面显示：

2.3 配置设计 

控制系统技术方案配置如表（一）所示。元件表格列举出控制系统主要控制原件，其他辅助器件未给出。

表（一）供水自动化系统配置 

3 基于台达HMI宏指令的动画设计 

人机界面设计提供直观生动的供水管理监控。人机界面主要有三个画面，实现参数设置和实时显示，水泵运行动画显示，工作方式选择等功能。主画面如图（二）所示。水泵运行动画动态显示画面如图（三）所示。

 
图（二）供水系统主画面

 
图（三）基于台达HMI宏指令的动画画面

水泵运行动画动态显示水泵运行的动画显示是通过人机界面宏指令来完成的，效果虽没有工控组态软件生动，但是还是把工业现场的运行状态真实表现出来，满足了客户的需要。 

宏指令分为三部分：CLOCK；子宏1；子宏2。 

CLOCK Macro根据两台水泵不同运行状态分别调用SubMacro 1和SubMacro 2。

SubMacro 1用于显示水泵1的动态运行水流动画显示。

SubMacro 2用于显示水泵2的动态运行水流动画显示。

1 引言 

蒸馏水通俗的说是水蒸汽冷凝后的产物，化学上称之谓纯净水，化学分子式为H2O的纯净水不应含任何其他杂质成分，是工业生产中的重要原料。蒸馏水应用行业广泛，主要用于化工产品原料配比和食品、药品、化妆品等产品加工制造行业，比如饮料、医用输液盐水等。本文介绍的蒸馏水机是专用蒸馏水生产装备，该蒸馏水电气控制系统完全采用台达自动化产品整合，为客户实现工艺控制和技术要求。 

2 蒸馏水机控制系统及工艺 

2.1 控制工艺 

蒸馏水机控制系统主要实现控制被控原料罐内部温度、压力以及电导率等物理量满足不同产品规格要求。控制系统可以根据不同产品需要设定相关参数，同时设置参数上下限，并实时显示相关参数数值变化，控制各个管道阀门开度，从而保证产品按照预设工艺参数生产，超限时会有报警显示和相关保护动作。同时根据客户需要，产品加工完成后打印参数报表和存储参数报表（电子文件格式*.JPG存储在通用USB磁盘内）。 

上述表格列出的配件是生产线控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、继电器、主令按钮、指示灯等）、检测传感器（K型热电偶、PT100热电阻、电导率传感器，压力传感器，液位传感器，模拟信号变送器等）、微型打印机等电气元件，此处不予赘述。 

2.2 系统原理 

（1）系统原理设计：系统原理设计如图1所示。系统由台达PLC建构主控制器，通过RS－485总线与台达触摸屏人机界面构成管理操作和打印记录系统。系统硬件配置如表1所示。利用台达人机界面丰富的通讯口功能，可以提供给用户3个COM口，方便与外围工控设备通讯联机。

 
图1控制系统架构

（2）系统通讯原理设计：COM1：RS232通讯方式与下位PLC连接，进行蒸馏水设备和产品各项工艺参数设置和读取。COM2：RS485通讯方式与微型打印机连接，利用台达HMI宏指令编程功能，处理自由口通讯协议，发送给打印机需要打印的汉字、英文字母以及数字等，可以进行产品工艺参数报表打印，作为产品品质检测的文字依据以及存档保存数据。

3 软件开发 

3.1 PLC用户程序 

PLC用户控制程序主要实现模拟量数据采集和运算转换，超限报警输出控制。一定要根据传感器和变送器模拟信号量程范围计算数字量显示值，根据用户提供的工艺要求编写报警处理程序。图2是PLC控制程序节选，仅供参考。

 
图2 工艺参数报警梯形图