基于PLC的水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化改造

張宜軍

【摘 要】由于我礦水塔電控系統(tǒng)安裝較早自動(dòng)化水平較低，值班勞動(dòng)強(qiáng)度較大，另外經(jīng)常由于疏忽造成水塔系統(tǒng)缺水或溢水。為改善上述情況，對(duì)水塔電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文通過使用PLC技術(shù)和組態(tài)軟件結(jié)合設(shè)計(jì)水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)；通過MCGS上位機(jī)的組態(tài)制作工程畫面，包括水池、水塔自動(dòng)供水，水位上限和下限報(bào)警，報(bào)表的輸出及查詢等；使人機(jī)交互界面更直接、控制更安全、可靠。

【關(guān)鍵詞】PLC；水位監(jiān)控；組態(tài)軟件

由于我礦水塔電控系統(tǒng)安裝較早自動(dòng)化水平較低，每天需要安排三班崗位人員觀察水位情況并手動(dòng)啟停相關(guān)水泵，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，另外經(jīng)常由于人的疏忽造成水塔系統(tǒng)缺水、溢水，不能提供穩(wěn)定的供水。為改善上述情況，對(duì)水塔電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

隨著自動(dòng)化水平的提高，在無人值守的情況下進(jìn)行水塔自動(dòng)給水已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)。PLC是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點(diǎn)。而MCGS組態(tài)軟件是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件，是一個(gè)很好的操作平臺(tái)。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

本文控制的主要內(nèi)容為：

當(dāng)水池1水位低于水池1下限時(shí)，進(jìn)水閥1打開向水池1進(jìn)水，當(dāng)水池1水位到達(dá)水池1上限時(shí)，進(jìn)水閥1關(guān)閉。當(dāng)水池1水位高于水池1下限時(shí)，且水塔水位低于水塔下限時(shí)，水泵1運(yùn)轉(zhuǎn)抽水，出水閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位高于水塔上限時(shí)水泵1停止。水池2作為備用水池，當(dāng)水池2的水位低于水池2水位下限時(shí)，進(jìn)水閥2打開，當(dāng)水池2水位高于水池2水位時(shí)，進(jìn)水閥2關(guān)閉。當(dāng)水池1出現(xiàn)故障時(shí)，可手動(dòng)開啟水泵2，給水塔供水。只要水塔水位不為零，出水閥均處于打開狀態(tài)。

其中備用水池是考慮到現(xiàn)實(shí)的狀況，因?yàn)檫M(jìn)水閥及水泵這些供水設(shè)備有可能突然的損壞，而居民的水源不能因此中斷供水，所以增加備用的水池。此備用的水池平時(shí)只用來儲(chǔ)水，只有在特殊的情況下才能在人為操作的條件下向水塔供水。根據(jù)以上情況，特增加備用的供水系統(tǒng)。

1 控制內(nèi)容改造

1）根據(jù)控制內(nèi)容的要求，設(shè)計(jì)工藝流程圖如下（圖1）：

圖1

2）分析水塔水位控制系統(tǒng)、PLC的輸入輸出端口設(shè)置如表1所示：

表1

3）根據(jù)上面的工藝流程和輸入輸出設(shè)計(jì)PLC的硬件電路如圖2所示。

圖2

2 水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)

MCGS組態(tài)軟件，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，經(jīng)過各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

圖3 水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)頁面

1）MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)控制要求，確定工程的總體框架如下：

（1）設(shè)置4個(gè)用戶窗口，分別如下：

封面：用于在登陸系統(tǒng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)有個(gè)總的印象；（下轉(zhuǎn)第81頁）（上接第99頁）水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)：在運(yùn)行時(shí)，可以在此窗口下對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行操作和實(shí)時(shí)監(jiān)控；水位監(jiān)控：主要是對(duì)三個(gè)巨型儲(chǔ)水設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為操作者提供直觀的水位信息；數(shù)據(jù)顯示：此窗口的實(shí)時(shí)報(bào)表可以看到各個(gè)開關(guān)量的狀態(tài)，以及儲(chǔ)水設(shè)備當(dāng)前的儲(chǔ)水高度，實(shí)時(shí)曲線則是顯示當(dāng)前水位的走勢(shì)，歷史曲線是顯示歷史水位的走勢(shì)。

（2）設(shè)計(jì)3個(gè)子菜單，分別為登陸用戶，退出登陸，修改密碼，在現(xiàn)實(shí)的作業(yè)過程中，必須對(duì)操作者的權(quán)限進(jìn)行設(shè)限，以便是系統(tǒng)能更安全的運(yùn)行，防止有人惡意的破壞或越權(quán)操作。

（3）在運(yùn)行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實(shí)現(xiàn)各種人機(jī)交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件，使用簡(jiǎn)單的編程語言，編寫工程控制程序（圖3）。

2）變量的設(shè)置

圖4 登錄運(yùn)行環(huán)境

當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)就要在上位機(jī)上有個(gè)報(bào)警的輸出，這樣工程人員可以進(jìn)行相應(yīng)的操作，或者系統(tǒng)自身響應(yīng)報(bào)警。定義報(bào)警的具體操作如下：對(duì)于“水池1”變量，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)入“水池1”屬性設(shè)置，在報(bào)警屬性中，選擇“允許進(jìn)行報(bào)警處理”；在報(bào)警設(shè)置中選擇“上限報(bào)警”，把報(bào)警值設(shè)為：7.5米；報(bào)警注釋為：水池1的水已達(dá)上限值；在報(bào)警設(shè)置中選中“下限報(bào)警”，把報(bào)警值設(shè)為：1米；報(bào)警注釋為：水池1快沒水了。在存盤屬性中，選中“自動(dòng)保存產(chǎn)生的報(bào)警信息”。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫只負(fù)責(zé)關(guān)于報(bào)警的判斷、通知和存儲(chǔ)三項(xiàng)工作，而報(bào)警產(chǎn)生后所要進(jìn)行的其它處理操作，就要在腳本程序里實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)，用指示燈顯示報(bào)警。在“對(duì)象元件庫管理”，選擇構(gòu)件并根據(jù)報(bào)警數(shù)據(jù)的設(shè)定進(jìn)行設(shè)置。至此，報(bào)警部分制作完畢。

為了整個(gè)系統(tǒng)能安全地運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行管理，可以通過軟件對(duì)“用戶權(quán)限管理”設(shè)置“用戶密碼”，設(shè)置“登錄用戶”、“退出登錄”、“用戶管理”、“修改密碼”、“系統(tǒng)運(yùn)行權(quán)限”等，還可以對(duì)工程安全進(jìn)行加密管理（圖4）。

3 設(shè)備的通信調(diào)試

在MCGS組態(tài)軟件的循環(huán)策略中輸入相應(yīng)的腳本程序，在MCGS組態(tài)軟件開發(fā)平臺(tái)上，單擊“設(shè)備窗口”，再單擊“設(shè)備組態(tài)”按鈕進(jìn)入設(shè)備組態(tài)。從“工具條”中單擊“工具箱”，彈出“設(shè)備工具箱”對(duì)話框。單擊“設(shè)備管理”按鈕，彈出“設(shè)備管理”對(duì)話框。從“可選設(shè)備”中選中“通用設(shè)備”，找到“串口通訊父設(shè)備”選中，選中其下的“串口通訊父設(shè)備”選中或單擊“增加”按鈕，加到右面已選設(shè)備。再選中“PLC設(shè)備”，找到“三菱FX-232”，加到右面已選設(shè)備，本系統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證通信正常、控制可靠。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]