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.可編程技術(shù)課程設(shè)計(jì)（20152016學(xué)年第二學(xué)期）基于PLC的液位控制系統(tǒng)姓 名：張某某 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)老師： 趙運(yùn)基 成績(jī)?cè)u(píng)定： 2016年 5 月 3 日目錄1 緒論11.1 引言11.2 課題研究的目的和意義11.3 課題液位控制系統(tǒng)的介紹21.3.1 課題的設(shè)計(jì)思路21.3.2 課題主要完成的工作32 基于PLC的液位控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)42.1 液位控制系統(tǒng)的流程42.2 液位控制系統(tǒng)的主要功能53 液位控制系統(tǒng)的硬件方案與設(shè)計(jì)63.1 上位機(jī)硬件與電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.2 PLC的選型及模塊配置63.3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖73.4 下位機(jī)PLC的選型及附件的選取84 液位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)114.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)114.1.1 組態(tài)軟件組態(tài)王的簡(jiǎn)介114.1.2監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)步驟124.1.3監(jiān)控系統(tǒng)的組成124.2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)154.2.1 PLC的程序設(shè)計(jì)154.2.2 PLC控制編程174.3 本章小結(jié)185 樣機(jī)試制及實(shí)驗(yàn)分析195.1 樣機(jī)試制195.2 調(diào)試分析195.3 本章小結(jié)20致謝21參考文獻(xiàn)22附錄23附錄1：實(shí)物拍攝圖23附錄2：PLC串口通訊程序24附錄3：組態(tài)王組態(tài)畫面25摘要液位控制系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它是在固定的容器中通過保持溶液位置在某一特定的范圍內(nèi)上下波動(dòng)的閉環(huán)系統(tǒng)，有了人工設(shè)置液位的特定的范圍，能夠保證后續(xù)的生產(chǎn)、生活處在低風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境下。液位自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了久遠(yuǎn)的發(fā)展歷史，隨著工廠企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和發(fā)展，人們生活質(zhì)量的不斷提高的需求，信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，相比于以前的人工看守、機(jī)械報(bào)警觀察等方法，新一代的液位控制系統(tǒng)必將朝著信息化和智能化的方向快速發(fā)展。本文主要研究了一種通過可編程控制器Programmable Logic Controller（以下簡(jiǎn)稱PLC）和系統(tǒng)組態(tài)軟件組態(tài)王相結(jié)合的自動(dòng)液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先對(duì)自動(dòng)液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用前景進(jìn)行了論述，在傳統(tǒng)液位控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和基本組成結(jié)構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備，如液體流量計(jì)的計(jì)算和控制原理，技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行了介紹。 然后，論文給出了液位控制系統(tǒng)電氣控制部分的主要組成及采用PLC實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并將在上位機(jī)界面實(shí)時(shí)的顯示液位，并且控制液位的流程。 最后，論文闡述了系統(tǒng)如何采用工控組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)控，設(shè)計(jì)了配比系統(tǒng)的工藝流程、報(bào)表管理、設(shè)備監(jiān)控、狀態(tài)顯示、故障顯示及報(bào)警等功能界面，并詳細(xì)介紹了每個(gè)界面的功能和使用方法，使現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況、運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以在中央控制室中掌握，并且可以通過人機(jī)界面來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)控制的下達(dá)等功能。關(guān)鍵字：組態(tài)王；PLC；自動(dòng)液位控制Abstract(這部分內(nèi)容可以不要)Level control system is in industrial production and daily life in the essential key. It is in a fixed position of the vessel by maintaining the solution in a closed-loop system fluctuate within a certain range, with manually set a specific range of liquid level, to ensure that the next follow-up of production and living in a low-risk environment. Liquid level control system has experienced a long history of development, with the constant expansion of factories and enterprises and development, and constantly develop and continuously improve the quality of life needs of people, information technology and automation technology, compared to the previous manual guards, mechanical alarm observation method, a new generation of liquid level control system will towards information technology and the rapid development of intelligent direction.This paper studies the design of a Programmable Logic Controller (PLC) and system configuration software configuration Xiang combination of automatic level control systemFirst, the status of the development of automatic level control system, applications were discussed, based on the traditional level control system based on the proposed design of the overall system and the basic structures, systems and related equipment, such as liquid flowmeter calculation and control principle, technical parameters were introduced.Then, the paper gives a level control system electrical control of major components and the use of PLC and PC to achieve data communications, and real-time display of the level in the PC interface, and control the level of flow.Finally, the paper describes how the system uses control configuration software for field data in real-time recording and monitoring, the process was designed matching system, report management, equipment monitoring, status display, fault display and alarm function interface, and details function and use of each interface to make the health field, operating data can be controlled by the central control room, and the man-machine interface can be implemented by parameter settings, state-controlled release and other functions.Keywords: Kingview PLC automatic level control1 緒論1.1 引言在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關(guān)量等都是常用的主要被控參數(shù)，這其中，液位控制越來(lái)越重要。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，液位在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。例如小區(qū)單元樓的供水系統(tǒng)，如果液位控制比較低，則會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常斷水的問題，給日常生活的我們帶來(lái)不便；而如果液位控制比較高，則有儲(chǔ)水箱或者供水水管爆裂的重大事故出現(xiàn)。因此液位工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的用量、平穩(wěn)的液壓、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)觀察、未來(lái)的液位走勢(shì)趨勢(shì)是對(duì)液位控制系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活液位控制系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，并且需要留有專業(yè)的壓力表或者液位觀察窗。對(duì)于傳統(tǒng)的液位儲(chǔ)箱來(lái)說，由于所儲(chǔ)備液體的酸堿度不同，會(huì)導(dǎo)致控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點(diǎn)?？删幊炭刂破鱌rogrammable Logic Controller（以下簡(jiǎn)稱PLC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來(lái)的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前液位控制的大多數(shù)方式被PLC控制取代。在科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的影響，工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高的背景下，如何建立一個(gè)基于PLC控制的且可靠安全、又易于維護(hù)的液位控制系統(tǒng)是值得我們研究的課題。1.2 課題研究的目的和意義近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)液位控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)方面改進(jìn)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視、報(bào)警、運(yùn)行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進(jìn)方法。在生產(chǎn)任務(wù)繁重的時(shí)候，要求系統(tǒng)能夠加快生產(chǎn)速度，集中控制電機(jī)的啟動(dòng)、瀏覽生產(chǎn)工業(yè)流程圖、作出事故報(bào)警響應(yīng)、調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度等功能，實(shí)現(xiàn)所需功能的集中控制，這就要求系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，并且實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件平臺(tái)工具，在PC（Personal Computer以下簡(jiǎn)稱PC）機(jī)上可開發(fā)出友好的人機(jī)界面，恰恰能滿足這一要求。 通過多方面的研究，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的控制技術(shù)，可采用 PLC 控制技術(shù)、調(diào)速技術(shù)、組態(tài)軟件監(jiān)控技術(shù)，等來(lái)對(duì)液位控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成自動(dòng)液位控制系統(tǒng)，應(yīng)用液位控制系統(tǒng)不僅能夠提高控制的精度，相較于以往的人工控制，節(jié)省了人力物力，大大提高了人力的利用效率；相較于古老的液位機(jī)械式傳感器，在一定程度上，提高控制精度，降低了事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。1.3 課題液位控制系統(tǒng)的介紹液位控制系統(tǒng)是以液位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多地方需要對(duì)容器內(nèi)介質(zhì)進(jìn)行液位控制，使之高精度的保持在給定的數(shù)值。液位控制一般指對(duì)某一液位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所要求的控制精度。液體液位的自動(dòng)控制，是近年來(lái)新開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，是微型計(jì)算機(jī)軟件、硬件、自動(dòng)控制等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。1.3.1 課題的設(shè)計(jì)思路本文選擇一水箱的液位控制系統(tǒng)為設(shè)計(jì)對(duì)象，涉及到對(duì)液位的動(dòng)態(tài)控制，實(shí)時(shí)處理液位高度，液位流量計(jì)的計(jì)量、通訊及處理，液位高度的直觀表達(dá)，液位報(bào)警，水泵的工作情況等，對(duì)水箱液位控制系統(tǒng)的分析如下：上位機(jī)液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)232IF串口通訊三菱FX2nPLC 水泵將系統(tǒng)分為三部分，其整體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，分為上位機(jī)，下位機(jī)，串口通訊。圖1-1 液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖上位機(jī)作為遠(yuǎn)程PC的監(jiān)控系統(tǒng)，需要滿足能夠?qū)崟r(shí)的顯示出水泵的工作狀態(tài)、液位的實(shí)時(shí)高度、能夠隨時(shí)控制下位機(jī)的啟動(dòng)與停止、直觀的顯示出液位的實(shí)時(shí)趨勢(shì)、直觀的顯示出液位的歷史趨勢(shì)、保存歷史數(shù)據(jù)并打印、液位過低或過高及時(shí)報(bào)警并保存報(bào)警記錄。下位機(jī)在沒有上位機(jī)信號(hào)干擾的時(shí)候作為一個(gè)一階閉環(huán)慣性系統(tǒng)，由可編程控制器自動(dòng)處理液位高度，并將液位流量記錄與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)部，方便與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。串口通訊需要滿足上位機(jī)對(duì)下位機(jī)數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)讀取，并將數(shù)據(jù)處理后的意見實(shí)時(shí)發(fā)送給下位機(jī)，從而控制下位機(jī)的工作情況。1.3.2 課題主要完成的工作首先，對(duì)自動(dòng)液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)用前景進(jìn)行了論述，在對(duì)傳統(tǒng)的配料系統(tǒng)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出了自動(dòng)液位控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和基本組成，并對(duì)系統(tǒng)硬件、性能、控制原理，技術(shù)參數(shù)等以及系統(tǒng)的其它相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了介紹。其次，給出了自動(dòng)液位控制系統(tǒng)電氣控制部分的主要組成及采用PLC 實(shí)現(xiàn)液位閉環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)控制的方法，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)自動(dòng)液位控制系統(tǒng)的要求對(duì)PLC 系統(tǒng)進(jìn)行選型，硬件配置、軟件設(shè)計(jì)等，從而使該配料系統(tǒng)可以按要求自動(dòng)完成注入溶液、溶液保持、排出溶液全過程，并給出了液位控制系統(tǒng)各部分的控制流程。再次，通過組態(tài)王組態(tài)軟件的應(yīng)用，開發(fā)了配料過程監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)如何采用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)控，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝界面、報(bào)表、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)設(shè)置、故障顯示及報(bào)警等功能界面，使用戶在控制室就可以通過人機(jī)界面來(lái)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)、啟動(dòng)和停止電機(jī)，參數(shù)顯示等，完成了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。最后，通過對(duì)液位控制系統(tǒng)的分析，總共實(shí)現(xiàn)以下兩種工作狀態(tài)：第一，通過上位機(jī)的手動(dòng)遠(yuǎn)程控制，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)人工控制下位機(jī)的運(yùn)行與停止；第二，在沒有上位機(jī)信號(hào)干擾的時(shí)候，把下位機(jī)本身作為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)待，即通過預(yù)設(shè)液位的高度，下位機(jī)能自主的控制水泵的工作狀態(tài)，并且將液位控制在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。2 基于PLC的液位控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1 液位控制系統(tǒng)的流程開始自動(dòng)或手動(dòng)控制？預(yù)設(shè)液位高度向PLC傳輸指令PLC運(yùn)行指令數(shù)據(jù)通訊傳輸脈沖數(shù)和水泵工作情況是否停止結(jié)束自動(dòng)手動(dòng)是否開始運(yùn)行達(dá)到預(yù)設(shè)高度圖2-1 液位控制系統(tǒng)流程圖2.2 液位控制系統(tǒng)的主要功能論文所介紹的自動(dòng)液位控制系統(tǒng)要求下位機(jī)單獨(dú)為一個(gè)閉合回路系統(tǒng)，其主要任務(wù)是通過系統(tǒng)設(shè)定的液位浮動(dòng)范圍來(lái)自動(dòng)的控制水泵的工作狀態(tài)，而對(duì)于整個(gè)液位控制系統(tǒng)而言，是一個(gè)半閉合的回路系統(tǒng)，即在上位機(jī)不干涉的情況下，下位機(jī)能穩(wěn)定的運(yùn)行；在上位機(jī)有特殊需求或者改變?cè)O(shè)定的液位范圍的時(shí)候，下位機(jī)能隨時(shí)相應(yīng)并保持這種運(yùn)行狀態(tài)到下一次改變。液體配料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，主要包括以下功能：(1)液位系統(tǒng)的自動(dòng)控制，手動(dòng)控制功能自動(dòng)控制方式由操作人員在鍵盤輸入需要設(shè)定的液位浮動(dòng)范圍，系統(tǒng)自動(dòng)完成液位控制。手動(dòng)控制方式由操作人員直接在上位機(jī)或下位機(jī)上控制左右水泵的流量，操作者自己控制液位。 (2)設(shè)備運(yùn)行故障狀態(tài)報(bào)警和報(bào)警記錄查詢監(jiān)控軟件監(jiān)測(cè)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)， 能夠?qū)Ω鞣N故障進(jìn)行應(yīng)急處理并報(bào)警提示，從而快速排除故障。同時(shí)系統(tǒng)靈活多變的控制方式也給故障處理提供了方便。各種電機(jī)故障等信息進(jìn)行應(yīng)急處理并提示(3)全過程系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控顯示功能由顯示器動(dòng)態(tài)顯示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)。主要對(duì)左、右水泵和排出水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并顯示其功能，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。(4)生產(chǎn)管理以及報(bào)表打印該功能用于對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行管理(如配方管理等)，以及報(bào)表打印功能。系統(tǒng)可以存儲(chǔ)配比，并根據(jù)配方進(jìn)行全自動(dòng)配料。系統(tǒng)支持報(bào)表生成。在查詢出相應(yīng)數(shù)據(jù)后，可生成Excel報(bào)表。如需要打印，可在Excel中調(diào)出相應(yīng)文件進(jìn)行打印。3 液位控制系統(tǒng)的硬件方案與設(shè)計(jì)3.1 上位機(jī)硬件與電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上位機(jī)選擇的是工業(yè)控制機(jī)，因其具有可靠性高，實(shí)時(shí)性好，擴(kuò)充性好，軟硬件兼容性好，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和自復(fù)位的特點(diǎn)。工業(yè)控制機(jī)具有在粉塵、煙霧、高低溫，潮濕、震動(dòng)、腐蝕和快速診斷和可維護(hù)性，其MTR (Mean Tune to Repair)一般為5min，連續(xù)工作10萬(wàn)小時(shí)以上，而普通PC的連續(xù)工作僅為1000015000小時(shí)。工業(yè)控制機(jī)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制，對(duì)工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)，(看門狗功能是普通PC所不具有的)遇險(xiǎn)自復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。工控機(jī)由于采用底板+CPU卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的輸入輸出功能。最多可擴(kuò)充20個(gè)板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外設(shè)、板卡如車道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測(cè)儀等相連，以完成各種任務(wù)。能同時(shí)利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種編程語(yǔ)言，多任務(wù)操作系統(tǒng)，充分利用商用PC所積累的軟、硬件資源。如今，看門狗電路已成為工業(yè)PC設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。它能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)迅速報(bào)警，并在無(wú)人干預(yù)的情況下，使系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。模擬系統(tǒng)的工業(yè)控制機(jī)選擇的是：ACER-4572G系列的PC機(jī)器，內(nèi)存為4G，硬盤為500G，選擇的顯示器是19寸彩色顯示器，可清晰地顯示各種圖形和文字，可對(duì)系統(tǒng)的操作和監(jiān)控等進(jìn)行顯示。操作系統(tǒng)為WINDOWS7。工業(yè)控制機(jī)由外接電源供電，保證報(bào)表數(shù)據(jù)的完整記錄。工業(yè)控制機(jī)外接打印機(jī)，可供打印報(bào)表使用。3.2 PLC的選型及模塊配置可編程控制器隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，可編程控制器的功能不斷擴(kuò)展和完善，其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原有的邏輯控制，順序控制的范圍，還具備了進(jìn)行模擬量控制，過程控制以及遠(yuǎn)程通訊等強(qiáng)大的功能。PLC 技術(shù)發(fā)展到今天，在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)等方面的能力都已經(jīng)有了大幅度的提高，漸漸成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。其主要特點(diǎn)有： 高可靠性，抗干擾能力強(qiáng) 、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 、體積小，重量輕，能耗低等特點(diǎn)。在現(xiàn)代集成電路技術(shù)的支持下，PLC 體積越來(lái)越小，重量也越來(lái)越輕，功耗也越來(lái)越低。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。由于以上PLC的工作原理以及特點(diǎn)，并且考慮到模擬系統(tǒng)的成本問題，這次的PLC選擇三菱公司的FX2N系列的PLC，并且外接的通訊擴(kuò)展模塊為232IF。三菱公司的PLC可以由上位機(jī)組態(tài)王直接從寄存器中讀取數(shù)據(jù)，擴(kuò)展模塊的安裝是為了驗(yàn)證通訊的可靠性。3.3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的硬件部分分為兩塊：一是對(duì)整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)能否合理運(yùn)行進(jìn)行的檢測(cè)部分，這一部分通過運(yùn)用三菱FX2N型號(hào)的PLC的擴(kuò)展串口通訊模塊232IF來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過D8120對(duì)PLC通訊格式的預(yù)設(shè)確定波特率、校驗(yàn)位、停止位和通訊字長(zhǎng)，然后上位機(jī)串口接收助手檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)傳入，并顯示數(shù)據(jù)；二是在確認(rèn)整個(gè)通訊系統(tǒng)能夠正常通訊，PLC能按照要求進(jìn)行，直接通過數(shù)據(jù)線將上位機(jī)與下位機(jī)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。先來(lái)說檢測(cè)部分裝置的硬件電路。這部分由上位機(jī)、檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，對(duì)結(jié)構(gòu)圖的描述如下：系統(tǒng)使用三菱FX2N系列的PLC作為控制器，采用GX Developer作為PLC的編程軟件,運(yùn)用組態(tài)王組態(tài)軟件建立人機(jī)交互界面，上位機(jī)與PLC之間的通訊采用RS232通訊協(xié)議。圖3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖PLC控制系統(tǒng)通過串口通訊擴(kuò)展模塊接收來(lái)自流量計(jì)的檢測(cè)信號(hào)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，控制整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。在出現(xiàn)事故時(shí)，系統(tǒng)具有報(bào)警功能。除PLC控制系統(tǒng)外，系統(tǒng)還有電源電路、RS232接口電路等。第二部分就是組態(tài)王與PLC的硬件連接部分，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示圖3-2組態(tài)王與PLC硬件連接原理圖組態(tài)王讀取的數(shù)據(jù)通過COM組件讀取，COM組件與下位機(jī)PLC通過數(shù)據(jù)RS422總線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。3.4 下位機(jī)PLC的選型及附件的選取（1）流量計(jì)的選取水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量磁性物理量的傳感器。水流量傳感器主要由閥體、水流轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾傳感器組成，霍爾元件的正極串入負(fù)載電阻，同時(shí)通上5V的直流電壓并使電流方向與磁場(chǎng)方向正交。當(dāng)水通過渦輪開關(guān)殼推動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生不同磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，切割磁感應(yīng)線，產(chǎn)生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號(hào)頻率與磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速又與水流量成正比，由控制器判斷水流量的大小，進(jìn)行調(diào)控。其電氣說明：1）本產(chǎn)品外觀輕巧靈便,體積小,便于安裝。2）葉輪內(nèi)部鑲有不銹鋼軸,永遠(yuǎn)耐磨。3）密封圈采用上,下受力的結(jié)構(gòu)永不漏水。4）霍爾元件采用德國(guó)進(jìn)口,靈敏度高，用灌封膠封裝,防止進(jìn)水,永不老化。5）環(huán)保型設(shè)計(jì)，食品級(jí)POM材質(zhì)，小巧實(shí)用，可任意角調(diào)節(jié)。6）入水口為插管式，出水口為插管式式，連接更方便。7）流量范圍：0.1-3L/min，工作電壓：DC3-18V，額定電壓DC5V。8）輸出電壓(額定DC5V）：高電平4.5V以上，低電平0.5V以下；脈沖輸出占空比5010%。水流開關(guān)在使用的技術(shù)參數(shù)見表3-1和注意的事項(xiàng)：1）水流開關(guān)的安裝環(huán)境要避開有較強(qiáng)震動(dòng)、帶磁環(huán)境和搖晃的地方，以免水流開關(guān)產(chǎn)生誤動(dòng)作，為了避免顆粒、雜物進(jìn)入水流開關(guān)，在進(jìn)水口安裝過濾網(wǎng)。2）當(dāng)磁性材料靠近水流開關(guān)時(shí)，其特征可能有所變化。3）水流開關(guān)須配合繼電器使用，因?yàn)楣怦罟艿墓β瘦^?。ㄍǔ?0W和70W）容易燒毀。繼電器的最大功率為3W，功率大于3W會(huì)出現(xiàn)常開和常閉的現(xiàn)象。4）流量范圍：0.1-6L/min。表3-1 流量計(jì)基本參數(shù)基本參數(shù)最大工作電流 15mA（DC 5V）工作電壓范圍 DC4.5 5V-24V負(fù)載能力 DC518 V使用溫度范圍 10 mA（DC 5V）允許耐壓 35%90%RH（無(wú)結(jié)霜狀態(tài)）保存溫度 -25+ 80保存濕度 25%95%RH水壓 1.75Mpa以下（2）水泵的選取水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來(lái)輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。衡量水泵性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、揚(yáng)程、軸功率、水功率、效率等；根據(jù)不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來(lái)傳遞能量；葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來(lái)傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。本文所選取的水泵為自吸式離心泵，自吸泵是靠泵自身的特殊結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生自吸作用的單級(jí)單吸離心泵，稱為自吸離心泵。和普通離心泵相比，在泵體結(jié)構(gòu)上有顯著差別：一是泵進(jìn)口位置提高，有時(shí)還裝上吸入閥；二是在出水側(cè)設(shè)置了一個(gè)氣水分離室。自吸泵與普通離心泵相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、使用操作簡(jiǎn)單，不但省去了起動(dòng)前灌大量引水的麻煩，也省去了進(jìn)水管低閥，減少了進(jìn)水阻力，增加泵的出水量。自吸泵較多的是應(yīng)用在輕小型噴灌機(jī)組和管道灌機(jī)組上。其具體工作參數(shù)如表3-2所示：表3-2 水泵工作參數(shù)基本參數(shù)水泵尺寸： 90毫米*40毫米*35毫米出水口直徑： 內(nèi)徑6毫米，外徑8.5毫米工作電壓： DC12V，工作電流：0.5-0.7A（功率必須達(dá)到6W以上）流量： 1.5-2L/Min（左右），最大吸程：2米揚(yáng)程： 垂直最大為3米壽命： 最大可達(dá)2500H，水溫：可達(dá)80274 液位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是指上位工控機(jī)的監(jiān)控部分和下位機(jī)PLC的控制程序部分。上位監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)采用了組態(tài)軟件組態(tài)王作為開發(fā)工具。組態(tài)王能完成不同領(lǐng)域的自動(dòng)化生產(chǎn)中畫面顯示和過程控制任務(wù)，它提供圖形顯示、信息生成及生產(chǎn)數(shù)據(jù)存檔和記錄等多種功能模塊。它強(qiáng)大的接口驅(qū)動(dòng)軟件、快速的圖形更新特性及可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能保證了其高度的適用性。PLC控制程序的編程采用了GX Developer 8.83編程軟件作為開發(fā)工具，結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)使PLC按工藝要求實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。4.1 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)我們必須選擇合適的工具，此工具必須能與PLC通信而且能提供友好的界面。PLC與上位計(jì)算機(jī)的通信可以利用高級(jí)語(yǔ)言編程寫程序?qū)崿F(xiàn)，但用戶必須熟悉互連的PLC及PLC網(wǎng)絡(luò)采用的通信協(xié)議，嚴(yán)格按照通信協(xié)議規(guī)定為計(jì)算機(jī)編寫通信程序，所以對(duì)用戶的要求比較高。如果選用專業(yè)工業(yè)控制組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)PLC與上位計(jì)算機(jī)的通信則相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)楣た亟M態(tài)軟件一般都提供不同設(shè)備的通信驅(qū)動(dòng)程序，用戶可以不必熟悉PLC網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議，另外工控組態(tài)軟件提供的強(qiáng)大工具使用戶開發(fā)應(yīng)用程序也變得非常簡(jiǎn)單。本次設(shè)計(jì)中我們選用了北京亞控公司的工控組態(tài)軟件組態(tài)王來(lái)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4.1.1 組態(tài)軟件組態(tài)王的簡(jiǎn)介組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。4.1.2監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)步驟組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。1) 工程管理器工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工 程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。2) 工程瀏覽器工程瀏覽器是一個(gè)工程開發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫鏈接、命令語(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 3) 運(yùn)行系統(tǒng)工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫面實(shí)現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。通常情況下建立一個(gè)應(yīng)用工程大致可分為以下幾個(gè)步驟：第一步創(chuàng)建新工程為工程創(chuàng)建一個(gè)目錄用來(lái)存放與工程相關(guān)的文件。第二步定義硬件設(shè)備并添加工程變量添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量包括內(nèi)存變量和I/O變量。 第三步制作圖形畫面并定義動(dòng)畫連接按照實(shí)際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對(duì)象產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。 第四步編寫命令語(yǔ)言通過腳本程序的編寫以完成較復(fù)雜的操作上位控制。 第五步進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進(jìn)行設(shè)置是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場(chǎng)前的必備工作。 第六步保存工程并運(yùn)行。4.1.3監(jiān)控系統(tǒng)的組成本項(xiàng)目的監(jiān)控系統(tǒng)使用了一系列的監(jiān)控界面，這些界面之間存在著一些相互調(diào)用的關(guān)系，這些調(diào)用關(guān)系構(gòu)成了一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的監(jiān)控程序，以下將分監(jiān)控系統(tǒng)界面、參數(shù)設(shè)置界面、報(bào)警信息、故障統(tǒng)計(jì)、報(bào)表設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分來(lái)闡述監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(1)監(jiān)控系統(tǒng)界面在監(jiān)控系統(tǒng)主界面中顯示了整條生產(chǎn)線的示意圖。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)處在運(yùn)行模式并且生產(chǎn)線運(yùn)行正常時(shí)，主界面中的各個(gè)圖形對(duì)象正常顯示。當(dāng)生產(chǎn)線出現(xiàn)故障或者報(bào)警時(shí)，與故障或報(bào)警的實(shí)際發(fā)生部位相對(duì)應(yīng)的主界面中的圖形對(duì)象會(huì)改變顏色或者閃爍，同時(shí)在監(jiān)控界面中彈出窗口顯示故障或報(bào)警信息，以提醒操作人員對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。通過主界面中相應(yīng)的按鈕可以自由切換到主監(jiān)控界面，還可以切換到系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等其他界面。在主監(jiān)控界面中分別詳細(xì)地表示了本部分的運(yùn)行狀況，通過各自的主界面可以清楚地對(duì)其每個(gè)部件的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于某些特殊的部分還可以另外添加獨(dú)立的監(jiān)控界面。下圖4-1就是本文設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面。其中有系統(tǒng)運(yùn)行的模擬畫面，其中兩個(gè)水泵分別為水泵1號(hào)和水泵2號(hào)，后面的啟動(dòng)停止按鈕分別控制相應(yīng)的水泵的停止與運(yùn)行。綠顏色線條為管道，管道上方有流量計(jì)，用于計(jì)數(shù)流過的液體流量，其中當(dāng)前液位顯示水箱中液位的高度，并且在畫面左側(cè)有水箱顯示液位高度。左下角的退出系統(tǒng)為退出整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，左上角的畫面選擇用作切換畫面。圖4-1 本文上位機(jī)界面示例(2)參數(shù)設(shè)置界面監(jiān)控系統(tǒng)中的參數(shù)設(shè)置通常分兩類：一類是監(jiān)控系統(tǒng)本身的參數(shù)，另一類就是控制系統(tǒng)中的一些控制參數(shù)。監(jiān)控系統(tǒng)本身的參數(shù)有系統(tǒng)日期、系統(tǒng)時(shí)間、機(jī)臺(tái)名稱、機(jī)臺(tái)號(hào)和與網(wǎng)絡(luò)配置有關(guān)的一些參數(shù)，另外監(jiān)控系統(tǒng)中集成的用戶權(quán)限管理也在本參數(shù)設(shè)置中實(shí)現(xiàn)。在HMI(human machine interface，人機(jī)接口)應(yīng)用內(nèi)的安全體系必須允許每個(gè)操作人員完成自己的任務(wù)，同時(shí)確保過程監(jiān)控的完整性。本項(xiàng)目我們采用了在WIN7操作系統(tǒng)下運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，我們利用了組態(tài)王自身的用戶管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作系統(tǒng)的安全性設(shè)置。在組態(tài)模式下我們?cè)谟脩艄芾砥髦刑砑恿瞬煌瑱?quán)限的用戶，每個(gè)用戶根據(jù)其權(quán)限設(shè)置可以使用或更改監(jiān)控系統(tǒng)中的某些參數(shù)或功能， 這些功能有：更改用戶權(quán)限、手動(dòng)設(shè)置變量標(biāo)簽的輸入值、自動(dòng)，手動(dòng)過程控制的切換、編輯監(jiān)控畫面、在不同畫面中切換、確認(rèn)，鎖住，釋放報(bào)警、修改存檔數(shù)據(jù)等等。通過合理地設(shè)置用戶權(quán)限可以防止用戶對(duì)某些重要功能的訪問和對(duì)重要參數(shù)的修改。在運(yùn)行模式下，使用具備用戶管理權(quán)限的用戶名和密碼登陸監(jiān)控系統(tǒng)后可以在用戶管理界面中對(duì)各個(gè)用戶進(jìn)行管理，包括用戶的添加刪除、密碼設(shè)置、訪問權(quán)限的添加修改等等。通過參數(shù)設(shè)置界面用戶可以對(duì)與生產(chǎn)線運(yùn)行相關(guān)的一些控制參數(shù)、常量等進(jìn)行設(shè)置，及時(shí)根據(jù)具體情況調(diào)整機(jī)器的運(yùn)行參數(shù)， (3)報(bào)警信息用組態(tài)王組態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)表示位報(bào)警和模擬量報(bào)警功能。位報(bào)警是根據(jù)標(biāo)簽指定位的狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息，可用于對(duì)開關(guān)量的判斷。模擬量報(bào)警是對(duì)標(biāo)簽的極限值進(jìn)行監(jiān)測(cè)：如果標(biāo)簽值高于指定的上限值(可以是一個(gè)常數(shù)或者是另一標(biāo)簽的當(dāng)前值)，則產(chǎn)生上限報(bào)警：如果標(biāo)簽值低于指定的下限值(常數(shù)或者另一標(biāo)簽的當(dāng)前值)，則產(chǎn)生下限報(bào)警。產(chǎn)生的報(bào)警信息通常采用彈出窗口的形式顯示與監(jiān)控畫面的頂端，直到相應(yīng)的報(bào)警被確認(rèn)或者報(bào)警被消除時(shí)才消失，操作人員可根據(jù)報(bào)警信息快速找到故障原因并進(jìn)行相應(yīng)處理；報(bào)警信息出現(xiàn)的同時(shí)將監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)切換到發(fā)生報(bào)警的監(jiān)控畫面，并將出現(xiàn)報(bào)警的部位以閃爍的形式顯示于監(jiān)控畫面中，這樣更直觀地為操作人員提供了報(bào)警信息。當(dāng)有多個(gè)報(bào)警同時(shí)發(fā)生時(shí)將優(yōu)先顯示優(yōu)先級(jí)較高的那個(gè)報(bào)警。基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線的PROTOS控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)警過程中用到的報(bào)警信息是預(yù)先組態(tài)好的，組態(tài)報(bào)警信息時(shí)需要定義信息行格式，信息等級(jí)，信息窗口和應(yīng)答方式等等。報(bào)警信息的生成是響應(yīng)過程值輸入預(yù)先定義的位變量或模擬值的極限制。除了完成對(duì)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常狀況進(jìn)行報(bào)警外，監(jiān)控系統(tǒng)還可以對(duì)自身一些異常情況進(jìn)行報(bào)警，如存檔數(shù)據(jù)庫(kù)空間不足、打印機(jī)連接等等。報(bào)警信息將存放于硬盤的報(bào)警檔案中，檔案庫(kù)可以存儲(chǔ)所有的報(bào)警信息，也可以根據(jù)報(bào)警等級(jí)、序號(hào)、時(shí)間和日前，信息文字，或其他參數(shù)進(jìn)行篩選后存儲(chǔ)。有兩種信息檔案庫(kù)的類型：1)短期檔案庫(kù)是一種循環(huán)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存放預(yù)先定義好數(shù)目的報(bào)警信息，當(dāng)該檔案庫(kù)滿了，新的信息將覆蓋最老的信息，總是保持檔案庫(kù)的大小尺寸恒定。2)順序檔案庫(kù)保存所有生成的信息，必須具有備份策略，即定期地移走檔案庫(kù)的內(nèi)容并把它們存到個(gè)外部媒體上。報(bào)警信息可以用表格的形式顯示于監(jiān)控畫面上或由打印機(jī)輸出。(4)故障統(tǒng)計(jì)本項(xiàng)目中的控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)需要定期地進(jìn)行維護(hù)，監(jiān)控系統(tǒng)中提供的故障統(tǒng)計(jì)功能可以為維護(hù)帶來(lái)方便。故障統(tǒng)計(jì)中以表格的形式對(duì)各個(gè)故障，報(bào)警信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)各類報(bào)警，故障發(fā)生的時(shí)間、數(shù)量、頻率、以及在總故障中占的比重等分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，故障統(tǒng)計(jì)中對(duì)生產(chǎn)線的由于故障發(fā)生的停機(jī)情況也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，通過分析停機(jī)原因我們可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中容易發(fā)生故障的地方，通過采取相應(yīng)的措施降低系統(tǒng)的故障率，從而提高使生產(chǎn)率。生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)均可以在監(jiān)控系統(tǒng)中以報(bào)表的形式加以輸出，通過組態(tài)王中的報(bào)表設(shè)計(jì)器可以快速組態(tài)所監(jiān)視過程的報(bào)表，報(bào)表設(shè)計(jì)器與圖形設(shè)計(jì)器界面類似，報(bào)表可以是圖形格式也可以是文本格式或兩種均有。每個(gè)報(bào)表都包括報(bào)表布局和打印作業(yè)，報(bào)表布局決定了報(bào)表的樣式和所包含的數(shù)據(jù)是什么，打印作業(yè)決定了該報(bào)表什么時(shí)間按什么時(shí)間表進(jìn)行打印，以及打印的數(shù)據(jù)范圍、使用的打印機(jī)等。報(bào)表除了直接打印外還可以打印到監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)文件中去。4.2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)的下位機(jī)為閉合回路控制系統(tǒng)。其主要原理是通過PLC本身的自動(dòng)循環(huán)執(zhí)行系統(tǒng)來(lái)保證下位機(jī)穩(wěn)定的運(yùn)行，通過FX2N-232IF模塊與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)的在上位機(jī)中顯示出當(dāng)前的工作狀態(tài)，并由上位機(jī)傳輸控制信號(hào)來(lái)改變下位機(jī)下次執(zhí)行PLC程序中控制液位的高度。4.2.1 PLC的程序設(shè)計(jì)PLC的程序設(shè)計(jì)由以下幾個(gè)方面組成（如圖4-2）：(1)主程序主程序完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。編程時(shí)，把功能相對(duì)獨(dú)立的部分編制成一個(gè)子程序，主程序一次調(diào)用各個(gè)子程序來(lái)完成其控制功能，主程序通過調(diào)用不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)總體的功能。主程序要執(zhí)行的功能有：運(yùn)行前的檢測(cè)，故障排查，左水泵程序控制，右水泵程序控制，排出泵程序控制。其中左右流量計(jì)等機(jī)構(gòu)動(dòng)作控制式在給容器的控制程序塊。 (2)初始化予程序初始化子程序在上位機(jī)發(fā)出復(fù)位命令且不是順序啟動(dòng)和同時(shí)啟動(dòng)條件下調(diào)用，該子程序主要完成對(duì)各控制清零的功能。以便于上位機(jī)實(shí)施控制。(3)上電控制子程序上電控制子程序的功能和初始化子程序基本相同，其作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，完成在系統(tǒng)開始上電時(shí)，將各控制位清零，以便系統(tǒng)重新開始各種操作，防止誤動(dòng)作。(4)電機(jī)運(yùn)行控制 電機(jī)運(yùn)行方式分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。實(shí)際生產(chǎn)過程中，整個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)均處于聯(lián)鎖運(yùn)行方式。在聯(lián)鎖方式下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)可以順序啟動(dòng)、順序停止、同時(shí)啟動(dòng)、同時(shí)停止以及單機(jī)啟動(dòng)和單機(jī)停止。所謂的單機(jī)運(yùn)行就是指手動(dòng)控制時(shí)各臺(tái)電機(jī)的單獨(dú)啟動(dòng)和停止，不需要嚴(yán)格的啟停順序，該操作(手動(dòng))通常只是用于安裝設(shè)備、系統(tǒng)調(diào)試及檢修設(shè)備時(shí)。聯(lián)鎖命令和單機(jī)運(yùn)行命令都是由上位機(jī)下達(dá)再由下位機(jī)不同模塊來(lái)執(zhí)行。圖4-2PLC串程序指令圖4.2.2 PLC控制編程本論文中下位機(jī)與上位機(jī)的串口通訊采用16位數(shù)據(jù)通訊。在通訊過程中，下位機(jī)需要向上位機(jī)發(fā)送水泵的工作狀態(tài)，流量計(jì)的脈沖數(shù)目。水泵的工作狀態(tài)我同過下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送不同的ASCII碼來(lái)判斷是否在工作，流量計(jì)的脈沖數(shù)通過PLC內(nèi)部的16計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)并存儲(chǔ)于PLC內(nèi)部寄存器內(nèi)（D200-D500），然后通過串口通訊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，實(shí)時(shí)顯示液位高度。(一) 系統(tǒng)配置如圖4-3所示圖4-3 液位系統(tǒng)配置圖示(二) 設(shè)置通訊格式如表4-1所示表4-1組態(tài)王、PLC、PC機(jī)通訊參數(shù)設(shè)置設(shè)置項(xiàng)缺省值波特率9600數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度7停止位長(zhǎng)度1奇偶校驗(yàn)位偶校驗(yàn)(三) 控制程序設(shè)計(jì)圖4-4 控制程序部分示例如圖4-4所示，Y3和Y4為兩個(gè)水泵工作線圈，X3和X4為水泵按鈕開關(guān)。PLC上電時(shí)M8002與M8000觸點(diǎn)動(dòng)作，C0和C1計(jì)數(shù)器復(fù)位，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至D1和D2數(shù)據(jù)寄存器中，由組態(tài)王直接讀取。4.3 本章小結(jié)本章首先解釋了設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的意義以及組態(tài)的含義：（1）對(duì)該監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了介紹；（2）對(duì)PLC的串口通訊進(jìn)行了詳細(xì)敘述，首先設(shè)置PLC數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?，然后設(shè)置傳輸?shù)钠鹗嘉缓徒Y(jié)束位，然后設(shè)定水泵的工作狀態(tài)，當(dāng)一種狀態(tài)實(shí)現(xiàn)，則向上位機(jī)發(fā)送對(duì)應(yīng)的工作情況；（3）對(duì)組態(tài)王組態(tài)軟件與PLC 的通訊進(jìn)行介紹，通過介紹組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，并結(jié)合項(xiàng)目介紹了組態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，較詳細(xì)地說明了監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)好的監(jiān)控系統(tǒng)將于PLC控制系統(tǒng)同步工作，為控制系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，為操作和維護(hù)等工作提供了極大的方便。下位機(jī)PLC設(shè)計(jì)包含PLC及其相關(guān)模塊的硬件選型和連接結(jié)構(gòu)，繪制了控制程序流程圖。5 樣機(jī)試制及實(shí)驗(yàn)分析5.1 樣機(jī)試制依照系統(tǒng)思路，制作如圖5-1樣機(jī)。圖5-1 樣機(jī)圖樣 圖中可以明顯看出兩個(gè)水泵，分別是輸入和輸出水泵。中間沒有封口的瓶子為模擬水箱；旁邊白色盒子為PLC。5.2 調(diào)試分析調(diào)試是在生產(chǎn)線上各單元設(shè)備能正確動(dòng)作的開始。調(diào)試的基本步驟：硬件的接線完全正確通電正常網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)I/O強(qiáng)制檢修運(yùn)行方式手動(dòng)運(yùn)行方式自動(dòng)方式。調(diào)試的關(guān)鍵在于通訊的正確,并且可以在上位機(jī)上進(jìn)行操作管理。首先進(jìn)行組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試,將所有PLC控制柜的電源和通訊線連接完成，并按照設(shè)計(jì)的組態(tài)網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行地址分配。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)，上位機(jī)組態(tài)軟件與主PLC的通訊調(diào)試。網(wǎng)絡(luò)調(diào)通之后，對(duì)所有的I/O點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)制，再次驗(yàn)證PLC接線和地址分配的正確性，在強(qiáng)制調(diào)制時(shí)可以通過上位機(jī)觀察各個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)。當(dāng)PLC組態(tài)完成強(qiáng)制正確之后，可以開始連接PLC并且觀察它的通訊狀態(tài)。調(diào)制PLC分為兩部分進(jìn)行：先采用測(cè)試信號(hào)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)，輸入給單片機(jī)和可編程邏輯控制器，進(jìn)行調(diào)試。這部分我用通訊串口助手作為上位機(jī)，在設(shè)置完格式之后，PLC向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，并發(fā)送接觸器觸點(diǎn)工作情況。調(diào)試正確后，去掉測(cè)試信號(hào)，直接使用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，先進(jìn)行軟件手動(dòng)調(diào)試，同時(shí)可以檢測(cè)控制與現(xiàn)場(chǎng)的連線是否暢通：在軟件和手動(dòng)正常后，再進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)試。調(diào)試過程中，首先檢查了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、通信轉(zhuǎn)換模塊硬件的電氣標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)兩者的匹配。所以根據(jù)實(shí)際情況，改變布線結(jié)構(gòu)，電源線和信號(hào)線實(shí)行隔離措施，消除干擾。接著，調(diào)試計(jì)算機(jī)程序，依次向單片機(jī)、可編程邏輯控