水位控制系統(tǒng)論文

1、 電路計算機(jī)輔助設(shè)計 班 級： 測控1142 姓 名： 車軍賢 學(xué) 號： 22 指導(dǎo)教師： 張立新 馮璐 于靜 撰寫日期： 2013年11月22日 MCGS水位控制系統(tǒng)設(shè)計與制作在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制。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。而水位檢測可以有多種實現(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，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報警信

2、息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩ｊP(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51.1設(shè)計任務(wù)和目的51.2監(jiān)控系統(tǒng)分析和總體設(shè)計5第三章 運(yùn)用MCGS實現(xiàn)系統(tǒng)動畫63.1實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)63.2虛擬對象組態(tài)設(shè)計63.3窗口界面組態(tài)7 用戶窗口設(shè)計7定義數(shù)據(jù)對象73.4運(yùn)行策略組態(tài)93.5控制策略組態(tài)設(shè)計10控制要求10腳本程序編輯103.6歷史報表與實時報表數(shù)據(jù)113.7實時和歷史報警記錄報表設(shè)計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)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制。但是，在一般的情況下

3、，往往需要測量的水箱或水塔和控制室都有相當(dāng)長的距離，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論從時間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。給測量和控制帶來了一定的麻煩和不便，同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。 所以設(shè)計一種利用PLC的無線自動測量控制系統(tǒng)來控制水位是十分必要的，既不用架設(shè)電纜，而且可以實現(xiàn)水位的連續(xù)測量和控制，非常的方便和實用，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。而水位檢測可以

4、有多種實現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本實驗采用PLC和集成電路進(jìn)行主控制，在水池上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用單片微機(jī)或時基集成電路對接收到的信號進(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。對水泵進(jìn)行自動化控制的目的是當(dāng)水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度時，能夠及時的補(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)等特點受到極大的歡迎。其次就是分析部分，如何在檢測信息到來之后做到合理的分析并作到信息的反饋對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)上建立工控的對象，完成對PLC(下位機(jī))的控制，實現(xiàn)水位上限（250L）和下限（50L）的報警及自動控制，不僅可以以最少的人員配備對遠(yuǎn)程監(jiān)控的管理，提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的現(xiàn)場狀態(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、組態(tài)過程和PLC混合編程在實時監(jiān)控中的應(yīng)用。以典型水位控制系統(tǒng)為例，利用MCGS模擬水位和流量測算過程，開發(fā)一個水位控制遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。第二章 水位控制系統(tǒng)設(shè)計1.1設(shè)計任務(wù)和目的（1）完成水位控制系統(tǒng)的畫面制作，實現(xiàn)動畫控制效果。（2）了解常用工控組態(tài)軟件的主要特點及應(yīng)用。（3）掌握工控組態(tài)軟件MCGS主要特點及應(yīng)用。（4）重點掌握MCGS的畫面組態(tài)、動畫顯示、流程控制等解決實際工程問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（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€用戶窗口，

7、四個主菜單，分別作為水位控制、報警線時間、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 對本工程變量分析如下：1）水泵的起停：開關(guān)量輸出。2）調(diào)節(jié)閥的開啟關(guān)閉：開關(guān)量輸出。3）出水閥的開啟關(guān)閉：開關(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實現(xiàn)系統(tǒng)動畫3.1實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)據(jù)此產(chǎn)生本工程中與動畫和設(shè)備控制相關(guān)的變量名稱見圖3-1 圖3-1 工程中與動畫和設(shè)備控制相關(guān)的變量名稱3.2虛擬對象組態(tài)設(shè)計 對象元件庫管理 單擊“工具”菜單，選中“對象元件庫管理”或單擊工具條中的工具箱按鈕，則打開動畫工具箱，工具箱中的圖標(biāo)用于從對象元件庫中讀取存盤的圖形

8、對象；圖標(biāo)用于把當(dāng)前用戶窗口中選中的圖形對象存入對象元件庫中。如圖3-2所示 圖3-2 對象元件庫管理從圖3-2所示“對象元件庫管理”中的“儲藏罐”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“對象元件庫管理”中的“閥”和“泵”中分別選取2個閥（閥44、閥58）、1個泵（泵40）。3.3窗口界面組態(tài)用戶窗口設(shè)計 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“動畫組態(tài)”。選擇菜單項“文件”中的“保存窗口”,如圖3-3、3-4所示。

9、圖3-3 MCGS工作臺 圖-34 用戶窗口屬性設(shè)置定義數(shù)據(jù)對象 用鼠標(biāo)單擊MCGS組態(tài)平臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”，進(jìn)入實時數(shù)據(jù)庫窗口頁。按“新增對象”按鈕，則在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加新的數(shù)據(jù)對象，多次按此按鈕，則增加多個數(shù)據(jù)對象，系統(tǒng)缺省定義的名稱為“Data1”、“Data2”、“Data3”等。選中數(shù)據(jù)對象，按“對象屬性”按鈕，或雙擊選中對象，則打開“數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置” 窗口，如圖3-5所示。指定名稱類型：在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，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)對象，以“液位1”變量為例。在“基本屬性”中，將“對象名

10、稱”設(shè)為“液位1”；將“對象類型”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“對象名稱”設(shè)為“液位組”；將“對象類型”設(shè)為“組對象”；其他不變，在“存盤屬性”中，將“數(shù)據(jù)對象值的存盤”設(shè)為“定時存盤”，“存盤周期”設(shè)為5秒，在“組對象成員”中選擇“液位1”，“液位2”，如圖3-8、圖3-9所示。對于水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥三個開關(guān)型變量，屬性設(shè)置只要把“對象名稱”分別改為：水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥；“對象類型”選中“開關(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)組對象成員設(shè)置 圖3-7 數(shù)據(jù)存盤屬性設(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 就完成了一個按照時間循環(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)計控制要求 當(dāng)“水罐1”的液位達(dá)到9m時，就要把“水泵”關(guān)閉，否則就要自動啟動“水泵”；當(dāng)“水罐2”的液位不足1m時，就要自動關(guān)閉“出水閥”，否則自動開啟“出水閥”；當(dāng)“水罐1

12、”的液位大于1m，同時“水罐2”的液位小于6m就要自動開啟“調(diào)節(jié)閥”，否則自動關(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，按“確定”退出，這時再進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，就會按照所需要的控制流程，出現(xiàn)相應(yīng)的動畫效果。3.6歷史報表與實時報表數(shù)據(jù)在工程應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤，統(tǒng)計分析，并

13、根據(jù)實際情況打印出數(shù)據(jù)報表，所謂數(shù)據(jù)報表就是根據(jù)實際需要以一定格式將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示和打印出來，如：實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表（班報表、日報表、月報表等）。數(shù)據(jù)報表在工控系統(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、打印的最終體現(xiàn)，是整個工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)報表是對生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對象的狀態(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實時和歷史報警記錄報表設(shè)計本工程中需設(shè)置報警的數(shù)據(jù)對象包括：液位1、液位2.定義報警的具體操作如下：1）進(jìn)入實時數(shù)據(jù)庫，雙擊數(shù)據(jù)對象“液位1”。2）選中“報警屬性”標(biāo)簽。 3）選中“允許進(jìn)行報警處理”，報警設(shè)

14、置域被激活；4）選中報警設(shè)置域中的“下限報警”，報警值設(shè)為：2；報警注釋輸入：“水罐1沒水了！”。5）選中“上限報警”，報警值設(shè)為：9；報警注釋輸入：“水罐1的水已達(dá)上限值！”。6）單擊“存盤屬性”標(biāo)簽，選中報警數(shù)據(jù)的存盤域中的“自動保存產(chǎn)生的報警信息”。7) 按“確認(rèn)”按鈕，“液位1”報警設(shè)置完畢。8) 同理設(shè)置“液位2”的報警屬性。需要改動的設(shè)置為:“下限報警”的報警值設(shè)為：1.5；報警注釋輸入：“水罐2沒水了！”；“上限報警“的報警值設(shè)為：4；報警注釋輸入：“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

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”圖標(biāo)，會產(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”會打開“數(shù)據(jù)顯示”窗口，實時數(shù)據(jù)顯示正確。第四章 總結(jié)采用MCGS開發(fā)水箱水位控制系統(tǒng)，是模擬現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中對液位進(jìn)行測量、控制，觀察其變化特性，研究過程控制規(guī)律的試驗系統(tǒng)，具有過程控制的動態(tài)過程一般特點(大慣量、大延時、非線性)。經(jīng)過長期實驗， 運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確可靠，為理論

16、分析過程控制實驗的實現(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。對水泵進(jìn)行自動化控制的目的是當(dāng)水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度時，能夠及時的補(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、電接點壓力表式以及球型液位控制器等。本文通過利用MCGS組態(tài)軟件和PLC相結(jié)合，自動控制水箱水位高低。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)計時所要求的性能，而且具有穩(wěn)定性好，靈敏度高等特點，對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)自動化軟件科技有限公司的MCGS組態(tài)軟件，在液位實時顯示方面起到直觀的表現(xiàn)，而且在水位報警，實時報表，報警歷史曲線以及用戶設(shè)置方面可靈活設(shè)置。通過將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時顯示液位信息。 通過這次課程設(shè)計，我了解到組態(tài)軟件給自動工業(yè)控制帶來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