汕头西门子中国授权代理商触摸屏供应商

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一、自控系统的硬件选择 
    污水处理主要是顺序逻辑控制，这正是PLC控制的优势所在。在此工程中，PROFIBUS主站选S7-300 PLC，分布式IO选用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO。DS300B系列是可扩展模块。PROFIBUS通讯适配器CC-PB-1.0带有标准PROFIBUS-DP接口，开关量、模拟量模块通过冗余的CAN BUS进行扩展，多可以扩展16个模块。各种单的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。人机界面选用昆仑通态，并配北京鼎实公司的PROFIBUS转MODBUS桥接模块，使昆仑通态HMI连接到DP总线上。 
二、总体控制要求及功能 
污水处理厂自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围；在中控室发出上传指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、流量、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中控室。功能如下： 
（1）控制操作： 
在控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟输出量的大小，在线设置PLC的某些参数等。 
（2）显示功能： 
用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数。 
（3）数据管理： 
依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化曝气池的准闭环控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。 
（4）报警功能： 
当某一模拟量（如电流、压力、水位等）测量值过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）阀发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。 
（5）打印功能： 
可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为：定时打印、事件触发打印。 
  
三、系统构成及其布局 
如果采用常规集中控制方式，将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上，由于工艺线路长、现场控制点分布范围广，需要敷设大量的电缆及桥架，且现场环境恶劣、施工难度非常大。鉴于此，采用了PROFIBUS现场总线技术，根据工艺划分，系统共设了两个主站、两个子站、两个操作员站。主站采用CPU315-2DP，子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO远程模块，用于现场数据的采集和控制，并借助PROFIBUS（工业现场总线），方便控制网络系统的建立

控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令，对污水处理生产过程进行控制，将现场状态输送到管理层。根据本厂工艺流程和总平面布置，结合马达控制MCC的位置和供配电范围，按照控制对象的区域、设备数量，以就近采集和单元控制为划分区域的原则，在曝气池旁中控室设主站PLC。在进水泵房、脱水机房设两座现场子站，主站与现场子站之间采用PROFIBUS-DP现场总线。现场子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO，每个DS300B由1个PROFIBUS通讯适配器模块和其它若干数字量、模拟量输入及输出模块组成。 
进水泵房现场从站PLC－1监控范围为粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池等，其主要控制对象为粗细格栅间的粗细格栅及进水电动闸门、进水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂装置和砂水分离等设备，此外，还负责进水水质如PH、SS（浊度测量）等参数的在线检测。其I/O配置为：DI＝138、DO＝58、A1＝16 、AO＝4。 
脱水机房现场子站PLC－2监控范围为脱水机房、储泥池，其主要控制对象为储泥池的搅拌器、电动阀门，脱水机房的进泥泵、输送机、浓缩机、加药系统等设备。其I/O配置为：DI＝48、DO＝16、Al＝8。 
    曝气池主站PLC监控范围为厌氧池、曝气池、鼓风机房，主要完成对处理工艺参数的监测控制，如对溶解氧、污泥浓度、pH值、ORP值等参数的测控。对曝气设备、搅拌设备、排水设备及剩余泵等进行操作控制，以满足对处理出水水质的要求。其I/O配置为：DI＝184、DO＝60、A1=24。 
5、系统软件 
计算机操作系统采用Microsoft bbbbbbs 2000 Professional中文版操作系统。历史数据库采用Microsoft SQLServer 2000中文版软件。上位机软件采用Wincc5.1组态软件来实现。 
 2）MCGS组态软件实现了对整个系统的开关量、状态量、电量、模拟量的采集和处理，并显示在工作站的HMI上；对一些污水处理厂重要的物理量如各个进水泵的电流、频率、出口压力等都实时显示在工作站的主界面上，便于调度员及时掌握系统的运行情况。 
 3）数据库服务器上安装Microsoft SQL2000中文版数据库软件，用来储存整个污水厂重要的历史数据，通过MCGS与Microsoft SQL 2000的通讯来读取历史数据。单设计一个数据库服务器可以避免因为系统局部故障导致历史数据丢失现象的发生。 
 4）STEP7可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的6种（STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL）进行编程。 
  
6、结束语 
通过应用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO替代西门子ET200方案，在保证工程质量的前提下大大降低了硬件成本。此方案自控系统在该污水处理厂投入使用以来，运行至今系统稳定、。设备具有调试简单、操作方便、使用、、故障率低，污水处理效果好的特点，提高了劳动生产率，同时由于软硬件均采用模块化结构，方便了工程技术人员的安装、调试和维修

方法一的计算值要略小于方法二的计算值，也可以用两种方法分别计算，选电阻器时将制动功率向上靠，电阻值向下靠，这样可以保有大的电流泄放空间。在水电站一些高扬程起重机上这一点很重要，因为电阻器在不同工作制和暂载率下的电流值是不相同的，如果电阻器选择不恰当，仍然会造成直流过压故障。
5 注意事项
1）变频器的工作环境变频器的额定容量及参数是针对一定的海拔高度和环境温度而设计的，一般海拔在1 000 m以下、温度在40℃以下不需要降容。若使用环境出该规定，在选择变频器时要考虑由此造成的降容因素。
2）变频器主电路的连线变频器的输入线R、S、T，输出线U、V、W 和接地线不能错接，否则会造成严重后果。水电站起重设备上的变频器与电机之间距离比较长，在选择电缆时除了考虑载流量以外还应考虑电压降，一般要求△U≤（2～3）%U。从变频器到电机之间的动力电缆选用屏蔽电缆，这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度过变频器所允许的输出电缆长度时，电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作，此时就要配置输出电抗器。
3）变频器的接地正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段。变频器应分别和大地相连，不允许一台变频器的接地端和另一台变频器的接地端相联接后再接地，也不允许与动力设备接地点共地。接地线应短而粗，接地电阻值越小越好。
4）防止电磁波干扰变频器在工作中由于整流和变频产生高次谐波，会引起电网电压波形的畸变，对周围的仪表、仪器有一定的干扰，变频器容量越大，这种影响越严重。因此，一些仪表、电子系统，PLC等应尽量避免与变频器同装在一个柜体内，控制电路应用变压器进行隔离，电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽电缆，屏蔽层应接地。
5）变频器的防雷变频器中一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。
但在实际工作中，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的，在雷电活跃地区这一问题尤为重要。水电站的起重设备大多是移动设备，电源是通过电缆引入的，应做好线路上的防雷防浪涌保护，在电源进线端加装一只三相电涌保护器基本上能够解决雷击问题。
6 结语
变频调速系统的设计，应以负载的机械特性为主要设计参数，保证系统的动静态指标良好，合理选择变频器，并解决变频调速系统设计中的实际问题，才能使所设计的变频调速系统具有高的静动态指标和良好的性能价格比。

   温度正呈现上升的趋势，加有效地利用能源成为当务之急。降低能耗的主要对象之一是电机。据粗略统计，电机消耗了美国一半以上的能量。在家庭中使用的电机数量一般不下50台，一部汽车里通常有70至80台电机，至于在工业领域，工厂自动化中应用的电机加比比皆是。 
   当前，单片机（MCU）技术的进步能够比以往任何时候都加有效地控制电机，而成本却低。这种进步对市场的影响一方面加速了从机电控制到电子式控制的转变，另一方面可以实现电机的变速控制，优化电机的运行。而且，对整个市场而言，降低了元器件的整体成本。
    单片机控制的无刷直流电机
    与电机控制中经常使用的有刷电机不同，单片机控制的无刷直流（BLDC）电机不存在电刷磨损和电弧，因而电机的使用寿命实质上只受到轴承寿命的影响。此外，单片机控制的无刷直流电机系统的优越性还包括：
·高的效率
·转矩-惯性比高
·能达到高的速度
·听得见的噪声低
·高的热效率
·低的电磁干扰
    大量专门针对电机控制应用而设计的8位单片机在解决数字电机控制问题上是成本效益的方法之一。但在过去，集成的程度和可供选择的产品一直有限。而现在，单片机性能高达10MIPS，具备的运动控制硬件包括对齐的14位脉宽调制器（PWM）、运动反馈模块和高速模数转换器（ADC），使以往需要较昂贵处理器的应用可以采用成本较低的8位单片机来实现。
    某些单片机，如PIC18F4431，在进行三相PWM控制时，可用硬件实现对无刷直流电机所有三个相的驱动，从而大限度地降低了软件的开发和调试工作量。该单片机多有8个PWM通道，而一般只需6个通道即可驱动三相电机。因此，可以用另外两个通道来实现其它功能，再添加其它元器件。带有正交编码器接口的运动反馈模块是单片机的一个组成部分，可减少元器件数目，降低系统成本。
    不仅如此，带有一个运行速度高达200 ksps的高速ADC的单片机，可以为闭环控制提供必要的速度。在两个不同的通道上同时采样，可以实现同时对电压和电流进行采样。在闭环电机控制中，需要这种高速的转换进行反电动势的测量。ADC可在上升沿或下降沿保持与PWM同步，使开关噪声降至。综上所述，有了这些模块就不需要任何外部的电机控制器件，如高速ADC和位置编码器了。
    在很多电机控制应用中，故障防护操作是关键。带有故障防护时钟监控器（其中内部RC振荡器在晶振失效时可以充当备份时钟）的单片机使设计人员得以利用供高性的数字控制。只需利用PWM上的可编程死区时间延迟，即可大限度地减小开关噪声，同时还可以按时完成设计，将新产品投放市场；否则就需要额外增加几周的开发时间，由此带来的差别显而易见。在各种情况下，具有高性闪存的单片机，灵活性都很强，不仅可以让产品按时上市，而且在电机安装前或已经投入使用后，都可以根据变化的要求进行调整。
    不同的需求、推动力和解决方案
    家用电器、工业和汽车这三大市场中对于电子电机控制的需要，证明具有的电机控制外设的单片机是大有市场的。
在家用电器市场领域，为了符合推行的计划标准，如美国**旨在促进使用率家电的能源之星计划，需要改进电机控制。洗衣机就是迫切需要改进电机控制的一类产品。直接驱动洗衣机可以不再需要电机轴与滚筒之间的连接皮带，同时还可设置各种速度范围和使用不同形状的滚筒。
    某洗衣机厂商对洗衣机进行了全新的设计，结果比传统的洗衣机的耗电量减少了38%， 用水量减少了17%。电机控制的单片机可根据衣物的数量和类别调整电机的功率。但是，洗衣机的购买者对于购买价格仍然十分在意，因此厂商不断降低其开发和生产成本，才能为广大的消费者群体提供而负担得起的洗衣机。
    在家用电器中，专门为电机控制应用而设计的8位单片机集成了各种功能，大大减少了额外元器件的需求。新单片机具备片上电机PWM、故障防护时钟监控器以及高度的闪存，使家用电器中电机控制的设计得以简化，并满足降的目标。

    在工业应用领域，装配线运行的用电成本与故障停机都将使利润减少。我们用工业用泵中基于单片机的变速驱动（VSD）系统取代阀门为例，来说明改进控制能力将如何直接影响效率和利润。
    对于泵和风扇而言，其功耗与转轴速度的立方根成正比。当转轴速度降低10%时，气流也减小10%，但能耗减少27%！如果速度降低20%，能耗可降低49%。在工业应用的离心泵、风扇和鼓风机中，通过使用单片机进行变速电机控制，取代速度恒定的电机和利用阀门减小气流的方法，可以节能25%至40%，这已得到了证明。
    用单片机进行电机控制在工业应用中的收效十分明显。因此，究竟是否采用单片机驱动的变速电机控制只需由其它一些因素来决定，如灵活性和性等可避免故障的因素。具有闪存和EEPROM存储器的单片机可实现VSD电机控制，对于需要进行升级或改善控制程序等变化，其再编程能力可满足工业用户所需的灵活性。Microchip的PIC18F2431或PIC18F4431等单片机具有16KB闪存和256字节EEPROM，这些8位单片机的存储器足以应对工业环境中各种必要的变动。与之同等重要的是Microchip的闪存采用PMOS电可擦除单元（PEEC）工艺技术，其数据存储单元的性过100万次擦/写周期（典型值），而数据保存期过40年。
    在汽车应用中使用电机进行通风、开关门窗以及移动座椅等已得到了广泛应用。这些不经常使用的操作尚能容忍较低的效率，但是一些经常使用的设备如乘客空调、发动机箱内风扇等，则连续不断地消耗着汽车中有限的能量。电机控制单片机可以使空调风扇以恰当的速度运转来保持适宜的温度，从而降低噪声和功耗。
    在很多情况下，用于电机控制的单片机利用控制器局域网络（CAN）或局部互联网络（LIN）协议连接到汽车网络。现在的车身电子设备一般采用成本较低的LIN协议以降低总系统成本。有些单片机系列具备增强型USART模块，它支持LIN 1.2，同时还提供起始位的自动唤醒功能以及在很多情况下，用于电机控制的单片机利用控制器局域网络（CAN）或局部互联网络（LIN）协议连接到汽车网络。现在的车身电子设备一般采用成本较低的LIN协议以降低总系统成本。有些单片机系列具备增强型USART模块，它支持LIN 1.2，同时还提供起始位的自动唤醒功能以及自动波特率检测。
加的未来
    随着控制算法在各个市场领域中复杂程度的不断提高，数字电机控制器的处理能力需要从单片机的性能水平提升到数字信号处理器（DSP）的性能水平。数字信号控制器（DSC）性能高而价格适中，采用设计人员熟悉的单片机技术，适用于加复杂的电机控制设计，包括矢量控制设计。DSC的运行速度高达30MIPS，并具有高达144KB的闪存和电机控制的集成外设，可实现的新型电机控制应用。有了基于单片机和DSC的电子电机控制，家用电器、工业控制及汽车不仅运行、功能丰富，而价格也适

1、系统总体结构及原理
本系统的结构采用控制型星型结构及自动拨号连接方式，管理PC机通过公共电话网络或程控交换机与多个现场单片机连通。现场单片机完成对各物理参量的数据采集，进行数字滤波、数据处理、比值告警、现场显示及对现场设备进行控制等，并定时或随机地向管理PC机报告过程情况。管理PC机定时或随机地汇集各测试点的信息，进行数据处理、显示打印、声光报警，并负责全局的综合控制、管理调度和策划指挥等任务。PC机可通过电话网依次自动拨号呼叫下属各现场单片机，单片机收到呼叫并建立联接后发送数据到管理PC机，各现场单片机之间则不能进行呼叫联络。由于单片机应用系统的安装数量和分布范围不同，与站的距离一般为几公里到几十公里，在单片机与PC机之间需要传送的数据量不是很大的情况下，采用调制解调器通过电话线路进行通信较为适用。下位单片机以其所在单位的电话号码作为其的地址，并由单片机控制电话的使用，可以实现无人值守自动通信。每当电话响铃一定次数后仍无人接听，则单片机自动接入线路，通过不同标志来判断是主机呼叫还是人打电话。若是主机呼叫，表示站要求通信，单片机将保持与上位PC机连接，将各种测量数据发送出去并接收主机发来的命令；若是人打电话，则断开连接继续进行数据采集，并接通模拟响铃电路，提醒人们接听。
2、Modem通信接口硬件设计
由于89C51单片机串口的电平为TTL电平，先转换为RS－232电平才能与Modem通信。一般采用MAX232芯片实现单片机和Modem的连接，进行电平转换。 　　 
单片机虽然有串行输入、输出口，但不具有RTS、CTS、DTR、DSR等标准接口握手信号线。考虑到单片机与上位机的通信量并不大，所以在连接时采用简单的“三线式”，即只通过TXD、RXD和地线GND进行连接，其他信号在对Modem初始化时发送AT命令将其忽略。如果单片机和上位机之间的通信量很大，并且需要、的控制时，可以在89C51与MAX232之间再扩展一个8250。
3、关键技术及实现
3．1、对Modem控制及初始化
要使Modem正常通信，对Modem进行初始化，用到HAYES－AT命令集。AT命令是一套控制Modem拨号、应答、链接等操作的约定。对Modem(包括上、下位机)的初始化，可以写在主程序里，这样每次启动应用程序时都会重新对Modem进行初始化，也可以把初始化程序写进Modem非易失存储器里，这样就不用每次都对Modem进行初始化。在这里，利用上位机VB程序对串口操作的方便性，把初始化命令配置固化到Modem里面。利用VB的MSComm控件的OUTPUT属性发送AT命令到Modem对其进行初始化。若对与单片机相连的Modem进行初始化，可以先后发送以下命令：
(1)发送“AT&D0&S0&R1”，设置为忽略DTR，DSR，CTS信号。
(2)发送“ATE0X0S0＝2”，将Modem设置为不回应所收到的指令以及返回结果码的类型，S0＝2表示在响铃2次之后Modem自动摘机并试图连接。
(3)发送“AT&C1”，设置载波侦测信号随线上实际状态变化。
(4)发送“ATV0”，设置以数字方式返回结果码。
(5)后发送“AT&W”，将以上配置存放到非易失存储器中。
以上每个AT命令之后加上CR(也就是键盘上的ENTER键)字符，否则Modem将不认识此命令。与PC机相连接的Modem初始化与上面大致一样，区别在于不用忽略DTR、DSR、CTS和设置成字符串返回结果码，这样对调试程序比较方便。
3．2、下位机的通信实现
上位机Modem(与PC机相连)拨号后，等待下位机Modem(与单片机相连)送来的载波信号；下位机Modem检测到铃声(响了预定的次数)后便自动摘机，然后与上位机进行载波连接。双方如果在预定时间没有检测到载波信号，Modem则自动释放线路，同时返回NOCARRIER结果码；一旦载波建立成功，Modem返回CONNECT结果码，表明双方连接成功，可进行数据通信。下位机通信程序对串行口进行正确的设置，使跟上位机的通信方式和波特率保持一致；通过测试单片机串行口的RI标志位，判断是否有串口数据的有效输入来完成检测PC机的呼叫任务。如果串口接收到数据“32H”(结果代码2)则开始计时，并继续查询串口，若15秒内串口接收到数据“31H”(结果代码1)，表示载波建立成功，保持单片机与PC机连接，开始与PC机进行通信。数据传送完成后，再发送“＋＋＋”序列，使调制解调器从联机状态返回到命令状态，延时一段时间后发送“ATH0”命令，一次数据通信结束。若次响铃15秒后还未接收到结果代码1，则表示载波无效，上次响铃为人打电话或者是联接出现错误，单片机不与PC机连接而继续运行现场检测程序。
3．3、基于VB的调制解调器编程
VB6．0的MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备(如Modem)、还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全双工的、事件驱动的、实用的通信程序。对MSComm通信控件属性了解后，就可以进行通信软件的编制。要在程序的初始化阶段对通信参数进行设置，主要是初始化串口和Modem(已经介绍)，包括选择通信端口、设置串口波特率、打开串口等。在主控PC机中建立一个电话号码集，按照N个下属下位机的采集序号依次将它们的电话号码编号。在定时通讯时按照软件记录器记录的序号，通过查表指令获得相应的电话号码，再调用自动拨号程序进行呼叫联络；若呼叫成功，则通信链路建立，可以与现场下位机进行通信。 
鉴于传输过程中会产生数据的丢失，可采用求和校验法保证串行通讯数据的准确性。发送方将所传数据累加求和，仅保留和的位字节作为校验字符放在传送数据串的末尾，发往对方。对方将接收到的数据累加，取和的位字节与校验字符相比较，若相等，则向发送方送正确通知码，否则发错误通知码，通知发送方重传数据，直至接收正确为止。由于分布式远程测控系统有大量的采集及控制数据要进行传递，因此可在PC中利用VB6．0建立动态数据库，用以存放现场采集的数据，上/下限报警值等，该数据库按照N个下属现场单片机的约定序号，依次分区，在各种通讯处理中根据不同序号分别从相应数据库区中读/写数据。