[精品]项目四 水塔水位控制系统设计.ppt
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1、项目四项目四 水塔水位控制系统设计水塔水位控制系统设计 一、教学目标一、教学目标终极目标：通过一个完整的上位机组态软件、下位机终极目标：通过一个完整的上位机组态软件、下位机PLC驱驱动变频器的以太网络通讯控制综合使用的设计，掌握对动变频器的以太网络通讯控制综合使用的设计，掌握对MCGS组态软件、组态软件、COMPACTLOGIX PLC、POWERFLEX40变频器的网络控制的综合设计应用。变频器的网络控制的综合设计应用。促成目标促成目标:1熟练使用熟练使用MCGS软件设计美观实用的控制界面，重点练软件设计美观实用的控制界面，重点练习通过习通过OPC驱动设备与驱动设备与COMPACTLOGIX
2、 PLC实现通讯。实现通讯。2会使用会使用COMPACTLOGIX PLC 进行程序设计，并配置进行程序设计，并配置与上位机与上位机MCGS组态软件及组态软件及POWERFLEX40的通讯设置。的通讯设置。3对对POWERFLEX40变频器进行参数设定并配置以太网通变频器进行参数设定并配置以太网通讯。讯。4对系统进行调试，连接变频器与电动机调试，并实现以对系统进行调试，连接变频器与电动机调试，并实现以太网通讯控制。太网通讯控制。二、工作任务二、工作任务完成如图完成如图4-1所示的水塔供水的变频控制系统，系统要求采用所示的水塔供水的变频控制系统，系统要求采用变频器控制水泵的频率，用变频器控制水泵
3、的频率，用PLC实现系统的控制要求，用组实现系统的控制要求，用组态软件实现上位机的监控及数据采集。态软件实现上位机的监控及数据采集。图4-1 水塔供水的变频控制系统组成（一）系统的组成（一）系统的组成1系统由四部分构成：水塔（高度是系统由四部分构成：水塔（高度是6m,在本项目中采用厘在本项目中采用厘米做单位，即米做单位，即600cm）、电磁阀、水泵及变频器。）、电磁阀、水泵及变频器。2.系统的工作原理。水塔进行水的存储，通过电磁阀的打开系统的工作原理。水塔进行水的存储，通过电磁阀的打开或关闭来控制是否对外供水，水泵通过或关闭来控制是否对外供水，水泵通过PLCPLC算法控制变频算法控制变频器的控
4、制对水塔变频补水。器的控制对水塔变频补水。（二）系统的控制要求（二）系统的控制要求1电磁阀的控制要求：当水塔水位大于电磁阀的控制要求：当水塔水位大于100CM时，电磁阀时，电磁阀打开；当水塔水位小于打开；当水塔水位小于100CM时，电磁阀关断。时，电磁阀关断。2水泵的变频控制要求：当水塔水位小于水泵的变频控制要求：当水塔水位小于200CM时，水泵时，水泵的控制频率为的控制频率为50HZ；当水塔水位大于；当水塔水位大于200CM小于小于300CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为40HZ；当水塔水位大于；当水塔水位大于300CM小小于于400CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为30
5、HZ；当水塔的水位大；当水塔的水位大于于400CM小于小于500CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为20HZ；当水；当水塔水位大于塔水位大于500CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为0HZ。（三）工程步骤（三）工程步骤主要分四个模块：主要分四个模块：1上位机组态控制界面的设计上位机组态控制界面的设计2PLC程序的编辑程序的编辑3变频器的设置变频器的设置4系统的调试系统的调试模块模块1上位机界面设计上位机界面设计 一、教学目标一、教学目标终极目标：熟练使用MCGS设计控制界面并进行调试。促成目标：（阶段性目标）1用MCGS设计控制界面2进行模拟调试二、工作任务二、工作任务1控制界
6、面的设计2程序的调试三、能力训练三、能力训练1.工程的分析：包括：界面的设计分析、参数的分析、下位机工程的分析：包括：界面的设计分析、参数的分析、下位机的通讯分析。的通讯分析。2.具体的操作具体的操作:包括包括:工程数据的定义、控制界面的设计、模拟工程数据的定义、控制界面的设计、模拟调试。调试。(一一)工程分析工程分析 1.界面分析界面分析在该系统中，组态软件实现的上位机控制主要实现三个目的：在该系统中，组态软件实现的上位机控制主要实现三个目的：（1）系统运行情况的动态模拟。本系统中主要模拟四个部件）系统运行情况的动态模拟。本系统中主要模拟四个部件即水泵、变频器、水塔、出水阀的运行状况。水泵、
7、出水阀即水泵、变频器、水塔、出水阀的运行状况。水泵、出水阀采用颜色的变化方法来表示其开和关，水塔采用液位变化的采用颜色的变化方法来表示其开和关，水塔采用液位变化的方法，变频器采用显示频率的方法来表示其运行状况。水塔、方法，变频器采用显示频率的方法来表示其运行状况。水塔、水泵、出水阀之间的水位流动采用流动块来表示。水泵、出水阀之间的水位流动采用流动块来表示。（2）系统的启动和停止的控制及系统运行的危险报警。系统）系统的启动和停止的控制及系统运行的危险报警。系统中启动和停止信号用按钮控件来实现，报警功能主要对水塔中启动和停止信号用按钮控件来实现，报警功能主要对水塔液位的高度进行控制，液位超过或低于
8、一定的限定系统报警。液位的高度进行控制，液位超过或低于一定的限定系统报警。上位机界面中关于报警部分主要有有输入框输入水位上下限上位机界面中关于报警部分主要有有输入框输入水位上下限参量，用报警显示工具条及报警灯来进行报警提示，同时在参量，用报警显示工具条及报警灯来进行报警提示，同时在数据库里保存报警的相关信息。数据库里保存报警的相关信息。（3）系统重要参数的显示及数据保存。本系统中主要的参数）系统重要参数的显示及数据保存。本系统中主要的参数是水泵的运行频率和水塔的液位高度，显示采用标签进行动是水泵的运行频率和水塔的液位高度，显示采用标签进行动态显示，同时把这两个参数的分时数据用数据组的方式存入态
9、显示，同时把这两个参数的分时数据用数据组的方式存入数据库，便于日后查询。数据库，便于日后查询。2.参量分析参量分析实现本系统的上位机控制功能，至少需要设置实现本系统的上位机控制功能，至少需要设置9个参量。具体如个参量。具体如表表4-1所示：所示：参量名称 数据类型 输入输出类型用途 液位 数值型输入（来自PLC）表征水塔的液位高度水泵运行频率 数值型输入（来自PLC）表征水泵的运行频率 水泵启动 开关量输出（传给PLC）控制启动水泵 液位上限数值型输出（传给PLC）液位上限的限制 液位下限数值型输出（传给PLC）液位下限的限制水泵运行状态 开关量输入（来自PLC）表征水泵的开停状态出水阀运行状
10、态开关量输入（来自PLC）表征出水阀的开停状态水泵停止 开关量输出（传给PLC）控制停止水泵查询数据 组对象中间变量（用于数据查询）包括液位和水泵运行频率两个参量用数据的查询表4-1 参数的设置3.下位机通讯的分析下位机通讯的分析 本系统上位机本系统上位机(PC机机)与下位机与下位机(PLC)之间通过以太网连接。之间通过以太网连接。PLC采用美国罗克韦尔公司的采用美国罗克韦尔公司的COMPACTLOGIX PLC，PLC带有以太网通讯模块。上位机组态软件部分需要配置带有以太网通讯模块。上位机组态软件部分需要配置OPC设备实现与设备实现与PLC的通讯。上位机做为的通讯。上位机做为OPC设备的客户
11、端，设备的客户端，PLC作为作为OPC的服务器端，进行通讯。的服务器端，进行通讯。(二二)具体操作具体操作 1.工程数据库的定义工程数据库的定义按照参数的分析按照参数的分析,在在MCGS数据库中定义九个参数如图数据库中定义九个参数如图4-2所示所示.图4-2 系统定义的数据库参数(二二)具体操作具体操作 2.控制界面的制作控制界面的制作,完成如图完成如图4.3的控制界面的控制界面图4-3 控制界面(二二)具体操作具体操作 3.模拟运行调试模拟运行调试 用模拟设备产生水位的值用模拟设备产生水位的值,来调试上位机程序的运行情况来调试上位机程序的运行情况.具体具体模拟设备的配置如图模拟设备的配置如图
12、4-4所示所示.图4-4 模拟设备的配置模块模块2 PLC软件设计软件设计 一、教学目标一、教学目标掌握COMPACTLOGICX PLC 的基本设计方法，掌握AB PLC的梯形图的基本编辑方法、掌握AB OPC服务器的配置、掌握PLC工业以太网的配置方法及通过以太网实现与变频器的通讯。二、工作任务二、工作任务1 定义需要与上位机组态软件及变频器通讯的输入输出变量。2 编制梯形图实现水位控制的算法。三、能力训练三、能力训练1.PLC设计的分析：包括：控制要求的分析、输入设计的分析：包括：控制要求的分析、输入输出参数的输出参数的分析。分析。2.具体的操作具体的操作:包括包括:变量的定义、通讯模块
13、的设置、控制程序变量的定义、通讯模块的设置、控制程序的实现。的实现。(一一)PLC设计分析设计分析 1.系统的控制要求系统的控制要求 电磁阀的控制要求：当水塔水位大于电磁阀的控制要求：当水塔水位大于100CM时，电磁阀打开；时，电磁阀打开；当水塔水位小于当水塔水位小于100CM时，电磁阀关断。时，电磁阀关断。水泵的变频控制要求：当水塔水位小于水泵的变频控制要求：当水塔水位小于200CM时，水泵的控时，水泵的控制频率为制频率为50HZ；当水塔水位大于；当水塔水位大于200CM小于小于300CM时，水时，水泵的控制频率为泵的控制频率为40HZ；当水塔水位大于；当水塔水位大于300CM小于小于400
14、CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为30HZ；当水塔的水位大于；当水塔的水位大于400CM小于小于500CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为20HZ；当水塔水位大于；当水塔水位大于500CM时，水泵的控制频率为时，水泵的控制频率为0HZ。2.通讯的控制要求通讯的控制要求与上位机之间进行通讯。主要需要与组态软件通讯的参数有：与上位机之间进行通讯。主要需要与组态软件通讯的参数有：液位、水泵运行频率、液位上限、液位下限、水泵启动、水泵停液位、水泵运行频率、液位上限、液位下限、水泵启动、水泵停止、水泵运行状态、出水阀运行状态。止、水泵运行状态、出水阀运行状态。与变频器之间的通讯。主要需
15、要通讯的参数有：变频器启动、与变频器之间的通讯。主要需要通讯的参数有：变频器启动、变频器停止、变频器运行频率。变频器停止、变频器运行频率。(一一)PLC设计分析设计分析 3.输入、输出的分析（具体参数见下表）输入、输出的分析（具体参数见下表）变量名称变量名称类型类型性质性质通讯对象通讯对象对应的参量对应的参量Water INT输入组态软件液位StartBOOL输入组态软件水泵启动StopBOOL输入组态软件水泵停止VALVEBOOL输出组态软件水泵运行状态BUMP BOOL输出组态软件出水阀运行状态HzDINT输出组态软件水泵运行频率WATERUP INT输入组态软件液位上限WATERDOWN
16、INT输入组态软件液位下限Water.O.Data0.0AB:ETHERNET_MODULE:C:0输出变频器变频器开Water.O.Data0.1AB:ETHERNET_MODULE:C:0输出变频器变频器关Water.O.Data1AB:ETHERNET_MODULE:C:0输出变频器运行频率(二二)具体操作具体操作 1.变量的定义。变量的定义。双击双击RSLOGIX5000软件，进入软件设计界面，软件，进入软件设计界面，把文件另存为把文件另存为“watercontrol”文件。打开文件。打开CONTROLLER WATERCONTROL 文件夹，双击文件夹，双击 CONROLLER TA
17、GS 标标签，打开控制器范围的变量定义界面，点击下部的签，打开控制器范围的变量定义界面，点击下部的EDIT TAGS标签做做如下图所示的变量定义。标签做做如下图所示的变量定义。(二二)具体操作具体操作 2.与变频器通讯的以太网模块的设置与变频器通讯的以太网模块的设置。点开点开I/O Configuration 文件夹，选中文件夹，选中1769-L32E Ethernet Port LocalENB标签，按鼠标签，按鼠标右键弹出选择菜单，点选标右键弹出选择菜单，点选NEWMOULDE命令，弹出模块命令，弹出模块选择界面，选择选择界面，选择ETHERNET MOULD 模块。如图模块。如图4-45
18、所示。所示。对以太网模块进行如下的设置：同时再回到对以太网模块进行如下的设置：同时再回到CONROLLER TAGS 标签界面，系统自动产生三个以太网参量。标签界面，系统自动产生三个以太网参量。3.控制程序的实现（见教材）。控制程序的实现（见教材）。模块模块3 变频器的参数设置变频器的参数设置 一、教学目标一、教学目标掌握变频器的连线与参数设置，掌握POWFLEX40变频器的基本使用方法及POWFLEX40变频器与PLC之间的工业以太网通讯。二、工作任务二、工作任务1 连接好变频器的动力和控制线路2 配置好变频器的参数三、能力训练三、能力训练 变频器的选型要求：变频器的选型要求：1变频器与变频
19、器与PLC之间的通讯采用以太网通讯接口。之间的通讯采用以太网通讯接口。2变频器与水泵之间的配合主要依据额定相电流。变频器与水泵之间的配合主要依据额定相电流。对变频器进行选型对变频器进行选型本套水位控制系统采用万达自吸泵，其额定参数如下表所示，则本套水位控制系统采用万达自吸泵，其额定参数如下表所示，则对应选择的对应选择的POWERFLEX40的型号及参数则对应为：的型号及参数则对应为：名称 类型名称 电压类型 额定相电流额定功率 水泵万达自吸泵 GP125 380V/三相1.2A 220W变频器22B-D1P4N104 480V/三相 1.4A 370W POWERFLEX40变频器主要的命名原
20、则变频器主要的命名原则 本套水位控制系统采用万达自吸泵，其额定参数如下表所示，则本套水位控制系统采用万达自吸泵，其额定参数如下表所示，则对应选择的对应选择的POWERFLEX40的型号及参数则对应为：的型号及参数则对应为：、变频器接线：、变频器接线：变频器与电动机接线如下图所示：变频器与电动机接线如下图所示：变频器的设置变频器的设置 分别把分别把P038、P036分别设置成分别设置成5、5。即启动和频率都采用网络。即启动和频率都采用网络控制的方式。控制的方式。模块模块4 OPC设备通讯设置及模拟测试设备通讯设置及模拟测试 一、教学目标一、教学目标掌握上位机组态软件与下位机PLC之间通过OPC设
21、备的方式进行通讯的方法，同时对连在以太网上的上位机、下位机、变频器的设备进行联网调试。二、工作任务二、工作任务1 对组态软件进行OPC设备客户端配置2 RSLINX软件的OPC服务器端配置三、能力训练三、能力训练 系统分析，包括硬件连接、软件连接、和模拟测试。系统分析，包括硬件连接、软件连接、和模拟测试。具体操作，包括硬件连接和软件设置具体操作，包括硬件连接和软件设置(一一)系统分析系统分析 1.硬件连接硬件连接 硬件连接如下图所示，硬件连接如下图所示，POWFLEX40变频器、变频器、COMPACTLOGIX PLC与与PC机通过以太网共同连接到以太机通过以太网共同连接到以太网交换机上。网交
22、换机上。变频器PLCPC机以太网交换机(一一)系统分析系统分析 2.软件连接软件连接 软件连接如下图所示，核心的通讯软件是安装在软件连接如下图所示，核心的通讯软件是安装在PC机上的机上的RSLINX软件。它是变频器与软件。它是变频器与PLC、PLC与组态软件之间通与组态软件之间通讯的桥梁。但变频器与讯的桥梁。但变频器与PLC和和PLC与组态软件这两种通讯，与组态软件这两种通讯，它们的方式不同。它们的方式不同。PLC与变频器之间采用的是通过互定义全与变频器之间采用的是通过互定义全局变量来实现通讯。而局变量来实现通讯。而PLC与与MCGS组态软件之间是通过组态软件之间是通过OPC中间设备来实现通讯
23、。中间设备来实现通讯。变频器（嵌入式软件）PLCRSLOGIX5000MCGS（OPC客户端）RSLINX（全局变量）RSLINX（OPC服务器）(一一)系统分析系统分析 2.软件连接软件连接 软件连接如下图所示，核心的通讯软件是安装在软件连接如下图所示，核心的通讯软件是安装在PC机上的机上的RSLINX软件。它是变频器与软件。它是变频器与PLC、PLC与组态软件之间通与组态软件之间通讯的桥梁。但变频器与讯的桥梁。但变频器与PLC和和PLC与组态软件这两种通讯，与组态软件这两种通讯，它们的方式不同。它们的方式不同。PLC与变频器之间采用的是通过互定义全与变频器之间采用的是通过互定义全局变量来实
24、现通讯。而局变量来实现通讯。而PLC与与MCGS组态软件之间是通过组态软件之间是通过OPC中间设备来实现通讯。中间设备来实现通讯。变频器（嵌入式软件）PLCRSLOGIX5000MCGS（OPC客户端）RSLINX（全局变量）RSLINX（OPC服务器）(一一)系统分析系统分析 3.模拟测试模拟测试 通过上位机的组态软件的模拟设备模拟产生水塔液位的数据，通过上位机的组态软件的模拟设备模拟产生水塔液位的数据，把这个液位数据传给把这个液位数据传给PLC，PLC根据液位的高低进行频率的根据液位的高低进行频率的控制。进行整个系统的模拟运行。控制。进行整个系统的模拟运行。(二二)具体操作具体操作 1.硬
25、件连接硬件连接 硬件连接，按结构图的接线采用双绞线连接好系统。硬件连接，按结构图的接线采用双绞线连接好系统。(二二)具体操作具体操作 2.软件连接软件连接 变频器与PLC通讯只需要在PLC上定义好相关的全局变量，此部分工作在模块二已经完成。组态软件与PLC之间的通讯。RSLINX的OPC服务器设置。双击右下角的RSLINX软件,点击DDE/OPC指令,出现如下图所示界面:点选NEW按钮建立WATER2 TOPIC（即OPC服务器）。然后在DATASOURCE标签点开，选中需要通讯的PLC的控制器，本例选，192.168.0.28的00 Compactlogix Processor,选中ADVA
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