水位控制系統(tǒng)論文

1、 電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 測(cè)控1142 姓 名： 車(chē)軍賢 學(xué) 號(hào)： 22 指導(dǎo)教師： 張立新 馮璐 于靜 撰寫(xiě)日期： 2013年11月22日 MCGS水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測(cè)可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測(cè)水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測(cè)量水位的變化，把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報(bào)警信

2、息顯示、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。關(guān)鍵詞：水位控制、MCGS、PLC目錄第一章 引言3第二章 水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)51.1設(shè)計(jì)任務(wù)和目的51.2監(jiān)控系統(tǒng)分析和總體設(shè)計(jì)5第三章 運(yùn)用MCGS實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)63.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)63.2虛擬對(duì)象組態(tài)設(shè)計(jì)63.3窗口界面組態(tài)7 用戶窗口設(shè)計(jì)7定義數(shù)據(jù)對(duì)象73.4運(yùn)行策略組態(tài)93.5控制策略組態(tài)設(shè)計(jì)10控制要求10腳本程序編輯103.6歷史報(bào)表與實(shí)時(shí)報(bào)表數(shù)據(jù)113.7實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警記錄報(bào)表設(shè)計(jì)123.8系統(tǒng)菜單組態(tài)13第四章 總結(jié)14參考文獻(xiàn)15附錄16第一章 引言在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量和控制。但是，在一般的情況下

3、，往往需要測(cè)量的水箱或水塔和控制室都有相當(dāng)長(zhǎng)的距離，常常需要架設(shè)在上百米或者上千米的輸電和控制線路，很顯然上述性的工作如果是人工完成的話無(wú)論從時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。給測(cè)量和控制帶來(lái)了一定的麻煩和不便，同時(shí)也容易出差錯(cuò)。因此急需一種能自動(dòng)檢測(cè)水位，并根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 所以設(shè)計(jì)一種利用PLC的無(wú)線自動(dòng)測(cè)量控制系統(tǒng)來(lái)控制水位是十分必要的，既不用架設(shè)電纜，而且可以實(shí)現(xiàn)水位的連續(xù)測(cè)量和控制，非常的方便和實(shí)用，而且節(jié)省人力和物力。本課題研究的內(nèi)容是“智能水位控制系統(tǒng)”。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測(cè)可以

4、有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本實(shí)驗(yàn)采用PLC和集成電路進(jìn)行主控制，在水池上安裝一個(gè)自動(dòng)測(cè)水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測(cè)量水位的變化，把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用單片微機(jī)或時(shí)基集成電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及故障報(bào)警等功能。本論文以傳感器為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上介紹水泵控制電路。也包括了完整的控制電路和詳細(xì)的原理說(shuō)明；介紹了傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理以應(yīng)用為目的。對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)化控制的目的是當(dāng)水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度時(shí)，能夠及時(shí)的補(bǔ)充，以保證工程人員的生活用水和機(jī)械設(shè)備用水，水泵控制通常采用限位式控制方式

5、（如壓力、水位高限和低限），常用的控制器有晶體管式、電接點(diǎn)壓力表式以及球型液位控制器等。水位傳感器是一種能把非電輸入信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的器件或裝置。它具有靈敏度高，可靠性好，利于安裝，誤差小，并且具有低成本，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)受到極大的歡迎。其次就是分析部分，如何在檢測(cè)信息到來(lái)之后做到合理的分析并作到信息的反饋對(duì)水位做出合理的處理。以下是以工控PC機(jī)為主控上位機(jī)，利用人機(jī)接口的智能軟件包-MCGS組態(tài)軟件在PC機(jī)上建立工控的對(duì)象，完成對(duì)PLC(下位機(jī))的控制，實(shí)現(xiàn)水位上限（250L）和下限（50L）的報(bào)警及自動(dòng)控制，不僅可以以最少的人員配備對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理，提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息

6、，進(jìn)而整體提高遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行速度。本文介紹了MCGS主要特點(diǎn)、組態(tài)過(guò)程和PLC混合編程在實(shí)時(shí)監(jiān)控中的應(yīng)用。以典型水位控制系統(tǒng)為例，利用MCGS模擬水位和流量測(cè)算過(guò)程，開(kāi)發(fā)一個(gè)水位控制遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。第二章 水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)和目的（1）完成水位控制系統(tǒng)的畫(huà)面制作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)控制效果。（2）了解常用工控組態(tài)軟件的主要特點(diǎn)及應(yīng)用。（3）掌握工控組態(tài)軟件MCGS主要特點(diǎn)及應(yīng)用。（4）重點(diǎn)掌握MCGS的畫(huà)面組態(tài)、動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制等解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案和操作方法。1.2監(jiān)控系統(tǒng)分析和總體設(shè)計(jì)（1）工程的框架結(jié)構(gòu) 本工程定義的名稱為“水位控制系統(tǒng)”，由五大窗口組成?？偣步⒘藘蓚€(gè)用戶窗口，

7、四個(gè)主菜單，分別作為水位控制、報(bào)警線時(shí)間、曲線顯示、數(shù)據(jù)顯示，構(gòu)成了本工程的基本骨架。（2）輸入、輸出設(shè)備的變量分析 對(duì)本工程變量分析如下：1）水泵的起停：開(kāi)關(guān)量輸出。2）調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟關(guān)閉：開(kāi)關(guān)量輸出。3）出水閥的開(kāi)啟關(guān)閉：開(kāi)關(guān)量輸出。4）水罐1、2液位指示：模擬量輸入。第三章 運(yùn)用MCGS實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)據(jù)此產(chǎn)生本工程中與動(dòng)畫(huà)和設(shè)備控制相關(guān)的變量名稱見(jiàn)圖3-1 圖3-1 工程中與動(dòng)畫(huà)和設(shè)備控制相關(guān)的變量名稱3.2虛擬對(duì)象組態(tài)設(shè)計(jì) 對(duì)象元件庫(kù)管理 單擊“工具”菜單，選中“對(duì)象元件庫(kù)管理”或單擊工具條中的工具箱按鈕，則打開(kāi)動(dòng)畫(huà)工具箱，工具箱中的圖標(biāo)用于從對(duì)象元件庫(kù)中讀取存盤(pán)的圖形

8、對(duì)象；圖標(biāo)用于把當(dāng)前用戶窗口中選中的圖形對(duì)象存入對(duì)象元件庫(kù)中。如圖3-2所示 圖3-2 對(duì)象元件庫(kù)管理從圖3-2所示“對(duì)象元件庫(kù)管理”中的“儲(chǔ)藏罐”中選取中意的罐，按“確定”按鈕，則所選中的罐出現(xiàn)在桌面的左上角，可以改變其大小及位置，如“罐17”、“罐53”。同理，從上圖3-2所示“對(duì)象元件庫(kù)管理”中的“閥”和“泵”中分別選取2個(gè)閥（閥44、閥58）、1個(gè)泵（泵40）。3.3窗口界面組態(tài)用戶窗口設(shè)計(jì) 選中“窗口0”，單擊“窗口屬性”，將“窗口名稱”改為“水位控制”；將“窗口標(biāo)題”改為“水位控制”。選中“水位控制”，單擊“動(dòng)畫(huà)組態(tài)”。選擇菜單項(xiàng)“文件”中的“保存窗口”,如圖3-3、3-4所示。

9、圖3-3 MCGS工作臺(tái) 圖-34 用戶窗口屬性設(shè)置定義數(shù)據(jù)對(duì)象 用鼠標(biāo)單擊MCGS組態(tài)平臺(tái)中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”，進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口頁(yè)。按“新增對(duì)象”按鈕，則在窗口的數(shù)據(jù)對(duì)象列表中，增加新的數(shù)據(jù)對(duì)象，多次按此按鈕，則增加多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，系統(tǒng)缺省定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data3”等。選中數(shù)據(jù)對(duì)象，按“對(duì)象屬性”按鈕，或雙擊選中對(duì)象，則打開(kāi)“數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置” 窗口，如圖3-5所示。指定名稱類(lèi)型：在窗口的數(shù)據(jù)對(duì)象列表中，用戶將系統(tǒng)定義的缺省名稱改為用戶定義的名稱，并指定類(lèi)型，在注釋欄中輸入變量注釋文字。本系統(tǒng)中要定義的數(shù)據(jù)對(duì)象，以“液位1”變量為例。在“基本屬性”中，將“對(duì)象名

10、稱”設(shè)為“液位1”；將“對(duì)象類(lèi)型”設(shè)為“數(shù)值”；其他不變，如圖3-6所示液位組變量屬性設(shè)置：在“基本屬性”中，將“對(duì)象名稱”設(shè)為“液位組”；將“對(duì)象類(lèi)型”設(shè)為“組對(duì)象”；其他不變，在“存盤(pán)屬性”中，將“數(shù)據(jù)對(duì)象值的存盤(pán)”設(shè)為“定時(shí)存盤(pán)”，“存盤(pán)周期”設(shè)為5秒，在“組對(duì)象成員”中選擇“液位1”，“液位2”，如圖3-8、圖3-9所示。對(duì)于水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥三個(gè)開(kāi)關(guān)型變量，屬性設(shè)置只要把“對(duì)象名稱”分別改為：水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥；“對(duì)象類(lèi)型”選中“開(kāi)關(guān)”，其他屬性不變。如圖3-10所示。圖3-5 數(shù)據(jù)基本屬性設(shè)置 圖3-6 數(shù)據(jù)組對(duì)象成員設(shè)置 圖3-7 數(shù)據(jù)存盤(pán)屬性設(shè)置 圖3-8 液位2屬性設(shè)置

11、圖3-9 液位1屬性設(shè)置 3-10 水泵屬性設(shè)置3.4運(yùn)行策略組態(tài)性設(shè)置 在運(yùn)行策略窗口，雙擊“循環(huán)策略”，雙擊圖標(biāo)進(jìn)入“策略屬性設(shè)置”窗口，如圖所示。只需要把“循環(huán)時(shí)間”設(shè)為“200”ms，在策略組態(tài)中，單擊工具條中的新增策略行圖標(biāo)就可以增加新的策略行，如圖3-11所示。 圖3-11 工具條新增策略行 就完成了一個(gè)按照時(shí)間循環(huán)運(yùn)行腳本程序的控制策略，如圖3-12所示。 圖3-12 策略工具箱腳本程序3.5控制策略組態(tài)設(shè)計(jì)控制要求 當(dāng)“水罐1”的液位達(dá)到9m時(shí)，就要把“水泵”關(guān)閉，否則就要自動(dòng)啟動(dòng)“水泵”；當(dāng)“水罐2”的液位不足1m時(shí)，就要自動(dòng)關(guān)閉“出水閥”，否則自動(dòng)開(kāi)啟“出水閥”；當(dāng)“水罐1

12、”的液位大于1m，同時(shí)“水罐2”的液位小于6m就要自動(dòng)開(kāi)啟“調(diào)節(jié)閥”，否則自動(dòng)關(guān)閉“調(diào)節(jié)閥”。腳本程序編輯雙擊圖標(biāo)進(jìn)入腳本程序編輯環(huán)境，如下圖所示。腳本程序編輯環(huán)境中使用右下角鍵盤(pán)輸入如下控制程序，最終結(jié)果如圖3-13所示。圖3-13 腳本程序編輯IF 液位1 9 THEN 水泵=1ELSE 水泵=0ENDIFIF 液位2 1 and 液位26 THEN 調(diào)節(jié)閥=1ELSE 調(diào)節(jié)閥=0ENDIF腳本程序編寫(xiě)，按“確定”退出，這時(shí)再進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，就會(huì)按照所需要的控制流程，出現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果。3.6歷史報(bào)表與實(shí)時(shí)報(bào)表數(shù)據(jù)在工程應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤(pán)，統(tǒng)計(jì)分析，并

13、根據(jù)實(shí)際情況打印出數(shù)據(jù)報(bào)表，所謂數(shù)據(jù)報(bào)表就是根據(jù)實(shí)際需要以一定格式將統(tǒng)計(jì)分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示和打印出來(lái)，如：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表（班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表等）。數(shù)據(jù)報(bào)表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分，是數(shù)據(jù)顯示、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、打印的最終體現(xiàn)，是整個(gè)工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)報(bào)表是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié)。如圖3-14所示。圖3-14 系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)3.7實(shí)時(shí)和歷史報(bào)警記錄報(bào)表設(shè)計(jì)本工程中需設(shè)置報(bào)警的數(shù)據(jù)對(duì)象包括：液位1、液位2.定義報(bào)警的具體操作如下：1）進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，雙擊數(shù)據(jù)對(duì)象“液位1”。2）選中“報(bào)警屬性”標(biāo)簽。 3）選中“允許進(jìn)行報(bào)警處理”，報(bào)警設(shè)

14、置域被激活；4）選中報(bào)警設(shè)置域中的“下限報(bào)警”，報(bào)警值設(shè)為：2；報(bào)警注釋輸入：“水罐1沒(méi)水了！”。5）選中“上限報(bào)警”，報(bào)警值設(shè)為：9；報(bào)警注釋輸入：“水罐1的水已達(dá)上限值！”。6）單擊“存盤(pán)屬性”標(biāo)簽，選中報(bào)警數(shù)據(jù)的存盤(pán)域中的“自動(dòng)保存產(chǎn)生的報(bào)警信息”。7) 按“確認(rèn)”按鈕，“液位1”報(bào)警設(shè)置完畢。8) 同理設(shè)置“液位2”的報(bào)警屬性。需要改動(dòng)的設(shè)置為:“下限報(bào)警”的報(bào)警值設(shè)為：1.5；報(bào)警注釋輸入：“水罐2沒(méi)水了！”；“上限報(bào)警“的報(bào)警值設(shè)為：4；報(bào)警注釋輸入：“水罐2的水已達(dá)上限值！”。如圖3-15.圖3-16.圖3-17所示 圖3-15 策略屬性設(shè)置 圖3-16單元屬性設(shè)置圖3-17 報(bào)

15、警顯示構(gòu)件屬性設(shè)置3.8系統(tǒng)菜單組態(tài) 在MCGS組態(tài)平臺(tái)上，單擊“主控窗口”，在“主控窗口”中，單擊“菜單組態(tài)”，在工具條中單擊“新增菜單項(xiàng)”圖標(biāo)，會(huì)產(chǎn)生“操作0”菜單。雙擊“操作0”菜單，彈出“菜單屬性設(shè)置”窗口。如圖3-18所示。圖3-18 菜單屬性設(shè)置按“F5”進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境后，單擊“菜單名“中的“數(shù)據(jù)顯示”會(huì)打開(kāi)“數(shù)據(jù)顯示”窗口，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示正確。第四章 總結(jié)采用MCGS開(kāi)發(fā)水箱水位控制系統(tǒng)，是模擬現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量、控制，觀察其變化特性，研究過(guò)程控制規(guī)律的試驗(yàn)系統(tǒng)，具有過(guò)程控制的動(dòng)態(tài)過(guò)程一般特點(diǎn)(大慣量、大延時(shí)、非線性)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)， 運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠，為理論

16、分析過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。本論文以傳感器為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上介紹水泵控制電路。也包括了完整的控制電路和詳細(xì)的原理說(shuō)明；介紹了傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理以應(yīng)用為目的。對(duì)水泵進(jìn)行自動(dòng)化控制的目的是當(dāng)水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度時(shí)，能夠及時(shí)的補(bǔ)充，以保證工程人員的生活用水和機(jī)械設(shè)備用水，水泵控制通常采用限位式控制方式（如壓力、水位高限和低限），常用的控制器有晶體管式、電接點(diǎn)壓力表式以及球型液位控制器等。本文通過(guò)利用MCGS組態(tài)軟件和PLC相結(jié)合，自動(dòng)控制水箱水位高低。在控制方面，首先考慮到的是PLC的特殊性能，不僅能夠起到設(shè)計(jì)時(shí)所要求的性能，而且具有穩(wěn)定性好，靈敏度高等特點(diǎn)，對(duì)水位控制可靈活控制。在數(shù)據(jù)顯示方面，利用了北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司的MCGS組態(tài)軟件，在液位實(shí)時(shí)顯示方面起到直觀的表現(xiàn)，而且在水位報(bào)警，實(shí)時(shí)報(bào)表，報(bào)警歷史曲線以及用戶設(shè)置方面可靈活設(shè)置。通過(guò)將PLC與組態(tài)軟件的相結(jié)合，不僅在控制端能精確控制，而且在顯示端也可實(shí)時(shí)顯示液位信息。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我了解到組態(tài)軟件給自動(dòng)工業(yè)控制帶來(lái)的便利之處和控制的準(zhǔn)確性。MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易