組態(tài)技術(shù)在水塔水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

顧曙敏，王洪福

（江蘇廣播電視大學(xué) 武進學(xué)院，常州 213149）

1 組態(tài)技術(shù)介紹

組態(tài)軟件是近幾年來在工業(yè)自動化領(lǐng)域興起的一種新型的軟件開發(fā)工具，開發(fā)人員通常不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)（硬件配置）、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖形圖象組態(tài)等工作即可完成所需要應(yīng)用軟件的開發(fā)工作。它具有二次開發(fā)簡便、開發(fā)周期短、通用性強、可靠性高等優(yōu)點。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進行組態(tài)，完成不同的工作。主控窗口是工程的主窗口或主框架。設(shè)備窗口用于連接和驅(qū)動外部設(shè)備。用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機交互的界面。實時數(shù)據(jù)庫是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個部分連接成有機整體。運行策略主要完成工程運行流程的控制。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、曲線和報表輸出等功能。

2 水塔水位控制系統(tǒng)

當水位低于水池低水位界時，S1液位傳感器輸出信號為1（即S1為ON），控制水泵電動機M1運轉(zhuǎn)，水池開始進水，同時定時器也進行定時，4s后，如果S1的輸出信號仍為ON，表示進水管內(nèi)沒有進水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報警。當水位達到S2位置時，S2液位傳感器輸出信號為1（即S2為ON），電動機M1停止運行。當水塔水位低于水塔低水位界時，水塔液位傳感器S3輸出信號為1（即S3為ON），且S1輸入信號為0時（即水池內(nèi)有蓄水），水泵電動機M2運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時（即S4為1），電動機M2停止工作。水池和水塔的進水也可由手動進行控制。水塔水位控制示意圖如圖1所示。

圖1 水塔水位控制示意圖

表1 PLC控制水塔水位的輸入/輸出分配表

3 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計

3.1 PLC控制水塔水位的輸入/輸出分配表

根據(jù)控制要求及控制分析可知，該系統(tǒng)需要8個輸入點和3個輸出點，輸入/輸出分配表如表1所示。

3.2 PLC控制硬件設(shè)計

由控制要求可知水塔水位的工作流程。打開電源，首先對水池進行水位檢測，若水位低于最低水位時，M1電動機工作，自來水從進水口流入，若進水口內(nèi)沒有水流入時，表故障，產(chǎn)生報警。當達到最高水位時，M1電動機停止工作。當水塔水位低于最低水位，且水池內(nèi)有水時，M2電動機工作。當水位達到最高水位時，M2電動機停止工作。

M1和M2電動機均可手動控制，加上電源的開關(guān)控制，因此共需要4個控制按鈕，S1～S4液位傳感器可理解為行程開關(guān)，信號為1表示為觸點閉合，信號為0表示觸點斷開。M1和M2電動機分別由KM1和KM2控制 。水塔水位的PLC硬件圖如圖2所示。

圖2 水塔水位的PLC硬件圖

3.3 PLC控制程序設(shè)計

為實現(xiàn)水位控制，需設(shè)置3個定時器。 T0為4s延時的定時器，定時預(yù)置值為40。T1和T2為報警閃爍，定時預(yù)置值為5。PLC控制水塔水位的梯形圖（LAD）如圖3所示。

4 組態(tài)技術(shù)在水塔水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與實現(xiàn)

4.1 監(jiān)控界面

圖3 水塔水位梯形圖

水塔水位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示。上位機監(jiān)控界面是給用戶最直觀的顯示, 在水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計中要直觀地看到水池和水塔的水位升降、水泵1和水泵2的工作情況和管道中的水流情況。界面有手動和自動轉(zhuǎn)換開關(guān)。當該轉(zhuǎn)換開關(guān)打在自動時，水塔水位控制系統(tǒng)根據(jù)水位情況自動上水和停止；當該轉(zhuǎn)換開關(guān)打手動時，水塔水位就可以根據(jù)用戶要求工作。按下水池按鈕時，水池就手動上水，按下水塔按鈕時，水塔就手動上水。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)對象

圖4 水塔水位系統(tǒng)監(jiān)控界面

將實時數(shù)據(jù)庫中定義的各種開關(guān)型或數(shù)值型變量和監(jiān)控畫面中相對應(yīng)的按鈕、指示燈等相連接，以便能使動畫按照要求動起來。水塔水位系統(tǒng)變量定義如表2所示。

表2 水塔水位系統(tǒng)變量定義

4.3 模擬動畫設(shè)計

MCGS實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。在系統(tǒng)運行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實時采集值驅(qū)動，從而實現(xiàn)了圖形的動畫效果。水塔水位控制系統(tǒng)中需要制作的動畫效果的部分包括水箱中水位的升降、水泵、閥門的啟停和水流效果顯示動畫設(shè)計。

4.4 腳本程序編寫

用戶腳本程序是由用戶編寫的、用來完成特定操作和處理的程序。腳本程序包括水塔水位控制系統(tǒng)的控制流程。

4.5 報警分析

報警分析是水塔水位控制系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。當水位低于水池低水位界時，S1液位傳感器輸出信號為1（即S1為ON），控制電動機M1運轉(zhuǎn)，水池開始進水，同時定時器也進行定時，4s后，如果S1的輸出信號仍為ON，表示進水管內(nèi)沒有進水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報警。

5 PLC與上位計算機間的通訊

在本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，上位計算機組態(tài)系統(tǒng)與PL C是通過設(shè)置RS232串行通訊建立連接。需要在MCGS設(shè)備窗口中首先添加一個通用串口父設(shè)備，在父設(shè)備下面創(chuàng)建一個與所用三菱FX2N系列PLC機型相符的子窗口,設(shè)置子設(shè)備PLC的屬性。

通訊參數(shù)設(shè)置時，父設(shè)備與對應(yīng)PLC的硬件通訊設(shè)置要求一樣。三菱PLC常用通訊參數(shù)設(shè)置：串口端口號為COM1,波特率9600bit/s, 遠程地址（FX2N-32WR）設(shè)定為2，本機地址（上位機）設(shè)定為0。

6 結(jié)束語

根據(jù)水塔水位控制系統(tǒng)的要求，利用組態(tài)技術(shù)及PLC構(gòu)成了簡單可靠的水塔水位控制系統(tǒng)。設(shè)計的軟件實現(xiàn)了下述功能：可在計算機上對系統(tǒng)進行自動或手動控制；系統(tǒng)控制過程進行動畫顯示，在計算機屏幕上可直觀地觀察到水塔水位工作情況；系統(tǒng)可按設(shè)定的控制規(guī)律自動運行，也可手動控制水塔水位控制。系統(tǒng)正常工作可靠，系統(tǒng)控制方案還具有較強的通用性，可在PLC教學(xué)中推廣。基于PLC的控制系統(tǒng)在MCGS中得到實現(xiàn)，能以仿真動畫的形式直觀地看到被控對象的運行情況及程序的執(zhí)行結(jié)果，其模擬效果逼真，人機界面生動友好，可極大地增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高編程技巧和動手能力。

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