基于PLC控制系統(tǒng)構(gòu)建的水塔水位控制系統(tǒng)

1、上傳說明:本論文僅供大家學(xué)習(xí)和參考用中國石油大學(xué)（華東）PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)建綜合實踐報告學(xué)生姓名：蘇豪育學(xué)號：06050318專業(yè)班級：自動化06-4班2010年3月8日PLC控制系統(tǒng)構(gòu)建綜合實踐報告一、概述PLC控制系統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)主要是以可編程序邏輯控制器PLC為核心，以STEP7-Micro/WIN軟件為開發(fā)平臺，以實驗臺上的各種設(shè)備（掛件）為對象使用梯形圖語言進 行PLC控制程序的開發(fā)用來控制實驗臺上的各種設(shè)備。MCGS組態(tài)軟件用于生成和運行水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)工程文件。完成 構(gòu)建的PLC控制 系統(tǒng)的監(jiān)控功能。二、實驗設(shè)備S21-1掛箱（S7-200可編程控制器）、S21-3掛箱（水塔水

2、位控制）、S21-2掛 箱（基本 指令）、S21-4 （產(chǎn)生模擬信號）、計算機、STEP 7 MicroWIN軟件、MCGS軟件。三、具體任務(wù)及要求該實踐的具體任務(wù)是組建水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)。水塔系統(tǒng)如下圖所示:-、PLC控制程序（一）（一）控制要求1、閥、泵的自動控制在自動控制狀態(tài)下，當(dāng)水池水位低于水位下限時，閥丫打開，當(dāng)水池水位高于水位上限時，閥丫關(guān)閉。當(dāng)水池水位高于水位下限，且水塔水位低于 水位下限時，泵Ml停止。2、10.1控制閥的打10.2控制泵的打開Ml運轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水位上限時泵閥、泵的手動控制在手動控制狀態(tài)下，由基本指令編程練習(xí)單元中的開關(guān) 開與關(guān)閉，當(dāng)開關(guān)閉合時閥打開，開

3、關(guān)斷開時閥關(guān)閉。由 與關(guān)閉，當(dāng)102閉合時泵打開，當(dāng)102斷開時泵關(guān)閉。3、控制狀態(tài)的切換與顯示由10.0實現(xiàn)控制狀態(tài)的切換，當(dāng)開關(guān)閉合時系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)斷開時系 統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。由燈Q0.0實現(xiàn)控制狀態(tài)的顯示，燈亮表示系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，燈滅表示系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。4、組燈控制由燈Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、QI. 1構(gòu)成組燈，以組燈的不同狀態(tài)表示 水流不同狀 態(tài)。具體說明如下：當(dāng)閥泵均處于關(guān)閉狀態(tài)時，組燈滅。當(dāng)閥處于打開狀態(tài)而泵處于關(guān)閉狀態(tài)時，組燈中Qll、Q1O、Q0.7依次循環(huán)點亮，且當(dāng)其中某一燈亮?xí)r，其前一燈滅。當(dāng)閥處于關(guān)閉狀態(tài)而泵處于打開狀態(tài)時，組燈

4、中Q07、Q06、Q0.5依次循環(huán)點亮，且當(dāng)其中某一燈亮?xí)r，其前一燈滅。當(dāng)閥泵均處于打開狀態(tài)時，組燈中Ql.l、Q1O、Q07、Q06、Q0. 5依次循 環(huán)點亮，且 當(dāng)其中某一燈亮?xí)r，其前一燈滅。二、PLC控制程序（二）（一）控制要求在PLC控制程序（一）的基礎(chǔ)上添加完成如下功能：1、液位信號的讀取將S21-4掛箱中電壓輸出單元的輸岀電壓Ugl與Ug2分別作為水池與水塔的液位 信號，信號范圍為15VDC。并由PLC的模擬信號輸入輸出模塊讀取液位信號。水池液位的變化范圍為04m,即液位信號Ugl對應(yīng)的測量范圍為04m。水塔液位的 變化范圍為02m,即液位信號Ug2對應(yīng)的測量范圍為02m。2、閥、

5、泵的自動控制在自動控制狀態(tài)下，當(dāng)水池水位低于水位下限（lm）時，閥丫打開，當(dāng)水池水位高于 水位上限（3m）時，閥丫關(guān)閉。當(dāng)水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水位下限（0. 5m）時，泵Ml運轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水位上限（l5m）時泵Ml停止。3、水位報警由基本指令編程練習(xí)單元中的燈Q0.1、Q0.2實現(xiàn)水位報警。當(dāng)水池水位 低于05m時，Q0.1閃爍，當(dāng)水池水位高于或等于05m時，Q0. 1 滅。當(dāng)水塔水位低于0. 25m時，Q0.2閃，當(dāng)水塔水 位高于或等于0. 25m時，Q0. 2滅。三、MCGS組態(tài)程 序（一）組態(tài)程序應(yīng)實現(xiàn)的功能1、系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示能夠顯示系統(tǒng)的控制狀態(tài)、水池和水

6、塔的液位、閥泵的開關(guān)狀態(tài)及水 流狀態(tài)。2、水位限值的設(shè)置使用戶能夠設(shè)置水池與水塔液位的上下限值，即能夠調(diào)整閥泵自動開關(guān)的條件。3、歷史數(shù)據(jù)的記錄和查詢4、報警功能當(dāng)水池液位低于當(dāng)水池液位高于當(dāng)水塔液位低于當(dāng)水塔滴付高干5、操作權(quán)限的區(qū)分能夠記錄一段時間內(nèi)系統(tǒng)的控制狀態(tài)、水池和水塔的液位、水池與水塔 液位的上下限 值以及閥泵的開關(guān)狀態(tài)。并能對歷史數(shù)據(jù)進行查詢。05m時，水池液位下下限報警。 35m時，水池液位上上限報警。0. 25m時，水塔液位下下限報警1.75m時，水塔液位上上限報警設(shè)置兩個用戶組分別為工程師組和操作工組。創(chuàng)建分屬于不同用戶組的用戶，兩組用 戶均具有登錄系統(tǒng)權(quán)限，但僅工程師組用

7、戶具有設(shè)置水位上下限值的權(quán)限。6、工程文件的保護對組態(tài)工程文件設(shè)置密碼保護。（-）組態(tài)程序與PLC程序的連接1、在組態(tài)程序中作相應(yīng)設(shè)置以建立數(shù)據(jù)連接通道。2、必要時修改PLC程序以配合組態(tài)程序中的相關(guān)設(shè)置，完成數(shù) 據(jù)讀寫操 作。四、實踐過程()PLC控制程序(一)(1) PLC輸入輸出端口分配及硬件接線需要用到4個DI輸入端來連接水塔水位開關(guān)，2個輸出端來連接水泵及閥，還需要基 本指令單元的3個開關(guān)，分別用來進行手自動切換，手動控制閥的狀態(tài)及手動控制水泵。還 需要Q0.0顯示控制狀態(tài)，組燈Q0. 5QI. 1表現(xiàn)泵及閥的狀態(tài)。首先要給PLC供電，主機輸出端IL、2L、3L與主機的M相連，主機輸

8、 入端 的IM、2M 與主機電源L+相連。由于各實驗?zāi)K單元的信號接口均為低電平模式，因此將各實驗?zāi)K的 L+與主機的L+相連，M與主機的M相連即可。S21-3掛箱S1S2S3S4MlYS21-1掛箱11. 111.211.311. 1QO. 3QO. 4S21-2掛箱10. 010. 110.2QO.OQ0. 5Q0. 6Q0. 7Q1.0QI. 1S21-1掛箱10. 010. 110.2QO. 0Q0.5Q0. 6Q0. 7Q1.0QI. 1(2) PLC控制程序該任務(wù)較為簡單，采用PLC中的一些基本指令即可實現(xiàn)，要用到閥及水泵的自鎖來保證連續(xù)進水，還需要用到定時器來實現(xiàn)燈組的循環(huán)閃爍。

9、Iq C -一0 T Y )r110it J11ttt114T1miKO1 f 1 丄/111QQ3卜 1 | 1 c )1 f V1 TJi 4tilt111 f 卜TIB)|1* i4ThI II III，1O1T I1 1()PLC控制程序(二)(l)PLC輸入輸出端口分配及硬件接線S21-4掛箱UglUg2S21-1掛箱A-B+S21-2掛箱Q0. 1Q0. 2S21-1掛箱Q0. 1Q0. 2-電阻在(一)的基礎(chǔ)上只需增加如下接線即可，Q0. 1, Q0. 2用來進行水池和水 塔的低報 顯示，Ugl和Ug2分別用來模擬水池和水塔的液位信號。A- B-均 接地。為了消除干擾，可以將C+

10、, C-短接， D+和D-短接。另外RA和RB不用接。RA通過(2)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與A-相連，如若接上，就相當(dāng)于給Ug后加了一個電阻，會改變給定電壓值，但接不 接本實驗的實驗結(jié)果沒影響。水池水池液位高度/m對應(yīng)電壓/V對應(yīng)值0. 51. 5970812129483125586D=(32107-6)*V/5+6;計算一下，可以得下表水塔水塔液位高度/m對應(yīng)電壓/V對應(yīng)值0. 251. 597180. 52129441. 5425855(3)PLC程序程序與(一)很相似，只需在一的基礎(chǔ)上加以修改即可AOER TOKTnwTQ0!在動畫連接的屬性設(shè)置里面選擇填充顏色，表達式設(shè)為進水閥，選擇不同的填充顏色,

11、 即可在閥開閉時顯示不同的顏色。同理可見度的設(shè)置也一樣，當(dāng) 手 動時，閥的圖符可見，自動時不可見。rF182Jr Wffi3E?rr I 1EB*TR Hiffi I aODW1*VJ1管道內(nèi)的水流效果以進水閥右邊的流動快為例，在基本屬性里面設(shè)置流動 塊 的顏色為 藍色，流動方向為從右（下）左（上），瀝動速度為中。然后再設(shè)置 流 動屬性表達式為 進水閥。最終效果為當(dāng)進水閥送水時，該流動塊即開始流 動。new *fn葉手自動狀態(tài)的顯示幵關(guān)，這個可以從工具箱中的動畫按鈕添加，表達式為 手自動，手 動式動畫按鈕為一種狀態(tài)，自動時又為另一種狀態(tài)。fffnt傳 firnSTOfflfinn也上曠廈FSM

12、- idEiiiu-rnfiJjIKInI 串55. 設(shè)備連接在設(shè)備窗口里選擇設(shè)備組態(tài)，在設(shè)備管理通用設(shè)備里選擇串口通訊父設(shè)備，再選擇 PLC設(shè)備里西門子S7-200PPI即可。由于我所用的端口為C0M1,需要在設(shè)備0屬性設(shè)置里面改過來，在設(shè)備1基本屬性內(nèi) 部屬性里添加Q0. 0, 0. 3, 0.4,以及DF0-20,相對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象 如下圖，這樣就可以將 PLC與MCSGS組態(tài)軟件聯(lián)系起來了。soinwctHl謖蓉 *U*lFLvMLtmariw*si detA TSEIIM IV*匸管口號ii 二 Gaw+ i *i&3嘰l)IS9-it 1?惟j蝕世謹(jǐn)撫I最莊曲似ii/jCA- it越

13、惟4廳丈JUI 愛:/&) nit4lasspy-riH嚴(yán)*1: c* i t- j I*4 uAt u* -I I bun匸亍.1MUM Ir BfingM I6. 報警循環(huán)策略設(shè)置在循環(huán)策略腳本程序中加了如下程序IF手自動二1 THEXIF液位1液位1下限THEN進水閥二1EXDIFIF液位1液位1上限THEN進水閥二0EXDIFEND IFIF手自動二1 THEXIF液位2液位2下限AND液位1液位1下限THEN水泵二1END IFIF液位2液位2上限THEX水泵二0ENDIF!SetAlmValue （液位1,液位1上上限，4 ）ISetAlmValue （液位1,液位1卜卜限，1 ）

14、 ! SetAlmValue （液位2,液位2上上限,4 ） !SetAlmValue （液位2,液位2下下限,1 ）報警數(shù)據(jù)可以從報警信息瀏覽里獲得，在運行策略里添加報警策略，再添加策略行序水ife和水塔的根警霰1S匸誦一-KM KfS息測劇在菜單組態(tài)中添加報警數(shù)據(jù)菜單，并執(zhí)行報警策略，這樣在運行環(huán)境下我們就可以查 看報警數(shù)據(jù)了。fct*zmm till1iTrmTl r1二一二 口住匚更lhhlhlh“t :lQfwnntii rrikit *Kllria rsifcii X r IFiki1-bJI b4 血 IH4 MM ItXl-1 4也1 總 i irrri !nrjfcjir41

15、-14 / S jvn;41-l:4 HJWB VXl4 R3J tt口的Il MrlMh t 檔札貳總爭門 住環(huán)I ri f-EStl J f牝0川41T*i 4 舉 a Ti忙鐵IT I7. 數(shù)據(jù)顯示功匪在用戶窗口里新建一個窗口，定義為數(shù)據(jù)顯示窗口，其功能是用來顯示實時數(shù)據(jù)，在窗口組態(tài)環(huán)境中加入一個數(shù)據(jù)表格如下，并給表格連接上相應(yīng)數(shù)據(jù)即可實時觀測各個數(shù)據(jù)。-J歷史數(shù)據(jù)顯示采用的方法是在運行策略中添加了歷史數(shù)據(jù)策略，并添加如下策略行，存盤數(shù)據(jù)瀏覽數(shù)據(jù)來源為液位組，顯示為所有存盤數(shù)據(jù)。然后在菜單組態(tài)中添加菜單歷史數(shù)據(jù)，并讓其運行歷史數(shù)據(jù)策略即可以在運行環(huán)境下看 到歷史數(shù)據(jù)了。，怪供歷史數(shù)善查詢

16、Hl|briljTThr1x *xrj-I4.4KHIEflELTTTllftc yitna1fitinjIBIk. -AMW嚴(yán)“I14I Fl nlinjrid11- hNcUi mocM4vIfild (fenIIR二V幾IV、R啊lv 吟1 Mfl8操作權(quán)限區(qū)分系統(tǒng)權(quán)限管理：進入主控窗口，在系統(tǒng)屬性里設(shè)置系統(tǒng)運行權(quán)限為許可工程師組和 操作員組可以進入此系統(tǒng)，并設(shè)置為進入登陸，退出不登錄。操作權(quán)限設(shè)置：進入用戶窗口，在水池液位上限，下限，水塔液位上限，下限權(quán)限設(shè)置為工程師組。經(jīng)過以上處理，工程師組和操作員組均可以登錄系統(tǒng)，但只有工程師組的用戶才可以修改上下限值。此外還可以設(shè)置工程文件的密碼保護。9. PLC程序由于原PLC程序與現(xiàn)在的系統(tǒng)不適應(yīng)，所以應(yīng)做相應(yīng)修改。以下幾行程序是為了將AIWO, 2里的數(shù)字轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的水池或水塔液位 而用的。 AIWO里的數(shù)據(jù)為16位的，要想將其轉(zhuǎn)化為浮點實數(shù)，需要先轉(zhuǎn)化為32位的，再轉(zhuǎn)化為R 的，然后進行運算即可。由于液位對應(yīng) 的電壓為1- 5V,所以中間加了一句判斷，當(dāng)轉(zhuǎn) 化成的電壓大于IV時，才將其轉(zhuǎn)化為液位，否則我們調(diào)電壓時可能會出現(xiàn)負(fù)值。VDO即為轉(zhuǎn)化后的水池液位，VD4為轉(zhuǎn)化后的水塔液位VD8-VD20里放的是上下限，判斷閥 和泵的狀態(tài)而使用的。I1 HtfM4 k Tit一 12 . mr-r陽口DDflI