组态技术在水塔水位控制系统中的应用-顾曙敏

【122】第33卷第12期2011-12(下)【122】第33卷第12期2011-12(下)收稿日期：2011-07-16作者简介：顾曙敏（1969－），女，江苏武进人，副教授，本科，研究方向为机电控制与电子技术。1组态技术介绍组态软件是近几年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态（硬件配置）、数据组态、图形图象组态等工作即可完成所需要应用软件的开发工作。它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态，完成不同的工作。主控窗口是工程的主窗口或主框架。设备窗口用于连接和驱动外部设备。用户窗口主要用于设置工程中人机交互的界面。实时数据库是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机整体。运行策略主要完成工程运行流程的控制。MCGS能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、曲线和报表输出等功能。2水塔水位控制系统当水位低于水池低水位界时，S1液位传感器输出信号为1（即S1为ON），控制水泵电动机M1运转，水池开始进水，同时定时器也进行定时，4s后，如果S1的输出信号仍为ON，表示进水管内没有进水，出现故障，产生报警。当水位达到S2位置时，S2液位传感器输出信号为1（即S2为ON），电动机M1停止运行。当水塔水位低于水塔低水位界时，水塔液位传感器S3输出信号为1（即S3为ON），且S1输入信号为0时（即水池内有蓄水），水泵电动机M2运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时（即S4为1），电动机M2停止工作。水池和水塔的进水也可由手动进行控制。水塔水位控制示意图如图1所示。组态技术在水塔水位控制系统中的应用Theapplicationaboutconfigurationtechnologyinthecontrolsystemofthewaterleverofawatertower顾曙敏，王洪福GUShu-min,WANGHong-fu（江苏广播电视大学武进学院，常州213149）摘要：介绍基于MCGS组态软件与西门子S7－200系列可编程序控制器的水塔水位控制系统设计及控制系统的组态过程；给出了控制系统的硬件组成、软件设计，并制作出控制系统的动态监控画面；在MCGS和PLC串行通讯的基础上，通过计算机控制PLC，实现了对水塔水位的控制。关键词：MCGS组态软件；PLC；水塔水位中图分类号：TP271　文献标识码：B　文章编号：1009-0134(2011)12(下)-0122-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2011.12(下).40表1PLC控制水塔水位的输入/输出分配表输入输出功能输入元件输入端子号功能输出元件输出端子号液位传感器S1X0M1电动机驱动KM1Y0液位传感器S2X1M2电动机驱动KM2Y1液位传感器S3X2报警灯HLY2液位传感器S4X3电源启动按钮SB0X4电源停止按钮SB1X5M1手动开关SB2X6M2手动开关SB3X7S4S3S2S1M2M1图1水塔水位控制示意图第33卷第12期2011-12(下)【123】第33卷第12期2011-12(下)【123】3水塔水位控制系统的PLC设计3.1PLC控制水塔水位的输入/输出分配表根据控制要求及控制分析可知，该系统需要8个输入点和3个输出点，输入/输出分配表如表1所示。3.2PLC控制硬件设计由控制要求可知水塔水位的工作流程。打开电源，首先对水池进行水位检测，若水位低于最低水位时，M1电动机工作，自来水从进水口流入，若进水口内没有水流入时，表故障，产生报警。当达到最高水位时，M1电动机停止工作。当水塔水位低于最低水位，且水池内有水时，M2电动机工作。当水位达到最高水位时，M2电动机停止工作。M1和M2电动机均可手动控制，加上电源的开关控制，因此共需要4个控制按钮，S1～S4液位传感器可理解为行程开关，信号为1表示为触点闭合，信号为0表示触点断开。M1和M2电动机分别由KM1和KM2控制。水塔水位的PLC硬件图如图2所示。图2水塔水位的PLC硬件图3.3PLC控制程序设计为实现水位控制，需设置3个定时器。T0为4s延时的定时器，定时预置值为40。T1和T2为报警闪烁，定时预置值为5。PLC控制水塔水位的梯形图（LAD）如图3所示。4组态技术在水塔水位控制系统中的应用与实现4.1监控界面水塔水位控制系统监控界面如图4所示。上位机监控界面是给用户最直观的显示,在水塔水位控制系统的设计中要直观地看到水池和水塔的水位升降、水泵1和水泵2的工作情况和管道中的水流情况。界面有手动和自动转换开关。当该转换开关打在自动时，水塔水位控制系统根据水位情况自动上水和停止；当该转换开关打手动时，水塔水位就可以根据用户要求工作。按下水池按钮时，水池就手动上水，按下水塔按钮时，水塔就手动上水。4.2系统数据对象将实时数据库中定义的各种开关型或数值型S2S3S4SB0SB1SB2S1X1X2X3X4X5X6X7COMNX0LF01F02LM1LM2LM2LM1HLFX2H-32TRRY1Y0Y2COMSB3X4M0X0M1X0X0T0T2T2M0X0X1X5T0X1M2X0X4M0M1T0T0X6X3T2T2M2(M2)(Y2)(Y1)(Y0)(T2K5)(T1K5)(T0K40)(M1)(M0)Y1Y2T1M1຤֣຤ԭ2຤ԭ3؜຤ཤ຤׾ጲۯ๮ۯ຤໴຤໴图3水塔水位梯形图图4水塔水位系统监控界面【124】第33卷第12期2011-12(下)【124】第33卷第12期2011-12(下)5PLC与上位计算机间的通讯在本系统结构，上位计算机组态系统与ＰＬＣ是通过设置RS232串行通讯建立连接。需要在MCGS设备窗口中首先添加一个通用串口父设备，在父设备下面创建一个与所用三菱FX2N系列PLC机型相符的子窗口,设置子设备PLC的属性。通讯参数设置时，父设备与对应PLC的硬件通讯设置要求一样。三菱PLC常用通讯参数设置：串口端口号为COM1,波特率9600bit/s,远程地址（FX2N-32WR）设定为2，本机地址（上位机）设定为0。6结束语根据水塔水位控制系统的要求，利用组态技术及PLC构成了简单可靠的水塔水位控制系统。设计的软件实现了下述功能：可在计算机上对系统进行自动或手动控制；系统控制过程进行动画显示，在计算机屏幕上可直观地观察到水塔水位工作情况；系统可按设定的控制规律自动运行，也可手动控制水塔水位控制。系统正常工作可靠，系统控制方案还具有较强的通用性，可在PLC教学中推广。基于PLC的控制系统在MCGS中得到实现，能以仿真动画的形式直观地看到被控对象的运行情况及程序的执行结果，其模拟效果逼真，人机界面生动友好，可极大地增加学生的学习兴趣，提高编程技巧和动手能力。参考文献：[1]孙海维.可编程控制器应用[M].北京:中央广播电视大学出版社,2006.[2]黄净.电器及PLC控制技术[M].北京:机械工业出版社,2002.[3]吕景泉,孙海维.可编程控制器及其应用[M].北京:机械工业出版社,2001.[4]陈志文.组态控制实用技术[M].北京:机械工业出版社,2009.[5]陈忠平,周少华,侯玉宝,李锐敏.PLC自学手册[M].北京:人民邮电出版社,2008.变量和监控画面中相对应的按钮、指示灯等相连接，以便能使动画按照要求动起来。水塔水位系统变量定义如表2所示。表2水塔水位系统变量定义对象名称类型注释水泵1开关型控制水泵1“启动”、“停止”的变量水泵2开关型控制水泵2“启动”、“停止”的变量出水阀开关型控制出水阀“打开”、“关闭”的变量液位1数值型水池的水位高度，用来控制水池水位的变化液位2数值型水塔的水位高度，用来控制水塔水位的变化液位1上数值型用来在运行环境下设定水池的上限报警值液位1下数值型用来在运行环境下设定水池的下限报警值液位2上数值型用来在运行环境下设定水塔的上限报警值液位2下数值型用来在运行环境下设定水塔的下限报警值液位组组对象用于历史数据、历史曲线、报表输出等功能构件4.3模拟动画设计MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。水塔水位控制系统中需要制作的动画效果的部分包括水箱中水位的升降、水泵、阀门的启停和水流效果显示动画设计。4.4脚本程序编写用户脚本程序是由用户编写的、用来完成特定操作和处理的程序。脚本程序包括水塔水位控制系统的控制流程。4.5报警分析报警分析是水塔水位控制系统中的一个重要环节。当水位低于水池低水位界时，S1液位传感器输出信号为1（即S1为ON），控制电动机M1运转，水池开始进水，同时定时器也进行定时，4s后，如果S1的输出信号仍为ON，表示进水管内没有进水，出现故障，产生报警。