基于力控的液位測量控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）基于力控的液位測量控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)院（系）： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 摘 要油罐在石油化工工業(yè)生產(chǎn)及貯油方面具有不可忽視的作用，既然這樣，油罐的液位測量就顯得非常重要。本論文在對比國內(nèi)外相關(guān)課題后，提出了一套完整的油罐液位系統(tǒng)測量方案。該系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）的電源模塊，CPU模塊及模擬、數(shù)字的輸入、輸出模塊作為硬件，并將其相互連接達(dá)到液位和溫度的測量及顯示作用，同時利用Pro-32程序作為該系統(tǒng)的軟件對其進(jìn)行溫度信號的采集和液位信號的測量。最后，再應(yīng)用力控軟件對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 該系統(tǒng)包括三套液位測量裝置，在本次設(shè)計中應(yīng)用小型以太網(wǎng)聯(lián)接在一起，達(dá)到分散設(shè)備

2、，集中控制的目的。關(guān)鍵詞：液位測量 PLC 以太網(wǎng)AbstractOilcan has the function that have to cant neglect in petroleum chemical engineering industry production and the oil of storing, since like this, the measures liquid of the oilcan and then seem to be very important.My thesis put forward a set of complete oilcans liqui

3、d system diagraph project after contrasting domestic and international and related lesson.The system supply power model,CPU model and analog,digital input,output model as its hardware,combining its mutually connection to attain the liquid a diagraph with manifestation function of temperature, combin

4、ing exploitation procedure Pro-32 conduct and actions that system of the programmable controller( PLC) in adoption in the system proceed the temperature signal collects with the diagraph of the liquid a signal.Finally, then the applied dint really control the software to proceed to imitate to the sy

5、stem.The system includes three sets of equipment for measuring liquid device, in this design They are connected together by applied small scaled ether net, and get dispersion equipments, concentrating control.Key phrase: The liquid measures The PLC Ether net目 錄第一章 前言1.1 課題概述41.2 課題意義4第二章 系統(tǒng)設(shè)計概述2.1 概

6、述52.2 液位測量系統(tǒng)工藝流程圖52.3 系統(tǒng)控制面板72.4 電氣主回路8第三章 基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)3.1什么是以太網(wǎng)93.2什么是現(xiàn)場總線93.3基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)9第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 概述114.2 模塊選取114.3 模塊簡介及接線13第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 概述295.2 梯形圖編程295.3 Pro-32軟件在本設(shè)計中的應(yīng)用31第六章 力控軟件簡介及在其本系統(tǒng)中的應(yīng)用6.1 力控軟件簡介336.2 力控軟件的組成336.3 力控軟件在本系統(tǒng)中的應(yīng)用34參考文獻(xiàn)36致謝37第一章 前 言1.1 課題概述此課題為油罐的液位測量系統(tǒng)的設(shè)計。通過對液位測量系統(tǒng)的充

7、分調(diào)研基礎(chǔ)上，提出一套性價比較高的硬件配套方案，采用開放、標(biāo)準(zhǔn)和價廉的以太網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)與工廠管理網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，為企業(yè)信息化的順利實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。本課題主要實現(xiàn)控制系統(tǒng)的硬件配置、通信系統(tǒng)配置、人機(jī)界面組態(tài)、控制軟件設(shè)計等。利用控制以太網(wǎng)和通用組態(tài)軟件技術(shù)完成上下位機(jī)數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)的設(shè)計，上位監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計等，利用專用控制軟件完成液位測量系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計。1.2 課題意義該課題通過對幾套油罐裝置的以太網(wǎng)連接，實現(xiàn)在本地及上位機(jī)遠(yuǎn)程端的控制。因此通過本次設(shè)計可以脫離課本，親自融入到計算機(jī)控制的實際應(yīng)用中；通過對油罐液位測量系統(tǒng)軟、硬件方面的設(shè)計，讓我們更加全面的掌握PL

8、C這一控制工具在本設(shè)計中的應(yīng)用。另外，該設(shè)計在計算機(jī)直接控制系統(tǒng)基本模式的基礎(chǔ)上，更多的融入了現(xiàn)場總線技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)。重在培養(yǎng)建立控制體系的概念和基本過程，為了更好地和自動控制領(lǐng)域前沿接軌，對實驗室建設(shè)是一個很好的范例，并對實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。第二章 系統(tǒng)設(shè)計概述2.1 概述該油罐液位測量系統(tǒng)的任務(wù)是分別應(yīng)用本地及上位機(jī)對油罐液位的測量，系統(tǒng)共三套設(shè)備，其中測量部分不是簡單的應(yīng)用傳感器來測量，而是應(yīng)用WOGO公司的編碼器來實現(xiàn)的。如圖所示，油罐通過浮子把液位變化傳遞給編碼器，編碼器再把液位的位移信號變成脈沖信號來處理，編碼器和浮子之間還要通過滑輪和拉線盒來連接。上位機(jī)監(jiān)控則是應(yīng)用通用組態(tài)軟

9、件力控來實現(xiàn)的，利用控制以太網(wǎng)和通用組態(tài)軟件技術(shù)完成上下位機(jī)數(shù)據(jù)交換，現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)的設(shè)計，上位監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計等，利用專用控制軟件完成液位測量系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計。2.2 液位測量系統(tǒng)工藝流程圖如圖2.1所示，該系統(tǒng)為12米高的油罐，工業(yè)上用來貯油，為了保持油位有一個穩(wěn)定的高度，油罐有入口和出口，分別用泵來送油和用電磁閥來出油。其中，泵和電磁閥可用手動面板和上位機(jī)分別控制。另外，為了檢測油罐液位，該系統(tǒng)設(shè)置了浮子和拉線盒把液位信號傳送到編碼器，編碼器再把位移信號變成脈沖信號，從而用PLC來控制。編碼器的轉(zhuǎn)換精度為120mm/1000個脈沖，也就是說浮子每上升120mm，編碼器就產(chǎn)生10

10、00個脈沖，PLC通過檢測到的脈沖信號便可知道油位的變化，以達(dá)到檢測油位的目的。另外，為了保證油罐的安全生產(chǎn)，該系統(tǒng)用三個熱電阻來檢測溫度信號，檢測出溫度信號后，取其平均值顯示到溫度儀表上，用來監(jiān)測該系統(tǒng)溫度的變化，確保了系統(tǒng)的安全性。圖2.1 液位測量系統(tǒng)工藝流程圖2.3 系統(tǒng)控制面板設(shè)備1液位顯示 設(shè)備2液位顯示 設(shè)備3液位顯示設(shè)備1溫度顯示 設(shè)備2溫度顯示 設(shè)備3溫度顯示Power 泵1啟指示 泵2啟指示 泵3啟指示 本地/遠(yuǎn)程 Power開關(guān) 泵1啟/停 泵2啟/停 泵3啟/停 電磁閥3手動開關(guān)電磁閥2手動開關(guān)電磁閥1手動開關(guān)圖2.2 系統(tǒng)控制面板如圖2.2所示為本系統(tǒng)的控制面板，也是

11、該油罐液位測量系統(tǒng)的手動操作平臺，包括電源開關(guān)及其指示燈、“本地/遠(yuǎn)程”選擇開關(guān)、三套設(shè)備的泵起泵停選擇開關(guān)及各設(shè)備指示燈、電磁閥手動開關(guān)，以及各套設(shè)備的液位和溫度顯示。2.4 電氣主回路變壓器UVWNFUFUFUFUK電源開關(guān)LKM1KM2KM3FR1FR2FR3M2M1AC220VDC24VM3弱電設(shè)備 強(qiáng)電設(shè)備圖2.3 系統(tǒng)電氣主回路如圖2.3所示為該系統(tǒng)的電氣主回路圖，其中包括三臺異步電動機(jī)，分別控制三套設(shè)備中泵的接觸器線圈的吸合。另外還有兩條分別供給強(qiáng)電設(shè)備和弱電設(shè)備的線路。第三章 基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)3.1 什么是以太網(wǎng)以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定

12、義了在局域網(wǎng)（LAN）中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜10 Base T以太網(wǎng)由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)。直擴(kuò)的無線以太網(wǎng)可達(dá)11Mbps，許多制造供應(yīng)商提供的產(chǎn)品都能采用通用的軟件協(xié)議進(jìn)行通信，開放性最好。3.2 什么是現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域有一個新時代的開始，并將對該領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使他們各自都具有了數(shù)字計算和通信能力，采用進(jìn)

13、行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機(jī)化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。簡而言之，它把單個分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它給自動化領(lǐng)域帶來的變化，正如眾多分散的計算機(jī)被網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使計算機(jī)的功能、作用發(fā)生的變化?，F(xiàn)場總線則使自控系統(tǒng)與設(shè)備具有了通信能力，把它們連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列。3.3 基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)從兩年前開始,現(xiàn)場總線開始

14、轉(zhuǎn)向在IT領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的、開20多年來發(fā)展最為成功的Ethernet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。把以太網(wǎng)技術(shù)融入到現(xiàn)場總線中，形成了現(xiàn)代控制領(lǐng)域發(fā)展的一個熱點和流行趨勢。目前,profibus、DeviceNet、ControlNet和LonWorks等都已經(jīng)使用Ethernet技術(shù)。這些公司都在研究通過一種稱作管道(Tunnel)的簡單傳遞機(jī)構(gòu),使用Ethernet網(wǎng)絡(luò)傳送它們的報文。這種方法簡單可行,現(xiàn)場裝置保持不變,僅需要一個專用的Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口取代原來的線驅(qū)動器,就可完成與以太網(wǎng)的連接。與此同時,美國電氣工程師協(xié)會(IEEE)正著手制定現(xiàn)場裝置與Ethernet通信的新標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)能夠使網(wǎng)絡(luò)直

15、接看到對象(Object)。這些工作為Ethernet進(jìn)入工業(yè)自動化的現(xiàn)場級打下了基礎(chǔ)。1995年WAGO公司率先研制了現(xiàn)場分布式輸入/輸出自動化控制系統(tǒng)WAGO-I/O-SYSTEM750并在其廣泛的應(yīng)用中被世人所承認(rèn)。近年來WAGO公司推出的現(xiàn)場總線輸入/輸出系統(tǒng)不僅支持PROFIBUS-DP/FMS 、CANopen、 INTERBUS、 DeviceNET、 MODBUS、 LonWorks、 Ethernet TCP/IP、 LIGHTBUS、 CAL等多種開放式標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線，還支持使用RS232C、RS485 TTY-20mA接口的通訊，而且網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大可與具有開放式標(biāo)準(zhǔn)的任何控制

16、產(chǎn)品兼容，所以可用于各種工業(yè)現(xiàn)場，如汽車制造、 造紙、 紡織 、石油化工、 煙廠、 冶金工業(yè)、 電力、 鐵路交通與樓宇自動化等。本次畢業(yè)設(shè)計就采用的是WAGO公司的現(xiàn)場總線輸入/輸出系統(tǒng)（WAGO750-842）。WAGO750-842（TCP/IP現(xiàn)場總線控制器）系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)接口實現(xiàn)現(xiàn)場總線與INTERNET的連接。第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 概述工業(yè)自動化可以分成過程自動化和機(jī)械自動化。過程自動化是對化工、石油、石化、冶金、電站、輕工等工業(yè)部門的連續(xù)生產(chǎn)過程進(jìn)行自動化控制，其所處理的對象是以流體為主的溫度、壓力、流量、液位、等連續(xù)的物理量。機(jī)械自動化則是對原料及產(chǎn)品進(jìn)行加工、組裝、檢

17、測、搬運(yùn)、包裝、入庫等機(jī)械作業(yè)進(jìn)行自動控制。其所處理的對象是以固體為主的離散物理量。一般過程自動化用PPC（可編程控制器）來組成系統(tǒng)進(jìn)行控制，而機(jī)械自動化則用PLC（可編程控制器）組成系統(tǒng)進(jìn)行控制。但自七十年代以來，由于微處理器，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)及迅速發(fā)展，用于工業(yè)自動控制的部件及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不斷地革新。自七十年代后期國內(nèi)外出現(xiàn)了總體分散型計算機(jī)控制系統(tǒng)（簡稱分散系統(tǒng)Total Distributed Control System或Distributed Computer Control System）。它具有控制功能和信息存儲分散、顯示、操作、管理集中等優(yōu)點，為此它在國外的過程控

18、制的領(lǐng)域中得到很快發(fā)展。同樣，PLC在這期間亦得到很快發(fā)展，且其控制功能不斷向PPC領(lǐng)域滲透，增加了PID運(yùn)算及其他適合于過程控制用的先進(jìn)算法和相應(yīng)的I/O模塊。在通訊功能上，不僅PLC間可聯(lián)網(wǎng)，而且還可聯(lián)到其他系統(tǒng)的網(wǎng)上，如以太網(wǎng)等。DCS是計算機(jī)控制系統(tǒng)的一種體系結(jié)構(gòu)，因此它可以用PPC組成DCS，也可用PLC構(gòu)成DCS。由于PPC和PLC的功能相互滲透，所以由它們組成的DCS功能也逐步接近甚至可相同。本系統(tǒng)的設(shè)計中就考慮到了PLC的諸多優(yōu)點及方便性，而采用WAGO公司的電源、CPU、模擬輸入和輸出以及數(shù)字輸入和輸出模塊來完成油罐的液位測量，同時實現(xiàn)本地和上位機(jī)的監(jiān)控。4.2 模塊選取4.

19、2.1 模塊選取原則數(shù)字量輸入模塊的選取原則a 根據(jù)輸入信號是有源觸電還是無源觸電。（1）有源觸電也稱電開關(guān)，分為直流DC型（一般為晶體管型電路結(jié)構(gòu)，例如接近開關(guān)，激光傳感器（開關(guān)）等）和交流AC型。（2）無源觸電，即機(jī)械觸電，例如按鈕開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、機(jī)械式的限位開關(guān)等。若輸入信號為無源觸電，則可選擇直流型（一般為DC24V）數(shù)字輸入模塊，也可選擇交流型（一般為220V）數(shù)字輸入模塊。 （3）若輸入信號為有源觸電直流型，則必須選擇直流型（一般為DC24V）數(shù)字輸入模塊。（4）若輸入信號為有源觸電交流型，則必須選擇交流型數(shù)字輸入模塊。（注意有源觸電工作電壓值）b 根據(jù)輸入信號的工作

20、頻率（1）若此信號的工作頻率不高，沒有特殊要求，則可以選用一般型，例如選用WAGO公司數(shù)字輸入模塊中輸入濾波時間為最大3ms，就可以了。（2）若此信號的工作頻率較高，則要注意輸入模塊的濾波時間這個參數(shù)。 數(shù)字量輸出模塊的選取原則數(shù)字量輸出模塊的選取要根據(jù)輸出信號的類型（信號電流0.5A、2.0A）、節(jié)點的輸出電流（2AAC/DC）、觸點電壓、是否帶短路保護(hù)裝置、有無公共點來選取。 模擬量輸入模塊的選取原則模擬量輸入模塊的選取要根據(jù)輸入信號的類型（電壓型0-5V、0-10V、-10V- +10V等，電流型0-20 mA、4-20 mA等）、精度要求（8位A/D、10位

21、A/D、12位A/D、16位A/D等）、抗干擾要求（單端輸入、差分輸入）來選取，但需注意對溫度信號一般廠家都有專用模塊，它分熱電阻和熱電偶型。 模擬量輸出模塊的選取原則模擬量輸出模塊的選取要根據(jù)模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號（020mA、420mA、010V、+/-10VDC）來選取。4.2.2 系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)數(shù)字輸入（DI）： 1 泵啟/停開關(guān)（SA1，SA2，SA3）2 本地/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)（XL）3 熱繼電器輔助觸點 （FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3）4 電磁閥開關(guān)控制（SA4，SA5，SA6）DI共10個模擬輸入（AI）： 1 熱電阻1測溫信號（T11，T21，T31）2 熱電阻2測溫信號（

22、T12，T22，T32）3 熱電阻3測溫信號（T13，T23，T33）AI共9個數(shù)字輸出（DO）： 1 泵啟/停指示燈（HL1，HL2，HL3）2 電磁閥控制（F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3）3 接觸器線圈 （KM1，KM2，KM3）DO共9個模擬輸出（AO）： 1液位顯示2溫度顯示 AO共6個根據(jù)模塊選取規(guī)則及系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)可確定該系統(tǒng)的輸入輸出模塊如下：DI：750-402 三塊AI：750-461 五塊DO：750-501 三塊AO：750-554 三塊750-917750-842750-637750-637750-637750-461750-461750-461750-461750-461750-

23、402750-402750-402750-554750-554750-554750-501750-501750-501750-501750-501750-600圖4.1 系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)4.3 模塊簡介及接線 4.3.1 現(xiàn)場總線適配器模塊750-842電源電壓狀態(tài)燈數(shù)據(jù)通訊跳線狀態(tài)燈以太網(wǎng)接口RJ4524V0V24V跳線電 壓24V跳線電 壓打開封蓋連接跳線編程接口模式開關(guān)圖4.2 WAGO750-842結(jié)構(gòu)圖750-842用于Ethernet TCP/IP的可編程現(xiàn)場總線控制器;集線器到750-842之間最大傳輸距離100m,波特率10Mbits/s;節(jié)點中允許有數(shù)字量信號和模擬量信號,每

24、個節(jié)點中最多64個輸入/輸出模塊,輸入/輸出過程映象為512字節(jié),輸入/輸出變量為512字節(jié);程序內(nèi)存為128K字節(jié),數(shù)據(jù)內(nèi)存為64K字節(jié),固態(tài)內(nèi)存為8K字節(jié)表4.1 WAGO750-842系統(tǒng)數(shù)據(jù)最大節(jié)點數(shù)受以太網(wǎng)集線器限制傳輸介質(zhì)S-UTP 100雙絞線總線連接適配器RJ45現(xiàn)場總線節(jié)點最大距離在集線器與842最大距離100m(最大距離受以太網(wǎng)規(guī)格影響)波特率10Mbits/s協(xié)議Modbus/TCP, HTTP, Bootp編程WAGO-I/O-PRO32IEC61131-3IL, LD, FBD, ST, FC圖4.3 750-842內(nèi)部電路圖結(jié)構(gòu)表4.2 WAGO750-842技術(shù)數(shù)

25、據(jù)最大I/O模塊節(jié)點數(shù)64輸入過程映像最大512 bytes輸出過程映像最大512 bytes輸入變量最大512 bytes輸出變量最大512 bytes初始化自動程序存儲區(qū)128k bytes數(shù)據(jù)存儲區(qū)64k bytes可變存儲區(qū)8k bytes掃描周期3ms 1000 stadements/256 dig.I/O工作電壓DC24V(-15%+20%)輸入電流500mA(工作電壓24v)隔離保護(hù)500V電源效率87%流向I/O模塊總電流在5v時1800mA電流損耗在5v時200mA跳線電壓DC24V(-15%+20%)跳線電流DC 10A工作溫度055連接電纜CAGE CLAMP20.08m

26、m2-2.5mm2AWG28-148-9mm/0.33 in stripped length規(guī)格（WHL）5165100重量195g存儲溫度-2585WAGO750-842用狀態(tài)指示燈顯示內(nèi)部控制器工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)交換狀態(tài)各狀態(tài)指示燈表示的含義如下：表4.3 750-842指示燈含義LED顏色含義ON綠色現(xiàn)場總線初始化成功LINK綠色以太網(wǎng)接口連通TXD/RXD綠色數(shù)據(jù)交換ERROR紅色現(xiàn)場總線錯誤I/O紅色-綠色-橙色節(jié)點信號發(fā)生錯誤USER紅色-綠色-橙色在現(xiàn)場總線控制其中選擇程序A綠色電源工作電壓正常C綠色跳線工作電壓正常4.3.2 編碼器模塊750-637WAGO公司的750-637模塊

27、具有增量型編碼器接口;最大頻率1MHz,可4倍頻;32位二進(jìn)制計數(shù)在本系統(tǒng)中為了測量油位，采用了浮子采樣位移信號傳送到編碼器轉(zhuǎn)換成脈沖信號再在PLC中進(jìn)行處理的方法，其中編碼器采用了WAGO公司的750-637模塊，它的轉(zhuǎn)換精度為120mm/1000個脈沖，也就是說浮子每上升或下降120mm，編碼器就產(chǎn)生1000個脈沖，PLC經(jīng)過讀取編碼器的脈沖數(shù)，便可以知道浮子移動了多大距離，從而測出系統(tǒng)的液位變化。假設(shè)系統(tǒng)初始的油位為，編碼器產(chǎn)生了X個脈沖，則浮子產(chǎn)生的位移為：（4-1）系統(tǒng)油位L為：（4-2）圖4.4 WAGO750-637結(jié)構(gòu)圖AI：750-461 五塊圖4.5 750-637內(nèi)部電路

28、圖結(jié)構(gòu)圖4.6 750-637的I/O接口數(shù)據(jù)如圖4.4所示，A/A，B/B，C/C分別是相位差為90度的反相輸入，而圖4.6所示的C1，C2為控制位，根據(jù)750-637編碼器模塊的性質(zhì)可知，只有將C1和C2（也就是%QW的低十六位地址）都置零，才能將該模塊置于寫狀態(tài)下，余下的P0、P1、P2、P3輸入、輸出模塊則分別對應(yīng)著%QW和%IW的高三十二位地址（P0和P1一組、P2和P3一組，每組的兩個數(shù)據(jù)都是八位）。另外，S1和S2代表%IW的低十六位。該系統(tǒng)共三套設(shè)備，每套設(shè)備都有一個編碼器，因此整個系統(tǒng)共3個編碼器，每個編碼器都占4個模擬輸入點，三個編碼器占12個模擬輸入點（地址從%IW0%I

29、W11）和12個模擬輸出點（地址從%QW0%QW11）。4.3.3 模擬輸入模塊750-461WAGO750-461模塊是2通道模擬量輸入模塊RTD,用于熱敏電阻,適用類型為PT100,PT200,PT500,PT1000,Ni100,Ni120,Ni1000，該油罐液位測量系統(tǒng)的測溫裝置就是應(yīng)用鉑熱電阻完成的。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：圖4.7 750-461內(nèi)部電路模塊簡介：RTD（溫度測量裝置）輸入模塊允許直接連接到Pt或Ni測溫材料上，它不但可以連接兩線制的溫度感應(yīng)器，而且還可以連接三線制的溫度感應(yīng)器。該模塊可自動排列整個的溫度范圍。紅色指示燈表示感應(yīng)器錯誤，綠色指示燈則表示正在讀入數(shù)據(jù)或正在

30、與耦合器通訊。模塊接線：%IW12%IW13750461+R1 RL1 -R1 +R2 RL2 -R22#設(shè)備熱電阻1測溫信號1#設(shè)備熱電阻1測溫信號T11 T21%IW14750461+R1 RL1 -R1 +R2 RL2 -R2%IW15T31 T123#設(shè)備熱電阻1測溫信號1#設(shè)備熱電阻2測溫信號750461+R1 RL1 -R1 +R2 RL2 -R2%IW17%IW163#設(shè)備熱電阻2測溫信號2#設(shè)備熱電阻2測溫信號T22T32%IW19%IW18750461+R1 RL1 -R1 +R2 RL2 -R21#設(shè)備熱電阻2測溫信號%IW21%IW20750461+R1 RL1 -R1

31、+R2 RL2 -R22#設(shè)備熱電阻2測溫信號T13T233#設(shè)備熱電阻2測溫信號T33圖4.8 模擬輸入模塊750-461接線圖中Txy的x，y分別表示x號設(shè)備的第y個熱電阻，如T23表示2號設(shè)備熱電阻3的測溫信號。五個模擬輸入模塊共占用%IW12%IW21的絕對地址。4.3.4 數(shù)字輸入模塊750-402WAGO750-402是4通道數(shù)字量輸入模塊;輸入信號電流5mA;24VDC;輸入濾波3.0ms;正邏輯，其內(nèi)部電路如下：圖4.9 750-402內(nèi)部電路模塊簡介：模塊簡介：數(shù)字量輸入模塊從數(shù)字量現(xiàn)場設(shè)備（如傳感器等）接受信號。每個輸入模塊都有一個抗干擾濾波器，濾波器有不同的時間常數(shù)。從總

32、線到現(xiàn)場通過光電耦合器隔離?？蹓涸贒IN導(dǎo)軌上的所有輸入模塊都獨立于現(xiàn)場總線，并自動與下一個模塊連接。裝有I/O系統(tǒng)柜體的接地端必須與I/O系統(tǒng)的安裝DIN導(dǎo)軌通過低阻抗導(dǎo)體進(jìn)行連接。模塊接線：DC24V750402 %IX22.1 %IX22.2 %IX22.30 24V DI1 DI2 DI3 DI4%IX22.0SA1 SA2 SA3 XL本地/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)3#泵啟/停開關(guān)2#泵啟/停開關(guān)1#泵啟/停開關(guān)750402 %IX22.5 %IX22.6 %IX22.70 24V DI1 DI2 DI3 DI4%IX22.4DC24VFR1 FR2 FR3 SA41#電磁閥開關(guān)控制3#熱繼電器

33、輔助觸點2#電磁閥開關(guān)控制3#電磁閥開關(guān)控制SA5 SA6 %IX22.8 %IX22.9 %IX22.10 %IX22.11750402 0 24V DI1 DI2 DI3 DI4DC24V1#熱繼電器輔助觸點2#熱繼電器輔助觸點圖4.10 數(shù)字輸入模塊750-402接線數(shù)字輸入主要包括泵的啟停開關(guān)、本地/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)、熱繼電器輔助觸點和電磁閥控制開關(guān)。數(shù)字輸入模塊占用地址從%IX22.0到%IX22.11。4.3.5 模擬輸出模塊750-554WAGO750-554是2通道模擬量輸出模塊;接收4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號。其內(nèi)部電路如下：圖4.11 750-554內(nèi)部電路模塊簡介：該模擬量輸入模

34、塊具有0-20mA和4-20mA兩種標(biāo)準(zhǔn)信號，輸出信號是經(jīng)過電氣隔離的，其分辨率為12位。電流型模擬量輸出模塊由現(xiàn)場側(cè)提供電源。模塊接線：750554AO1 0V 24V AO2%QW12 %QW131#設(shè)備液位顯示1#設(shè)備溫度顯示 DC24V%QW14 %QW15750554AO1 0V 24V AO22#設(shè)備溫度顯示2#設(shè)備液位顯示750554AO1 0V 24V AO23#設(shè)備溫度顯示3#設(shè)備液位顯示 DC24V%QW16 %QW17 DC24V圖4.12 模擬輸出模塊750-554接線該系統(tǒng)的每套設(shè)備都分別設(shè)置了液位和溫度顯示，三套設(shè)備共裝有六個顯示儀表，占用%QW12到%QW17的絕

35、對地址。4.3.6 數(shù)字輸出模塊750-501WAGO750-501是2通道數(shù)字量輸出模塊;輸出信號電流0.5A;24VDC;帶短路保護(hù);正邏輯。其內(nèi)部電路如下：圖4.13 750-501內(nèi)部電路模塊簡介：連接路徑從控制系統(tǒng)開始經(jīng)過數(shù)字輸出，所有的輸出都被短路保護(hù)，組件上兩通道，四通道裝置，帶地線的主動器直接連接到模塊，每個輸入都在總線上被電隔離。模塊接線：750501 %QX18.0 %QX18.10V 24V DO1 DO21#泵啟停指示燈2#泵啟停指示燈DC24V HL1 HL21#設(shè)備中間繼電器3#泵啟停指示燈750501 %QX18.2 %QX18.30V 24V DO1 DO2DC

36、24V HL3 KA13#設(shè)備中間繼電器2#設(shè)備中間繼電器750501 %QX18.4 %QX18.50V 24V DO1 DO2DC24V KA2 KA3圖4.14 數(shù)字輸出模塊750-501接線該油罐液位測量系統(tǒng)的數(shù)字輸出包括泵的啟停指示燈和每套設(shè)備的接觸器線圈，占用地址從%QX18.0到%QX18.5。而750-501數(shù)字輸出模塊的輸出電流是0.5A，接觸器線圈的電壓是220V，所須電流大于750-501的額定電流0.5A。因此在這里采用下圖所示的電路來解決這個問題。FUKA1.1 KA2.1 KA3.1AC220VKM1 KM2 KM3圖4.15 中間繼電器控制線圈閉合如圖4.15所示

37、，將每套設(shè)備的接觸器線圈分別與一個中間繼電器串聯(lián)，只要圖4.14中的中間繼電器KA接通，跟它串聯(lián)的接觸器線圈就閉合，解決了接觸器線圈額定電流與模塊不符的問題，從而達(dá)到用中間繼電器間接控制泵啟停的目的。第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 概述該系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計主要包括梯形圖編程和Pro-32編程。 可編程控制器是將繼電器控制的概念和設(shè)計思想與計算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)相結(jié)合而形成的專門從事邏輯控制的微機(jī)系統(tǒng)。在PC系統(tǒng)應(yīng)用中，梯形圖的設(shè)計往往是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣控制范疇。它不僅可實現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有

38、工業(yè)控制指令的微機(jī)系統(tǒng)。由于梯形圖的設(shè)計是計算機(jī)程序設(shè)計與電氣控制設(shè)計思想相結(jié)合的產(chǎn)物，因此，在設(shè)計方法上與計算機(jī)程序設(shè)計和電氣控制設(shè)計既有著相同點，也有著不同點。5.2 梯形圖編程在本設(shè)計中，運(yùn)用梯形圖編程可以使系統(tǒng)的控制在本地、遠(yuǎn)程間切換，如圖5.1所示，當(dāng)控制面板中的本地/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)打到本地時，本地開關(guān)閉合，此時可以通過按下各泵的開關(guān)來控制與其串聯(lián)的中間繼電器，如在本地開關(guān)閉合時，將1#泵的啟停開關(guān)也閉合，中間繼電器%MX100.0接通，當(dāng)本地/遠(yuǎn)程開關(guān)打到遠(yuǎn)程時，中間繼電器%MX200.0、%MX200.1、%MX200.2都接通，因此無論本地/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)打到何處，都可以將接觸器線

39、圈閉合，從而實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程的各自控制。3#泵接觸器線圈%QX18.52#泵接觸器線圈%QX18.41#泵接觸器線圈%QX18.3%MX200.1%MX100.1%MX200.0%MX100.0%MX100.2%MX200.2%MX200.2%MX200.1%MX200.0遠(yuǎn)程本地中間繼電器%MX100.2中間繼電器%MX100.1中間繼電器%MX100.03#泵熱繼電器2#泵熱繼電器3#泵啟/停%MX100.22#泵啟/停%MX100.11#泵啟/停%MX100.01#泵熱繼電器 %IX256.0%IX256.1%IX256.2圖5.1 系統(tǒng)梯形圖編程5.3 Pro-32軟件在本設(shè)計中的應(yīng)用W

40、AGO I/O PRO 32對PLC是一個完整開放環(huán)境，它在處理PLC編程以簡單的方法實現(xiàn)功能強(qiáng)大的IEC語言。編輯和調(diào)試功能是基于先進(jìn)編程語言開放環(huán)境之上的。它功能強(qiáng)大，除了支持+，-，*，/ 四則運(yùn)算以外，還可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理功能也很強(qiáng)，處理的數(shù)據(jù)類型有字，字節(jié)，雙字，整型，REAL型及其時間，日期等數(shù)據(jù)類型。在不同的數(shù)據(jù)類型之間支持各類型之間的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，當(dāng)然數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換是存在著一定的風(fēng)險，即數(shù)據(jù)的精度將會降低。WAGO I/O PRO 32 支持幾乎所有的PLC編程語言，如IL (Instruction List), ST (Structured Text), SFC

41、(sequential function chart), FBD (Function Block Diagram), LD (Ladder Diagram)等語言。同時，WAGO I/O PRO 32提供許多功能模塊，如定時器，計數(shù)器，觸發(fā)器,PID調(diào)節(jié)等特殊功能指令。WAGO I/O PRO 32中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型包括：BOOL, BYTE, WORD, DWORD, SINT, USINT, INT, UINT，DINT, 和UDINT, REAL, LREAL,STRING等。同時它還包括PID,信號發(fā)生器等功能N塊。其中比例系數(shù)的數(shù)據(jù)類型是REAL型，積分時間和微分時間的數(shù)據(jù)類型是DWO

42、RD型。在本次設(shè)計中，Pro-32的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩方面，一個是編碼器的數(shù)據(jù)采集，另外一個就是熱電阻的溫度測量。在編碼器的數(shù)據(jù)采集中，前面已經(jīng)介紹過了，只要將它的C1、C2位置零，編碼器就能接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。以下程序即為編碼器的數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算。V1：WORD；V2：WORD；V3：WORD；定義變量V4：WORD；V5：DWORD；V6：DWORD；V7：REAL；V8：REAL；%QW0：=16#0000H； 將編碼器的C1和C2位置零V1：=%IW0；編碼器讀入數(shù)據(jù)V2：=%IW1；V3：=%IW2；V4：=%IW3；V5：=SHL（%IW2，16）； %IW2左移16位，讓V5做高位V6

43、：=V5+V2； 低位與高位相加，算出編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)V7：=V6*120/1000； 把脈沖變成位移V8：=L0+V7； 得出油罐液位的真實高度%QW12:=SHL(V8,3)； 將液位測量結(jié)果輸出到儀表另外，熱電阻的測溫程序如下：D1：=%IW12；D2：=%IW13；D3：=%IW14；D4：=%IW15；D5：=%IW16；D6：=%IW17；D7：=%IW18；D8：=%IW19；D9：=%IW20；D10：=（%IW12+%IW13+%IW14）/ 3；D11：=（%IW15+%IW16+%IW17）/ 3；D12：=（%IW18+%IW19+%IW20）/ 3；%QW13:=D

44、10;%QW15:=D11;%QW17:=D12;第六章 力控軟件簡介及其在本系統(tǒng)中的應(yīng)用6.1 力控軟件簡介新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它們具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等鮮明優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。 其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且常在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。監(jiān)控層的硬件以工業(yè)級的微型計算機(jī)和工作站為主，目前更趨向于工業(yè)微機(jī)。 組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層

45、一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機(jī)和I/O設(shè)備，與高可靠的工控計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。 力控是運(yùn)行在Windows98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。使用力控，用戶可以方便、快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。力控的應(yīng)用范圍廣泛，可用于開發(fā)石油、化工、半導(dǎo)體、汽車、電力、機(jī)械、冶金、交通、樓宇自動化、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個行業(yè)和領(lǐng)域的工業(yè)自動化、過程控制、

46、管理監(jiān)測、工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)視、遠(yuǎn)程監(jiān)視/遠(yuǎn)程診斷、企業(yè)管理/資源計劃等系統(tǒng)。 6.2 力控軟件的組成力控軟件由以下幾個主要部分組成：工程管理器工程管理器用于創(chuàng)建工程、工程管理等。開發(fā)系統(tǒng)（Draw）開發(fā)系統(tǒng)是一個集成環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面，配置各種系統(tǒng)參數(shù)，啟動力控其他程序組件等。界面運(yùn)行系統(tǒng)（View）界面運(yùn)行系統(tǒng)用來運(yùn)行由開發(fā)系統(tǒng)Draw創(chuàng)建的畫面。實時數(shù)據(jù)庫（DB）實時數(shù)據(jù)庫是力控軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、報警處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請求處理等。I/O驅(qū)動程序I/O驅(qū)動程序負(fù)責(zé)力控與I/O設(shè)備的通信。它將I/O設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)讀出

47、后，傳送到力控的數(shù)據(jù)庫，然后在界面運(yùn)行系統(tǒng)的畫面上動態(tài)顯示。 網(wǎng)絡(luò)通信程序（NetClient/NetServer）網(wǎng)絡(luò)通信程序采用TCP/IP通信協(xié)議，可利用Intranet/Internet實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)點上力控之間的數(shù)據(jù)通信。 串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）串行通信程序采用串行通信方式。兩臺計算機(jī)之間，使用RS232C/422/485接口，可實現(xiàn)一對一（1：1方式）的通信；如果使用RS485總線，還可實現(xiàn)一對多臺計算機(jī)（1：N方式）的通信。 撥號通信程序（TelClient/TelServer）撥號通信程序使用電話撥號方式進(jìn)行通信。任何地方與工業(yè)現(xiàn)場之間，只要能撥打