基于PLC控制系统构建的水塔水位控制系统(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上上传说明：本论文仅供大家学习和参考用中国石油大学(华东)PLC控制系统的构建综合实践报告学生姓名：苏豪育学 号：专业班级：自动化06-4班 2010年 3月 8 日PLC控制系统构建综合实践报告一、概述PLC控制系统实践环节主要是以可编程序逻辑控制器PLC为核心，以STEP7-Micro/WIN软件为开发平台，以实验台上的各种设备（挂件）为对象使用梯形图语言进行PLC控制程序的开发用来控制实验台上的各种设备。MCGS组态软件用于生成和运行水塔水位监控系统的组态工程文件。完成构建的PLC控制系统的监控功能。二、实验设备S21-1挂箱（S7-200可编程控制器）、S21-

2、3挂箱（水塔水位控制）、S21-2挂箱（基本指令）、S21-4（产生模拟信号）、计算机、STEP 7 MicroWIN软件、MCGS软件。三、具体任务及要求该实践的具体任务是组建水塔水位监控系统。水塔系统如下图所示：一、PLC控制程序（一）（一）控制要求 1、阀、泵的自动控制在自动控制状态下，当水池水位低于水位下限时，阀Y打开，当水池水位高于水位上限时，阀Y关闭。当水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水位下限时，泵M1运转抽水。当水塔水位高于水位上限时泵M1停止。2、阀、泵的手动控制在手动控制状态下，由基本指令编程练习单元中的开关I0.1控制阀的打开与关闭，当开关闭合时阀打开，开关断开时阀关闭

3、。由I0.2控制泵的打开与关闭，当I0.2闭合时泵打开，当I0.2断开时泵关闭。3、控制状态的切换与显示由I0.0实现控制状态的切换，当开关闭合时系统处于自动控制状态，当开关断开时系统处于手动控制状态。由灯Q0.0实现控制状态的显示，灯亮表示系统处于自动控制状态，灯灭表示系统处于手动控制状态。4、组灯控制由灯Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1构成组灯，以组灯的不同状态表示水流不同状态。具体说明如下：当阀泵均处于关闭状态时，组灯灭。当阀处于打开状态而泵处于关闭状态时，组灯中Q1.1、Q1.0、Q0.7依次循环点亮，且当其中某一灯亮时，其前一灯灭。当阀处于关闭状态而泵处于打开状态时，

4、组灯中Q0.7、Q0.6、Q0.5依次循环点亮，且当其中某一灯亮时，其前一灯灭。当阀泵均处于打开状态时，组灯中Q1.1、Q1.0、Q0.7、Q0.6、Q0.5依次循环点亮，且当其中某一灯亮时，其前一灯灭。二、PLC控制程序（二）（一）控制要求在PLC控制程序（一）的基础上添加完成如下功能： 1、液位信号的读取 将S21-4挂箱中电压输出单元的输出电压Ug1与Ug2分别作为水池与水塔的液位信号，信号范围为15VDC。并由PLC的模拟信号输入输出模块读取液位信号。 水池液位的变化范围为04m，即液位信号Ug1对应的测量范围为04m。水塔液位的变化范围为02m，即液位信号Ug2对应的测量范围为02m

5、。 2、阀、泵的自动控制在自动控制状态下，当水池水位低于水位下限（1m）时，阀Y打开，当水池水位高于水位上限（3m）时，阀Y关闭。当水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水位下限（0.5m）时，泵M1运转抽水。当水塔水位高于水位上限（1.5m）时泵M1停止。3、水位报警由基本指令编程练习单元中的灯Q0.1、Q0.2实现水位报警。当水池水位低于0.5m时，Q0.1闪烁，当水池水位高于或等于0.5m时， Q0.1灭。当水塔水位低于0.25m时，Q0.2闪，当水塔水位高于或等于0.25m时， Q0.2灭。三、MCGS组态程序（一）组态程序应实现的功能1、系统运行状态的显示 能够显示系统的控制状态、水池

6、和水塔的液位、阀泵的开关状态及水流状态。2、水位限值的设置 使用户能够设置水池与水塔液位的上下限值，即能够调整阀泵自动开关的条件。3、历史数据的记录和查询 能够记录一段时间内系统的控制状态、水池和水塔的液位、水池与水塔液位的上下限值以及阀泵的开关状态。并能对历史数据进行查询。4、报警功能当水池液位低于0.5m时，水池液位下下限报警。当水池液位高于3.5m时，水池液位上上限报警。当水塔液位低于0.25m时，水塔液位下下限报警。当水塔液位高于1.75m时，水塔液位上上限报警。5、操作权限的区分 设置两个用户组分别为工程师组和操作工组。创建分属于不同用户组的用户，两组用户均具有登录系统权限，但仅工程

7、师组用户具有设置水位上下限值的权限。6、工程文件的保护 对组态工程文件设置密码保护。（二）组态程序与PLC程序的连接1、在组态程序中作相应设置以建立数据连接通道。2、必要时修改PLC程序以配合组态程序中的相关设置，完成数据读写操作。四、实践过程（一）PLC控制程序（一）（1)PLC输入输出端口分配及硬件接线需要用到4个DI输入端来连接水塔水位开关，2个输出端来连接水泵及阀，还需要基本指令单元的3个开关，分别用来进行手自动切换，手动控制阀的状态及手动控制水泵。还需要Q0.0显示控制状态，组灯Q0.5Q1.1表现泵及阀的状态。首先要给PLC供电，主机输出端1L、2L、3L与主机的M相连，主机输入端

8、的1M、2M与主机电源L+相连。由于各实验模块单元的信号接口均为低电平模式，因此将各实验模块的L+与主机的L+相连，M与主机的M相连即可。S21-3挂箱S1S2S3S4M1YS21-1挂箱I1.1I1.2I1.3I1.4Q0.3Q0.4S21-2挂箱I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1S21-1挂箱I0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1（2）PLC控制程序 该任务较为简单，采用PLC中的一些基本指令即可实现，要用到阀及水泵的自锁来保证连续进水，还需要用到定时器来实现灯组的循环闪烁。（二）PLC控制程序（二） （1)PLC输入

9、输出端口分配及硬件接线 在（一）的基础上只需增加如下接线即可，Q0.1,Q0.2用来进行水池和水塔的低报显示，Ug1和Ug2分别用来模拟水池和水塔的液位信号。A-，B-均接地。S21-2挂箱Q0.1Q0.2S21-1挂箱Q0.1Q0.2S21-4挂箱Ug1Ug2S21-1挂箱A+B+为了消除干扰，可以将C+，C-短接，D+和D-短接。另外RA和RB不用接。RA通过一电阻与A- 相连，如若接上，就相当于给Ug后加了一个电阻，会改变给定电压值，但接不接本实验的实验结果没影响。（2）数据转化 D=(32107-6)*V/5+6; 计算一下，可以得下表 水池水池液位高度/m对应电压/V对应值0.51.

10、5970812129483425586水塔水塔液位高度/m对应电压/V对应值0.251.597180.52129441.5425855 (3)PLC程序 程序与（一）很相似，只需在一的基础上加以修改即可。（三）MCGS组态程序 MCGS共有5个窗口，主控窗口，设备窗口，用户窗口，实时数据库，运行策略。 (1)工程分析对本实践进行分析及对要求进行理解，可以得到以下信息：两个用户窗口，一个用来显示水塔水位控制的工程画面，窗口命名为水位控制，一个用来进行数据显示，定义为实时数据显示。四个主菜单，一个为实时数据显示，一个报警数据，一个历史数据，一个系统管理。在系统管理里面又有登录用户，密码修改及退出登

11、录子菜单。五个策略：启动策略，退出策略，循环策略，报警数据，历史数据策略。循环策略用来进行报警限值的修改，报警策略用来浏览存盘报警数据，历史数据用来浏览存盘历 史数据，以便在组态工程里面显示。实时数据库里需要定义的数据对象有：水池液位，水塔液位，水泵，手自动，阀，水池液位上上限，水池液位下下限，水池液位上限，水池液位下限，水塔液位上限，水塔液位下限，及一个液位组。(2)组态过程 1建立工程 建立名为水塔水位控制的工程。 2.定义数据对象 在实时数据库窗口，定义如下变量，相关设置如下。另外根据题目要求，要给水池液位定义上上限和下下限报警，可以在属性里的报警属性里进行设置，允许进行报警处理。水池液

12、位上上限报警为3.5，下下限为0.5，水塔液位上上限报警值为1.75，下下限为0.25。为了方便后续工作，给水池液位上限，下限分别赋初3，1。水塔液位上限，下限分别赋初值1.5，0.5。水池液位上上限，下下限 的设置是为了可以随时修改报警限。 定义一个液位组，设置其存盘属性为永久存盘，存盘周期为0.5S。这是为了查看历史数据而设置的。组对象成员添加如上图。3.画面组态 根据S21-2挂箱上的水塔水位控制系统进行画面的制作，需要一个水塔，一个水泵，一个水池，一个阀，四个报警指示灯（水池，水塔液位高低报警），这些均可以从对象元件库中添加，保证符合实际且美观即可。一些字体从工具箱中的标签进行添加即可

13、，还可以设置有无底色，有无边线，字体颜色，字体大小等。整体画面如下：4动画链接：水池（水塔）的动态链接，动画位置连接里选择大小变化，然后在大小变化里设置表达式为液位1（液位2），大小变化连接最小变化百分比为0，表达式的值为0;最大变化百分比为100,表达式的值为4(2),这样当液位变化时，组态画面上的水池（水塔）液位即可随之变化了。 水泵及阀的动态链接：以阀为例， 方法是双击水泵，弹出单元属性设置窗口。选择数据对象中的按钮输入，选择数据对象连接为阀。在动画连接的属性设置里面选择填充颜色，表达式设为进水阀，选择不同的填充颜色，即可在阀开闭时显示不同的颜色。同理可见度的设置也一样，当手动时，阀的图

14、符可见，自动时不可见。 管道内的水流效果以进水阀右边的流动快为例，在基本属性里面设置流动块的颜色为蓝色，流动方向为从右（下）左（上），流动速度为中。然后再设置流动属性表达式为进水阀。最终效果为当进水阀送水时，该流动块即开始流动。手自动状态的显示开关，这个可以从工具箱中的动画按钮添加，表达式为手自动，手动式动画按钮为一种状态，自动时又为另一种状态。 5设备连接在设备窗口里选择设备组态，在设备管理通用设备里选择串口通讯父设备，再选择PLC设备里西门子S7-200PPI即可。由于我所用的端口为COM1，需要在设备0属性设置里面改过来，在设备1基本属性内部属性里添加Q0.0，0.3，0.4，以及DF0

15、-20，相对应的数据对象如下图，这样就可以将PLC与MCSGS组态软件联系起来了。6.报警循环策略设置在循环策略脚本程序中加了如下程序IF 手自动=1 THENIF 液位1液位1上限 THEN 进水阀=0 ENDIFENDIFIF 手自动=1 THEN IF 液位2液位1下限 THEN 水泵=1 ENDIF IF 液位2液位2上限 THEN 水泵=0 ENDIF ENDIF!SetAlmValue(液位1,液位1上上限,4 )!SetAlmValue(液位1,液位1下下限,1 )!SetAlmValue(液位2,液位2上上限,4 )!SetAlmValue(液位2,液位2下下限,1 )报警数据

16、可以从报警信息浏览里获得，在运行策略里添加报警策略，再添加策略行在菜单组态中添加报警数据菜单，并执行报警策略，这样在运行环境下我们就可以查看报警数据了。7.数据显示功能 在用户窗口里新建一个窗口，定义为数据显示窗口，其功能是用来显示实时数据，在窗口组态环境中加入一个数据表格如下，并给表格连接上相应数据即可实时观测各个数据。 历史数据显示采用的方法是在运行策略中添加了历史数据策略，并添加如下策略行，存盘数据浏览数据来源为液位组，显示为所有存盘数据。然后在菜单组态中添加菜单历史数据，并让其运行历史数据策略即可以在运行环境下看到历史数据了。8.操作权限区分系统权限管理：进入主控窗口，在系统属性里设置

17、系统运行权限为许可工程师组和操作员组可以进入此系统，并设置为进入登陆，退出不登录。操作权限设置：进入用户窗口，在水池液位上限，下限，水塔液位上限，下限权限设置为工程师组。经过以上处理，工程师组和操作员组均可以登录系统，但只有工程师组的用户才可以修改上下限值。此外还可以设置工程文件的密码保护。9.PLC程序 由于原PLC程序与现在的系统不适应，所以应做相应修改。以下几行程序是为了将AIW0，2里的数字转化为对应的水池或水塔液位而用的。AIW0里的数据为16位的，要想将其转化为浮点实数，需要先转化为32位的，再转化为R的，然后进行运算即可。由于液位对应的电压为15V，所以中间加了一句判断，当转化成

18、的电压大于1V时，才将其转化为液位，否则我们调电压时可能会出现负值。VD0即为转化后的水池液位，VD4为转化后的水塔液位VD8-VD20里放的是上下限，判断阀和泵的状态而使用的。五 .实验总结通过进一周的实习，对PLC编程及MCGS组态软件的使用均有了一定程度的了解，在实验过程中锻炼了自己的编程能力及自学能力。该实验的实验内容（一），（二）均较为简单，可以只采用简单的梯形图语句就可以实现，前两个实验内容花费时间较少。MCGS组态软件则由于是初次使用，在掌握和熟悉上有一定难度。在实验过程中经常遇到问题，但通过思考，讨论，均顺利解决。长话短说，通过近一周的实习收获还是挺大的。真诚地感谢老师近一周的尽心指导！专心-专注-专业