MCGS水位控制系统设计与制作

无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）12MCGS水位控制系统设计与制作摘要：在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。关键词：水位控制、MCGS、PLC无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）13目录1.引言………………………………………………………………………………142.设计思路…………………………………………………………………………153.各电路设计………………………………………………………………………163.1设计方案…………………………………………………………………163.2系统硬件解析……………………………………………………………173.3主电路及接线图…………………………………………………………183.4系统梯形图及其软元件明细表…………………………………………194.MCGS组态软件开发水位控制系统………………………………………………244.1MCGS工控组态软件概述…………………………………………………244.2水位控制系统组成………………………………………………………244.3建立水位工程系统………………………………………………………254.4工程安全机制……………………………………………………………275.PLC与组态软件的连接…………………………………………………………295.1概述………………………………………………………………………295.2通用串口设备设置及其他设置…………………………………………295.3硬件连接…………………………………………………………………315.4设备调试…………………………………………………………………316．小结……………………………………………………………………………32无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）141.引言在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。但是，在一般的情况下，往往需要测量的水箱或水塔和控制室都有相当长的距离，常常需要架设在上百米或者上千米的输电和控制线路，很显然上述性的工作如果是人工完成的话无论从时间和资金上都将造成很大的浪费。给测量和控制带来了一定的麻烦和不便，同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。所以设计一种利用PLC的无线自动测量控制系统来控制水位是十分必要的，既不用架设电缆，而且可以实现水位的连续测量和控制，非常的方便和实用，而且节省人力和物力。本课题研究的内容是“智能水位控制系统”。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本实验采用PLC和集成电路进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。本论文以传感器为基础，在此基础上介绍水泵控制电路。也包括了完整的控制电路和详细的原理说明；介绍了传感器的结构和工作原理以应用为目的。对水泵进行自动化控制的目的是当水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度时，能够及时的补充，以保证工程人员的生活用水和机械设备用水，水泵控制通常采用限位式控制方式（如压力、水位高限和低限），常用的控制器有晶体管式、电接点压力表式以及球型液位控制器等。水位传感器是一种能把非电输入信息转换成电信号输出的器件或装置。它具有灵敏度高，可靠性好，利于安装，误差小，并且具有低成本，适用性强等特点受到极大的欢迎。其次就是分析部分，如何在检测信息到来之后做到合理的分析并作到信息的反馈对水位做出合理的处理。以下是以工控PC机为主控上位机，利用人机接口的智能软件包-MCGS组态软件在PC机上建立工控的对象，完成对PLC(下位机)的控制，实现水位上限（250L）和下限（50L）的报警及自动控制，不仅可以以最少的人员配备对远程监控的管理，提供较为直观、清晰、准确的现场状态信息，进而整体提高远程监控系统的运行速度。本文介绍了MCGS主要特点、组态过程和PLC混合编程在实时监控中的应用。以典型水位控制系统为例，利用MCGS模拟水位和流量测算过程，开发一个水位控制远程监控系统。根据过程控制实验需要，采用MCGS组态软件开发水箱水位控制实验装置，利用MCGS与PLC实现远程数据通讯，并利用智能调节仪进行水位数据采集，通过实验证实实现了良好的测控效果。本课题要求利用PLC结合MCGS组态软件实现水箱水位控制系统的设计与制作，可以进行操作和监控，充分体现现代工业控制“快捷”、“高效”和“集中”的特点。无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）152．设计思路本设计主要涉及的问题是对水位控制组态的设计，即通过对组态软件的设计可以实时对水位控制系统中一些数据量及相关的一些变量进行监视和控制。该设计系统中涉及到两个方面的内容，其中包括了通过PLC实现的水位控制作用，；另一方面则是使用MCGS组态软件对该系统进行实时的操作与监控。就前者采用较为简单的PLC控制，大概的设计框架是系统运用PLC作为主控制单元，通过水泵是否加水来实现控制水箱中的液位变化（由于有出水阀的参与，水位不会只上升不下降的现象），其中该控制包括了手动控制和自动控制。系统中通过传感器传递信号给主控制单元，进而控制水泵是否进行加水作业。为了方便于实际的观察，这里还将加入液位指示灯。系统中使用的是多段液位调节控制，其中手动控制将分为四段，该四段控制将对应四个设定要达到的液位值，系统根据手动控制要求，将通过调节水泵使得液位达到相应的手动设定值。还有就是系统的自动运行，在没有手动运行的状态或液位已经达到手动运行的设定值后，系统自动对液位进行一个最低液位控制作用，表现在实际运用上就是，当系统液位低于最低液位值后，系统自动加水，并将液位调整到最高液位值。整个系统中包括了自动控制及手动控制的内容，在系统调节过程中，系统将优先于手动控制，其后在考虑自动控制的内容。这里的具体设计内容详见第3章。组态方面，运用传统的方法，利用组态与PLC进行通行的原理，实现主控制单元PLC与组态的通行，从而达到组态对系统进行实时的操作与监控的作用。详细无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）163.各电路设计3.1设计方案该设计的中组态是基于PLC实现的系统控制之上的，所以在对组态进行整个控制系统是一个自动控制系统与多个手动控制系统的结合。自动控制方面是在液位低于最低液位（即低液位）时作用，当液位低于低液位时，系统启动自动控制环节。系统自动环节启动后，控制系统通过水泵给水箱加水，在不受手动控制影响的条件下，水位上升至高液位后再加水处理5秒后停止加水。其中的自动控制方面分为四个控制手动控制内容，分为中低液位手动控制、中液位手动控制、中高液位手动控制及高液位手动控制。对应的按下手动控制开关，控制系统对应的通过水泵将液位调节到相应的液位高度。当然和一般控制系统一样，这里添加系统的启动和关断控制按钮。还有为了便于系统中控制液位的观察，这里使用相应的指示灯来显示控制液位达到的液位高度值。该系统通过PLC作为主控制单元对系统进行控制，使用较为简单的液位检测装置对液位进行检测处理，同时使用常用水泵作为系统的调节控制输出端对系统中液位进行具体的调节控制。3.2系统硬件解析3.2.1PLCPLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController）指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行。PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。利用PLC的通信功能，我们可以实现设计要求的MCGS与PLC的数据通信问题。在这里我们选用“三菱FX1N系列”可编程控制器，这是一种适合于小规模控制的基本型机器。使用PLC如图3.1所示。图3.1三菱FX1N系列PLC3.2.2水位检测装置为了便于对实际的液位进行实时监控，这里利用一般水的导电的原理选用较为简单的水位检测装置，该装置的具体控制原理如下图图3.2所示。虚线表示允许水位变化的上下限。在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。为此，在水箱的不同高度安装了3根金属棒，以感知水位变化情况。无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）17图3.2水位检测原理图如图所示，其中B棒处于下限水位，C棒处于上限水位，A棒接+24V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。水箱由电机带动水泵供水，PLC控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升。当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为连通状态，这时应停止电机和水泵工作，不再给水塔供水。当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此，b、c两端均为断开状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，b端为导通状态。C端为断开状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。a无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）183.3主电路及接线图3.3.1主电路系统图系统图图3.3.主电路系统图图3.4.PLC外部接线图无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）193.4系统梯形图及其软元件明细表3.4.1PLC软元件明细根据上述所示的图3.4PLC外部接线图的内容，列出该系统PLC软元件的明细表，如下图3.5所示。软元件注释X0低液位传感（常开）B点X1中低液位传感（常开）X2中液位传感（常开）X3中高液位传感（常开）X4高液位传感（常开）X5中低液位手动X6中液位手动X7中高液位手动X10高液位手动X11急停X12系统开启X13系统停止Y0水泵运行指示及水泵运行的执行控制端Y1低液位报警Y2低液位指示灯Y3中低液位指示灯Y4中液位指示灯Y5中高液位指示灯Y6高液位报警Y7高液位指示灯M0自动控制时间接水泵控制M1中低位手动控制时间接水泵没控制M2中位手动控制时间接水泵没控制M3中高位手动控制时间接水泵没控制M4高位手动控制时间接水泵没控制M10系统开断间接控制T0低液位延时报警T1高液位延时报警T2中低液位加水延时T3中液位加水延时T4中高液位加水延时T5高液位加水延时图3.5软元件明细表3.4.2系统梯形图控制系统可以根据生产的需要将液位分为多段来设定，并分段显示，当液位为最低限时自动启动泵加水，液位到达设定值时发出声光报警，并停止出水（即无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）20出水阀自动关闭），同时水泵运行继续；操作人员可通过按钮进行手动的控制，将液位要求为对应分段按钮的值；系统具有手动/自动两种控制方式。在流程图中当水位到达最低点时AB两点断开时，水位控制器会发出声音报警并延时5秒停止，同时可以用触电的下降沿表示使水泵开始工作，在水位不断上升的过程中，当每到一个测量点时（水位开关）相应的灯就会亮起，以此来表示水位的现有状态，当水位到达最高点时，最高点指示灯亮起，对应的声音报警响起并延时五秒停止，此时延时电路开始工作，使水位略有升高，这样能保证片刻水箱满刻度的状态。根据系统所需的要求，在水位到最低位时（如上图3.3所示的B点位置），系统要求自动加水且有报警和显示，报警要有一定的时间，在到最高点是要求自动停止泵的工作，并且有水量显示，根据要求所列的PLC梯形图如下图3.6、3.7及3.8所示