基于單片機(jī)的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要在工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要測(cè)量和控制水位。在日常生活中水位控制應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，如水塔、地下水、水電站的控制。然而，隨著世界人口不斷增長(zhǎng)，增加了人們的生活用水，過去由于頻繁操作使用的繼電器使水位自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損，即不方便維護(hù)和更新，也不能滿足實(shí)際需求。本論文使用的是西門子S7-200系列PLC可編程控制器作為一個(gè)小水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，涉及到需要分析水塔水位功能的自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要方法是通過水塔中的液位傳感器來檢測(cè)實(shí)際的水位，并通過PLC的CPU的智能擴(kuò)展模塊將得到的信息通過模擬量的轉(zhuǎn)換傳送給變頻器，以控制水泵電動(dòng)機(jī)的操作。完成整

2、個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)供水過程。如果水位低于或高于設(shè)定值時(shí)，危險(xiǎn)警告信號(hào)將被發(fā)出。本論文給出設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上很好地執(zhí)行PLC塔液位控制系統(tǒng)的具體過程。并使用組態(tài)王軟件畫出水塔自動(dòng)供水的動(dòng)態(tài)流程。關(guān)鍵字：水塔水位控制系統(tǒng)，PLC，液位傳感器，組態(tài)王AbstractIn the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. In everyday life level control applications are quite extensive, such

3、as control towers , groundwater, hydropower . However, with the growing world population , increasing people's living water , in the past due to the operation of the relay frequently used to make the water level automatic control system generates mechanical wear , which is not convenient to main

4、tain and update , can not meet the actual demand. In this paper, using a Siemens S7-200 series PLC programmable controller as the core of a small water tower water level automatic control system, involving the need to analyze water tower features automatic control system. The main method is through

5、the tower level sensor to detect the actual water level, and through the PLC CPU intelligent expansion module will transmit the information obtained by the conversion to analog converter to control the pump motor operation. To complete the entire process automatic water supply system. If the water l

6、evel is lower or higher than the set value, the hazard warning signal will be issued. This paper gives specific processes perform well PLC tower level control system on the basis of design. Configuration software to draw and use automatic water tower dynamic processes.Keywords: tower water level con

7、trol system , PLC, configuration king , level sensors目錄1. 引言11.1 設(shè)計(jì)背景及意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 主要研究?jī)?nèi)容22. 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)方案對(duì)比42.1.1傳統(tǒng)的水位控制方案42.1.2PLC控制水塔液位的概述42.1.3對(duì)比的結(jié)果52.2基于PLC的供水方案設(shè)計(jì)52.2.1 系統(tǒng)控制要求52.2.2設(shè)計(jì)分析示意圖72.3 確定設(shè)計(jì)方案83. 水塔控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)93.1簡(jiǎn)述93.1.1PLC的定義93.1.2 可編程控制器的分類93.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟93.3 可編程控制器的工作原

8、理103.4 PLC的選型113.5 CPU224應(yīng)用介紹123.6 PLC擴(kuò)展模塊的選擇123.6.1交直流輸出模塊123.6.2模擬量輸出模塊133.7系統(tǒng)的I/O分配表143.8 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)線路153.9檢測(cè)元件應(yīng)用設(shè)計(jì)164. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)184.1 控制程序流程圖184.1.1程序流程圖分析：184.2 控制程序設(shè)計(jì)195.組態(tài)王仿真的設(shè)計(jì)235.1 組態(tài)軟件概述235.2系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)235.2.1新建工程 235.2.2定義變量245.2.3調(diào)用器件 255.2.4畫面部署 255.2.5報(bào)警窗口的設(shè)計(jì)255.3總結(jié)266.結(jié)論286.1本課題

9、研究結(jié)論286.2課題存在問題與展望28致謝29參考文獻(xiàn)30附錄131附錄235IV1. 引言 1.1 設(shè)計(jì)背景及意義在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的居住條件日益改善，樓房正在向高層發(fā)展，由于地理位置等各種原因，無法依靠自來水廠供水，因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。不少單位自建水塔儲(chǔ)水來解決自動(dòng)供水的問題。最初，水塔的供水過程必須通過人為的控制才可以實(shí)現(xiàn)，但是如果是人工在控制則無法每時(shí)每刻都關(guān)注到水量的變化，無法根據(jù)水量的適

10、時(shí)變化做出相應(yīng)的操作。如果水泵關(guān)停過早，會(huì)造成水塔缺水；如果要么關(guān)停過晚，會(huì)造成水塔溢出，既不方便控制也對(duì)資源是一種浪費(fèi)。后來，使用水位控制裝置使供水狀況有了改變，但常使用浮標(biāo)或機(jī)械水位控制裝置，由于機(jī)械裝置的故障多，可靠性差，給維修帶來很大的麻煩。因此為更好的保證供水的穩(wěn)定性和可靠性，傳統(tǒng)的供水控制方法已難以滿足現(xiàn)在的要求，如何設(shè)計(jì)一個(gè)精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要1。我們的水供應(yīng)業(yè)是推動(dòng)水技術(shù)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。供水業(yè)是城市基礎(chǔ)設(shè)施投資的主要方向之一。在該系統(tǒng)中，改變?cè)谄髽I(yè)級(jí)市場(chǎng)的供水系統(tǒng)已成為必然的發(fā)展;技術(shù)上，水利行業(yè)面臨嚴(yán)峻的供水設(shè)備國產(chǎn)化，技術(shù)設(shè)備迫切需要現(xiàn)代化的自動(dòng)控制技

11、術(shù)。優(yōu)質(zhì)水是水行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)，而應(yīng)促進(jìn)節(jié)約用水，提高水的重復(fù)利用率，逐步建立和完善水工業(yè)的學(xué)科體系。節(jié)能是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)能否保持可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問題，水位控制廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與民用生活，其用電量大，是節(jié)能研究的主要內(nèi)容之一。水位控制不僅要求控制系統(tǒng)在滿足用水要求的同時(shí)，又要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率最優(yōu)，采用傳統(tǒng)的控制策略很難獲得簡(jiǎn)便、實(shí)用的解決方法2。本文結(jié)合水位控制類系統(tǒng)的特點(diǎn)，運(yùn)用水位控制理論與最優(yōu)控制方法，以系統(tǒng)效率最大及滿足用水要求為目標(biāo)，采用PLC和變頻器技術(shù)設(shè)計(jì)一種水位控制以改善這類系統(tǒng)的控制策略與運(yùn)行方式。該水塔水位控制系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有

12、良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義3。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,鄉(xiāng)村的居住條件日益提高,新農(nóng)村的建設(shè)蓬勃發(fā)展人民生活水平跟住宅樓一樣越來越高,但有些地方地處偏僻之處交通不便,人民使用不到社會(huì)主義建設(shè)帶來的水廠自來水。為了能用上干凈衛(wèi)生的生活用水,許多社會(huì)主義新農(nóng)村家庭自建屬于自己的供水設(shè)施,用自己安裝的供水設(shè)施將水送上水塔來解決自己的的用水問題。但是,那些供水設(shè)施多為手工操作,通過操作人主觀的感覺來估測(cè)抽水量。這就產(chǎn)生了人眼無法直觀的觀察到水塔的水位的變化，在水泵開啟和關(guān)閉的時(shí)

13、間的處理上帶來很多的麻煩,一則水泵關(guān)停過早,產(chǎn)生供水不足而且必須多次開啟水泵來抽水給水泵帶來不必要的壓力;二來忘記關(guān)閘,水從水塔溢出,這樣就會(huì)造成水資源和能源的浪費(fèi)4。設(shè)計(jì)用于這種自動(dòng)電子液位控制裝置，水位檢測(cè)元件安裝在不同的高度在水塔并通過水的導(dǎo)電性進(jìn)行工作，并根據(jù)水位的不同來決定這兩組電極的工作狀態(tài)，用電信號(hào)來代替水位變化的信號(hào)，然后控制所電機(jī)水泵進(jìn)行水的補(bǔ)充。這意味著擁有了更好的控制性能，更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，更方便的維修方式，但無法檢測(cè)到任一時(shí)刻水塔的水位的準(zhǔn)確數(shù)值，而且電極長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)帶來氧化，腐蝕，污垢附著等影響，造成控制失效。水塔控制有多種自動(dòng)控制裝置，如施密特觸發(fā)器組成555定時(shí)器來控

14、制水位檢測(cè)電路， 水位自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)也可以通過51單片機(jī)的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，這些方法都不是十全十美的都有自身的一些問題，使用時(shí)如檢測(cè)在水塔中的水位探測(cè)失敗時(shí)，施密特觸發(fā)器控制電路無法確定失敗原因，從而導(dǎo)致操作錯(cuò)誤;通過51單片機(jī)來控制的話設(shè)計(jì)上又存在著的復(fù)雜性等不好的因素影響，不僅需要軟件方面程序的設(shè)計(jì)，在硬件方面電路的處理上也要下一定的功夫，當(dāng)系統(tǒng)在外界干擾下，系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性會(huì)變差，因此設(shè)計(jì)一種在條件不好使也能正常工作的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)就顯得十分重要和必須了。 1.3 主要研究?jī)?nèi)容在現(xiàn)有的水塔水位控制研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)比首先確立研究設(shè)計(jì)的方向。了解控制塔的原理，通過PLC的研究，設(shè)計(jì)塔完成必要的

15、液位控制系統(tǒng)，并在設(shè)計(jì)功能的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中，使實(shí)驗(yàn)得到正確的結(jié)果。用PLC做控制器，完成對(duì)水塔水位的智能控制，從而提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。該系統(tǒng)應(yīng)具有根據(jù)液位傳感器完成自動(dòng)供水的自動(dòng)控制功能。主要研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括監(jiān)測(cè)水位，當(dāng)水位低于警報(bào)水平的下限?？刂葡到y(tǒng)會(huì)發(fā)出水位下限報(bào)警信號(hào)。水塔此時(shí)泵自動(dòng)開啟功能。只有當(dāng)泵工作正常運(yùn)行燈點(diǎn)亮。當(dāng)水位到達(dá)上極限水平標(biāo)志著完成水供給泵的自動(dòng)停止的過程。如果此時(shí)水泵電機(jī)仍然持續(xù)供水使水位超過最大液位上限，那么控制系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出高水位報(bào)警。并且會(huì)有手動(dòng)緊急停止功能5。為了適應(yīng)在不同水位水壓下都能正常高效的使水塔供水，本設(shè)計(jì)還在電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方面加入了變頻器控制電機(jī)的設(shè)

16、計(jì)。旨在使系統(tǒng)在不同條件下都能發(fā)揮出應(yīng)有的作用，便捷、快速、高效、安全的達(dá)到人們對(duì)水位自動(dòng)控制的要求。為了使監(jiān)測(cè)方面更加準(zhǔn)確耐用。在設(shè)計(jì)中還應(yīng)該在檢測(cè)元件型號(hào)的選擇上詳細(xì)查閱資料。選取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)元件使之達(dá)到以下的要求：外殼采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，機(jī)械強(qiáng)度高、密封性好，電纜采用特種材質(zhì)，耐油、酸、堿，抗蝕能力優(yōu)越，輸出穩(wěn)定可靠的“ON”、“OFF”開關(guān)控制信號(hào)，無任何誤動(dòng)作，可靠性高，安裝簡(jiǎn)捷，調(diào)試方便，上下移動(dòng)定位重塊，即可隨意調(diào)節(jié)液面控制范圍。熟悉檢測(cè)元件在不同水壓情況下的工作狀態(tài)從而使設(shè)計(jì)更加貼近現(xiàn)實(shí)，更具實(shí)用性。 電源的選取和應(yīng)用。 PLC的外部工作電源一般為單相85260 50/60Hz交流電

17、源，也有采用2436V直流電源的。使用單相交流電源的PLC，往往還能同時(shí)提供24V直流電源，提供直流輸入使用。PLC對(duì)其外部工作電源的穩(wěn)定度要求不高，一般可允許±15左右。所以，這次設(shè)計(jì)采用的是單相220V交流電源供電的PLC6。為了水塔使設(shè)計(jì)更加直觀形象的被人們所接受，使人們更加清晰這次設(shè)計(jì)的思路，更加準(zhǔn)確的開始本次設(shè)計(jì)的使用。在本次設(shè)計(jì)大體完成之后還加入了組態(tài)仿真軟件的在水塔液位控制設(shè)計(jì)報(bào)警方面的模擬動(dòng)畫以及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控畫面。因此在本次設(shè)計(jì)中研究采用了組態(tài)王軟件來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行控制的監(jiān)控畫面，使整個(gè)設(shè)計(jì)更加形象直觀，也使得PLC對(duì)液位的控制更加明確。也是通過對(duì)組態(tài)的學(xué)習(xí)使得設(shè)計(jì)

18、更加合理的呈現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)的工業(yè)應(yīng)用之中，為將來在實(shí)際的日常工作之中早日與生產(chǎn)建設(shè)技術(shù)接軌做好初期的理論學(xué)習(xí)。2. 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)方案對(duì)比2.1.1傳統(tǒng)的水位控制方案機(jī)電控制式水位控制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)示意圖如圖2-1所示圖2-1機(jī)電控制式水位結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)控制分析：漂浮在水面上的浮球與控制器中的“檢測(cè)機(jī)構(gòu)”通過連桿機(jī)構(gòu)相連，當(dāng)水位發(fā)生變化時(shí)，浮球上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)“檢測(cè)機(jī)構(gòu)”產(chǎn)生位移，這個(gè)位移可以直接用來驅(qū)動(dòng)閥門動(dòng)作，關(guān)閉或者開啟進(jìn)水口，調(diào)節(jié)水位。如果需要控制的水筏較大，浮球的浮力不足以驅(qū)動(dòng)控制水閥動(dòng)作時(shí)，可以在“檢測(cè)機(jī)構(gòu)”與“閥門控制”之間增加一套機(jī)電控制驅(qū)動(dòng)裝置。具體控制過程為：“檢測(cè)機(jī)

19、構(gòu)”的位移先去帶動(dòng)一個(gè)位移開關(guān)動(dòng)作；位移開關(guān)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)水閥門。這種控制方式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且不適合在戶外氣候條件不佳時(shí)使用。整個(gè)系統(tǒng)在故障檢測(cè)以及故障維護(hù)等方面存在比較復(fù)雜，維修費(fèi)用大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力等問題。因此這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)不適應(yīng)對(duì)居民生活生產(chǎn)供水的要求，必須建立更加高效使用的控制系統(tǒng)。2.1.2PLC控制水塔液位的概述水塔供水作為現(xiàn)代化生產(chǎn)生活建設(shè)的重要工具與人們的工作和生活日益緊密聯(lián)系。PLC作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在水塔液位控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使水塔液位控制由傳統(tǒng)的繼電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)重要方向，成為當(dāng)前水塔液位控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。

20、PLC是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于PLC具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)。因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。自80年代后期PLC引入我國水塔液位控制以來，由PLC組成的水塔液位控制系統(tǒng)被各地人民的生產(chǎn)生活普遍采用。并形成了一系列的定型產(chǎn)品。在傳統(tǒng)繼電器系統(tǒng)的改造工程中，PLC系統(tǒng)一直是主流控制系統(tǒng)。 水塔液位控制系統(tǒng)分為檢測(cè)部分和水泵電機(jī)控制部分。檢測(cè)部分的性能對(duì)水塔液位能否順利自動(dòng)控制有著重要影響，而水泵電機(jī)控制部分則是水塔液位控制能否實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的關(guān)鍵。為了改善水塔液位的調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性和運(yùn)行的可靠性，現(xiàn)在都改為用PLC來控制水泵的運(yùn)行，以及檢測(cè)液位的反饋。這樣大大提高

21、了水塔水位自動(dòng)控制的性能。2.1.3對(duì)比的結(jié)果綜上所述考慮到，在實(shí)際生產(chǎn)生活中為了解決水塔供水的穩(wěn)定性、高效性、省時(shí)性等問題。采用基于PLC控制的水塔液位的方式。更容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活中的機(jī)械化、自動(dòng)化。降低認(rèn)為操作的頻繁次數(shù)，而且使整個(gè)控制系統(tǒng)更易于操控和維護(hù)，這將大大增加工業(yè)和生產(chǎn)生活的自動(dòng)化，為居民生活質(zhì)量的提高，工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展產(chǎn)生極大的幫助。所以應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)一種基于PLC使水塔可以自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 2.2基于PLC的供水方案設(shè)計(jì)2.2.1 系統(tǒng)控制要求水塔水位控制示意圖如圖2-2所示：圖2-2水塔水位控制示意圖給排水工程中常使用三相異步電動(dòng)機(jī)， 水泵上的電動(dòng)機(jī)一般都是單向旋轉(zhuǎn)有以下控

22、制。在水塔水位檢測(cè)系統(tǒng)中通過水位傳感器檢測(cè)實(shí)際水位的高度，當(dāng)水位低于最低水位時(shí)向PLC發(fā)出信息啟動(dòng)水泵，當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)向PLC發(fā)出信息控制信息停止水泵工作。供水系統(tǒng)的基本原理如圖所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號(hào)進(jìn)入PLC，執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對(duì)水塔中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制?？刂埔笕缦拢?.當(dāng)水池水位低于低水位界限時(shí)（S1為OFF時(shí)表示），報(bào)警燈報(bào)警，補(bǔ)水泵M1打開給水池注水；10s后，如果S4繼續(xù)保持OFF狀態(tài),表示補(bǔ)水泵M1沒有工作，出現(xiàn)了故障，報(bào)警燈繼續(xù)報(bào)警；如果S1為ON狀態(tài),表示水池水位開始升高,報(bào)警燈2解除。2.當(dāng)水塔水位低于低水

23、位界限時(shí)（S3為OFF時(shí)表示），報(bào)警燈報(bào)警，水泵M2開始從水池中抽水；10s后，如果S3繼續(xù)保持OFF狀態(tài)，表示水泵沒有抽水，出現(xiàn)了故障，報(bào)警燈繼續(xù)報(bào)警；如果S3為ON狀態(tài),表示水塔水位開始升高,報(bào)警燈1解除。3.當(dāng)水塔水位低于S3時(shí),水泵M運(yùn)行并開始抽水,直到水位到達(dá)高水位界限S4。由于水塔要供水,所以水位會(huì)下降,當(dāng)水塔水位介于S3和S4之間,不需要水泵M運(yùn)行,避免了水泵頻繁啟停。當(dāng)水塔水位再一次低于S3時(shí),水泵M2運(yùn)行并開始抽水,直到水位到達(dá)高水位界限S4時(shí),水泵停止運(yùn)行。4.當(dāng)供水池水位低于S1時(shí)，補(bǔ)水泵M1打開并開始進(jìn)水，直到水位到達(dá)高水位界限S2。由于水塔要抽水,所以供水池水位會(huì)下降

24、,當(dāng)供水池水位介于S1和S2之間,不需要補(bǔ)水泵打開,避免了補(bǔ)水泵頻繁開關(guān)。當(dāng)水塔水位再一次低于S1時(shí)補(bǔ)水泵M1開始工作，直到水位到達(dá)高水位界限S2，時(shí)補(bǔ)水泵Y關(guān)閉。2.2.2設(shè)計(jì)分析示意圖基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng)是一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)分析分析如下：當(dāng)電源啟動(dòng)時(shí)，水池和水塔的水位有以下幾種情況：水池的水位在S1之下，如圖2.2（a）所示，則電磁閥MB1打開，水泵M1啟動(dòng)，開始向水池供水，待4S后，若水池水位沒有超過S1，則水池蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)水池水位高于S2時(shí)，如圖2.2（c）所示，水泵M1停止，電磁閥MB1關(guān)閉。水池的水位在S1與S2之間，如圖2.2（b）所示，則電磁閥MB1

25、不會(huì)打開，水泵M1不會(huì)啟動(dòng)，保持待命狀態(tài)。水塔的水位在S3之下，如圖2.2（d）所示，并且水池水位在S1與S2之間，則電磁閥MB2打開，水泵M2啟動(dòng)，開始向水塔供水，待4S后，若水塔水位沒有超過S3，則水塔蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)水塔水位高于S4時(shí)，如圖2.2（f）所示，水泵M2停止，電磁閥MB2關(guān)閉。水塔的水位在S3之下，并且水池水位在S1之下，則電磁閥MB2不會(huì)打開，水泵M2不會(huì)啟動(dòng)，等待水池水位高于S1。水塔水位在S3與S4之間，如圖2.2（e）所示，則電磁閥MB2不會(huì)打開，水泵M2不會(huì)啟動(dòng)，保持待命狀態(tài)。水塔設(shè)計(jì)分析示意圖如圖2-3所示：圖2-3水塔設(shè)計(jì)分析示意圖 2.3 確定設(shè)計(jì)方案通過比較傳

26、統(tǒng)水塔液位控制系統(tǒng)和基于PLC控制的水塔液位系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。確定使用PLC來控制水塔的液位。經(jīng)過資料的查閱之后確定了以S7-200系列的CPU224做主機(jī)，輸入端口的數(shù)目為9個(gè)，輸出端口的數(shù)目也為9個(gè)。以EM222作為智能擴(kuò)展模塊，為4個(gè)數(shù)字量輸出模塊。并通過置于容器內(nèi)的液位傳感器來作為感測(cè)水塔系統(tǒng)水位的元件，再加上EM232作為數(shù)字量輸出模塊經(jīng)過擴(kuò)展之后將電流電壓信號(hào)傳給MM430變頻器，通過變頻器來控制驅(qū)動(dòng)水泵。水塔系統(tǒng)的總體框圖如圖2-4所示。 圖2-4水塔設(shè)計(jì)總體框圖3. 水塔控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.1簡(jiǎn)述3.1.1PLC的定義可編程邏輯控制器（Programmable Logic Con

27、troller，PLC），它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程7。3.1.2 可編程控制器的分類（一） 小型PLC小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)是在128點(diǎn)一下，它的體積較小、結(jié)構(gòu)還比較緊湊，整體和硬件還融洽的比較緊湊。除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/點(diǎn)數(shù)O，還可以連接其他特殊的功能模塊。它能執(zhí)行的運(yùn)算也很多，其中有邏輯運(yùn)算，計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)，算數(shù)，運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。適合于控制單機(jī)設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化設(shè)備。（二） 中性PLC中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)

28、在128至2048點(diǎn)之間，不僅具有極強(qiáng)的開關(guān)量邏輯控制功能，而且其他的通信量聯(lián)網(wǎng)功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)的指令更豐富，中型機(jī)更適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制場(chǎng)合。（三） 大型PLC大型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量最高分別可達(dá)到10MB，其性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算，控制和調(diào)節(jié)功能，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些大型PLC還具有沉余能力。他的監(jiān)視系統(tǒng)能夠表示過程中的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成多功能的控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相連，組成一個(gè)

29、集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制，過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。 3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)時(shí)，首先要進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能設(shè)計(jì)和工藝要求。明確系統(tǒng)要做的工作要求和因此必備的條件，然后時(shí)進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析。即通過分析系統(tǒng)的功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類、數(shù)量，下面是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟：1.被控的對(duì)象要清楚，要詳細(xì)的研究被控的對(duì)象的工作特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)PLC的方案。 2.確定IO端口，結(jié)合要控制的系通的要求，明確設(shè)計(jì)者所要用的輸入，最后確定PLC的IO點(diǎn)數(shù)。3.選擇PL

30、C時(shí)包括 PLC的機(jī)型、容量、IO模塊、和電源。4.分配PLC的IO地址。 5.根據(jù)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)來進(jìn)行PLC的程序設(shè)計(jì)。6.聯(lián)機(jī)調(diào)試。 3.3 可編程控制器的工作原理PLC的工作過程可以分為三部分，第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化，包括硬件初始化，配置和檢查I/O模塊，斷電保護(hù)，系統(tǒng)通信參數(shù)配置等。PLC正常運(yùn)行時(shí)，掃描周期長(zhǎng)短與CPU的性能、I/O點(diǎn)的多少、與設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的程序有關(guān)。不同的指令執(zhí)行的時(shí)間是不同的。如果用于高速系統(tǒng)要縮短掃描周期時(shí)間，可在軟硬件上同時(shí)考慮?？紤]到現(xiàn)在CPU速度高，所以想過去編程那樣從用戶軟件使用指令上來精打細(xì)算的來節(jié)省掃描時(shí)間已是不可

31、能的了。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式工作的。每一次掃描所用的時(shí)間稱掃描周期或工作周期。圖3-1為掃描周期示意圖。圖3-1 PLC掃描周期示意圖本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)的實(shí)際步驟和PLC的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)、以及PLC的控制器設(shè)計(jì)的參數(shù)的整定。 3.4 PLC的選型 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先確定控制方案，下一步就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝特點(diǎn)和應(yīng)用需求的設(shè)計(jì)選型主要依據(jù)。PLC和相關(guān)設(shè)備應(yīng)綜合的，基于標(biāo)準(zhǔn)，易于跟蹤和工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能選擇在相關(guān)工業(yè)PLC的選用原則應(yīng)投產(chǎn)的表現(xiàn)領(lǐng)域，成熟可靠的系統(tǒng)

32、，PLC的大小和控制系統(tǒng)的硬件，軟件和設(shè)備的配置和功能應(yīng)符合要求。熟悉可編程邏輯控制器，有利于減少編程時(shí)間的菜單計(jì)劃和相關(guān)的編程語言，所以當(dāng)工程設(shè)計(jì)選型和估算應(yīng)該是過程的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，控制要求，明確任務(wù)，并確定所需的控制的操作和動(dòng)作，并根據(jù)控制要求的范圍，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)，所需存儲(chǔ)器容量確定PLC的功能，外部設(shè)備的特性，最后選擇了更高的性價(jià)比和設(shè)計(jì)相應(yīng)的PLC控制系統(tǒng)。綜合了輸入輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、各項(xiàng)控制功能和機(jī)型的考慮以及性價(jià)比等各方面的因素，在此我為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了S7-200 PLC一臺(tái)。S7-200 系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226

33、等類型。6個(gè)有12種工作方式的高速計(jì)數(shù)器和兩點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器/和脈沖寬度調(diào)制器、直接讀寫的模擬量I/O模塊、CPU有著先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)、尋址方式靈活多變以及程序化的PID編程控制。便宜使用的價(jià)格使它能夠被廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)生活的方方面面。最重要的是它還提供了完善的的網(wǎng)上支持。這些都為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供很好的條件和方便。此系統(tǒng)選用的S7-200 CPU224,CPU224集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID

34、控制器。圖3-3為CPU224外部電路連接圖8。圖3-2 CPU224外部電路連接圖 3.5 CPU224應(yīng)用介紹如圖3-3所示的CPU224外部接線圖輸入端接24V直流來驅(qū)動(dòng)PLC的CPU來進(jìn)行工作輸入接口分別是啟動(dòng)、停止按鈕，報(bào)警確認(rèn)，水池下限液位檢測(cè)，水池上限液位檢測(cè)，水塔下限液位檢測(cè)，水塔上限液位檢測(cè)，以及熱繼電器來保護(hù)電路。輸出端接220V交流來驅(qū)動(dòng)實(shí)際工作中的電路器件分別有啟動(dòng)指示燈，兩個(gè)水泵，水池高低水位報(bào)警燈，水塔高低水位報(bào)警燈，水池和水塔的蜂鳴器報(bào)警裝置以及分別給水池和水塔供水的兩個(gè)電磁閥。其中輸出端的電路器件會(huì)在相應(yīng)的輸入端的信號(hào)的作用下來進(jìn)行設(shè)計(jì)好的動(dòng)作，以保證整個(gè)系統(tǒng)的

35、正常工作。確保自動(dòng)供水的實(shí)現(xiàn)。 3.6 PLC擴(kuò)展模塊的選擇3.6.1交直流輸出模塊PLC的交直流輸出模塊EM222有8個(gè)輸出點(diǎn)，分成兩組，1L,2L是每組輸出點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端。每組需用戶提供一個(gè)外部電源。交直流輸出模塊是繼電器輸出方式。當(dāng)PLC有信號(hào)輸出時(shí)，輸出接口電路使繼電器線圈激勵(lì)，繼電器觸點(diǎn)的閉合使負(fù)載回路接通，同時(shí)狀態(tài)指示發(fā)光二極管VL導(dǎo)通點(diǎn)亮。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)（直流負(fù)載或交流負(fù)載）來選用負(fù)載回路的電源（直流電源或交流電源）9。本次設(shè)計(jì)中0.1、0.2輸出端接蜂鳴器，0.3、0.4輸出端接電磁閥，EM222及其接線如圖3-4所示。圖3-3 EM222模塊數(shù)字量I/O連線示意圖3.6.2

36、模擬量輸出模塊如電動(dòng)閥門、液壓電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)它們應(yīng)用于工業(yè)控制之中時(shí)，這些設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的控制是通過連續(xù)的變化的模擬量信號(hào)來驅(qū)動(dòng)或者控制的。為了實(shí)現(xiàn)這些控制就應(yīng)該使PLC輸出模擬量以代替數(shù)字量，只有這樣這些設(shè)備才能正常工作。模擬量輸出模塊的作用就是把PLC輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)，以適應(yīng)模擬量控制的要求。模擬量輸出模塊一般由光電耦合器、數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器和信號(hào)驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成10。模擬量輸出模塊（EM232）具有2個(gè)模擬量輸出通道。輸出的可以使電流或者電壓信號(hào)這些模擬量，存儲(chǔ)器AQ區(qū)域提供2字節(jié)給每一個(gè)輸出通道。輸出信號(hào)的范圍：電壓輸出為-10+10V，電流輸出為020mA。滿量

37、程時(shí)電壓輸出和電流輸出的分辨率分別為12位和11位，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量分別為-32000+32000和0+32000。電壓輸出的設(shè)置時(shí)間為0.1ms。用戶程序無法讀取模擬量輸出值。該模塊需要DC24V供電，可由CPU模塊的傳感器電源DC24V/400mA供電，也可由用戶提供外部電源11。本次設(shè)計(jì)中采用的EM232模塊如圖3-4所示圖3-4 EM232模塊接線EM232為模擬量輸出模塊，為擴(kuò)展模塊，有兩組模擬量輸出，每組可作為1路模擬量輸出（電壓或電流信號(hào)），它與變頻器的接線圖如圖3-3所示。其中V0、I0和V1、I1分別輸出模擬量來控制兩個(gè)M430變頻器，并通過M430變頻器來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)11。

38、3.7系統(tǒng)的I/O分配表控制系統(tǒng)的I/O分配表如表3.1所示表3.1 I/O分配表輸入信號(hào)輸入變量名輸出信號(hào)輸出變量名I0.0啟動(dòng)開關(guān)Q0.0啟動(dòng)指示燈I0.1停止開關(guān)Q0.1水泵M1I0.2報(bào)警確認(rèn)Q0.2水泵M2I0.3水池下限位Q0.3水池低水位指示燈I0.4水池上限位Q0.4水池高水位指示燈I0.5水塔下限位Q0.5水塔低水位指示燈I0.6水塔上限位Q0.6水塔高水位指示燈I0.7熱繼電器FR1Q0.7水池報(bào)警指示燈I1.0熱繼電器FR2Q1.0水塔報(bào)警燈Q2.1水池蜂鳴器Q2.2水塔蜂鳴器Q2.3電磁閥MB1Q2.4電磁閥MB2 3.8 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)線路電機(jī)采用臥式離心泵，是根據(jù)離心力

39、原理設(shè)計(jì)的，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，將水甩出，從而達(dá)到輸送的目的。離心泵有好多種，從使用上可以分為民用與工業(yè)用泵；從輸送介質(zhì)上可以分為清水泵、雜質(zhì)泵、耐腐蝕泵等。主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、固定安裝無震動(dòng)、密封較好、噪音低、維護(hù)方便、價(jià)格便宜12；生活加壓給水系統(tǒng)的水泵機(jī)組應(yīng)設(shè)置備用泵，備用泵的供水能力應(yīng)大于最大一臺(tái)運(yùn)行水泵的供水能力，水泵宜自動(dòng)切換，交替運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)電路如圖3-5所示圖3-5液位控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路變頻器調(diào)速控制方式u/f控制方式因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tm=（u1/f1）(u1/f1),所以保持u/f恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩恒定，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力不變。大多數(shù)負(fù)載適用這種調(diào)壓控制方式

40、。變頻器的輸出電壓與輸出頻率呈二次曲線關(guān)系，適用于風(fēng)機(jī)，水泵類負(fù)載。當(dāng)變頻器的輸出頻率較低時(shí)，其輸出電壓也比較低。此時(shí)，電機(jī)定子繞組電阻的影響已不能忽略，流過定子繞組的電流下降，電磁轉(zhuǎn)矩下降。為改善變頻器的低頻轉(zhuǎn)矩特性，可采用電壓補(bǔ)償?shù)姆椒?，即適當(dāng)提高低頻時(shí)的輸出電壓13。通過CPU的擴(kuò)展模塊EM232將液位傳感器所檢測(cè)到的液壓信號(hào)經(jīng)過其內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換將其轉(zhuǎn)換為模擬的電壓和電流信號(hào)，V0、I0和V1、I1分別輸出模擬量來控制兩個(gè)M430變頻器，并通過M430變頻器來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)液位低于液面下限時(shí)變頻器控制電機(jī)已工頻50HZ運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著水塔內(nèi)液面的不斷升高液位檢測(cè)器所檢測(cè)到的壓力值也隨之不

41、斷變化，繼而擴(kuò)展模塊輸出同樣變化著的模擬量值，以此來傳輸給變頻器并通過變頻器調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的頻率。是水泵電機(jī)可以穩(wěn)定高效的運(yùn)轉(zhuǎn)從而完成整個(gè)水塔自動(dòng)供水系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行過程。 3.9檢測(cè)元件應(yīng)用設(shè)計(jì)檢測(cè)元件采用GSK液位傳感器，它的特點(diǎn)為：1、外殼采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，機(jī)械強(qiáng)度高、密封性好。2、電纜采用特種材質(zhì)，耐油、酸、堿，抗蝕能力優(yōu)越。3、輸出穩(wěn)定可靠的“ON”、“OFF”開關(guān)控制信號(hào)，無任何誤動(dòng)作，可靠性高。4、安裝簡(jiǎn)捷，調(diào)試方便，上下移動(dòng)定位重塊，即可隨意調(diào)節(jié)液面控制范圍14。液位傳感器的接線及工作原理如圖3-6所示。圖3-6液位傳感器接線圖在水塔底部和水塔頂部的液位傳感器分別檢測(cè)不同水位狀態(tài)下的

42、情況，并把檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)紺PU中使PLC根據(jù)不同的信息來控制不同情況下的電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)從而達(dá)到液位自動(dòng)控制的要求。接線方式為整個(gè)液位傳感器系統(tǒng)外部有一個(gè)220V電源驅(qū)動(dòng)，液位傳感器有三個(gè)引腳分別是正極（1腳）輸入到外供，公共端（3腳）和信號(hào)（2腳）分別輸入到正負(fù)輸入引腳。通過自身的模擬量物理量變換將控制信號(hào)輸送給PLC。4. 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1 控制程序流程圖根據(jù)系統(tǒng)要求，水塔系統(tǒng)的控制流程圖如圖4-1所示：圖4-1水塔液位控制流程圖4.1.1程序流程圖分析：水塔工作系統(tǒng)的工作方式為：當(dāng)水池水位低于水池下限位液位檢測(cè)傳感器S1時(shí)，則S1此時(shí)為OFF，電磁閥MB1打開，水泵M1啟動(dòng)，開始向水池

43、供水，待4S后，若水池水位沒有超過水池下限位液位檢測(cè)傳感器S1，即說明系統(tǒng)發(fā)生故障，則水池蜂鳴器PB1報(bào)警，水池報(bào)警燈閃爍。若系統(tǒng)正常，則此時(shí)水池水位應(yīng)該超過了水池下限位液位檢測(cè)傳感器S1，則S1此時(shí)為ON，表示水池水位高于水池下限水位。當(dāng)水位水位高于水池上限位液位檢測(cè)傳感器S2時(shí)，則S2為ON，水泵M1停止，電磁閥MB1關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限位液位檢測(cè)傳感器S3時(shí)，則S3此時(shí)為OFF，電磁閥MB2打開，水泵M2啟動(dòng)，開始向水塔供水，待4S后，若水塔水位沒有超過水塔下限位液位檢測(cè)傳感器S3，即說明系統(tǒng)發(fā)生故障，則水塔蜂鳴器PB2報(bào)警，水塔報(bào)警燈閃爍。若系統(tǒng)正常，則此時(shí)水塔水位應(yīng)該超過了水

44、塔下限位液位檢測(cè)傳感器S3，則S3此時(shí)為ON，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔水位高于水塔上限位液位檢測(cè)傳感器S4時(shí)，則S4為ON，水泵M2停止，電磁閥MB2關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限位，同時(shí)水池水位也低于水池下限位時(shí)，水泵M2無法啟動(dòng)，電磁閥MB2無法打開。 4.2 控制程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用的是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)水池中缺水時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)，并自動(dòng)向水池中供水，同樣，當(dāng)水塔中缺水時(shí)，系統(tǒng)能能自動(dòng)檢測(cè)，并自動(dòng)向水塔中供水，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)報(bào)警。系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)如下：（1）系統(tǒng)開始停止程序（2）水泵M1啟動(dòng)停止程序（3）M1注水4s（4）水池水位過低指示控制程序 （5）水泵M1

45、處故障時(shí)蜂鳴器H1控制程序（6）水池報(bào)警指示燈閃爍控制程序（7）水池報(bào)警指示燈閃爍控制程序（8）水池水位過高指示控制程序（9）水泵M2啟停控制程序（10）水泵M2注水4S控制程序（11）水塔水位過低指示控制程序如圖（12）水泵M2處故障時(shí)蜂鳴器H2控制程序（13）水塔報(bào)警指示燈閃爍控制程序（14）水塔報(bào)警指示燈閃爍控制程序（15）水塔水位過高指示控制 5.組態(tài)王仿真的設(shè)計(jì) 5.1 組態(tài)軟件概述組態(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(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)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(jiǎn)捷的使用方法。它們通常有強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)

46、功能和良好的開放性功能。組態(tài)軟件產(chǎn)品產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代中期，首先出現(xiàn)在西方發(fā)達(dá)國家，如今組態(tài)軟件在中國也已有將近10年的發(fā)展。但最初組態(tài)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用并不是十分順利。組態(tài)軟件一開始并不被人們所認(rèn)識(shí)和了解，人們也并沒有將組態(tài)軟件的預(yù)算列入項(xiàng)目之中。而且由于組態(tài)軟件早期進(jìn)口的價(jià)格昂貴，這使得一般中國的用戶在觀念的接受上和承受能力的實(shí)現(xiàn)上出現(xiàn)了困難，并對(duì)這個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展產(chǎn)生了制約15。組態(tài)王軟件經(jīng)過數(shù)年開發(fā)，兩萬五千余例工程（鋼鐵，化工，電力，國屬糧庫，郵電通訊，環(huán)保，水處理，冶金等各行業(yè)）的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操控，現(xiàn)已成為很多國內(nèi)客戶在選擇組態(tài)軟件時(shí)第一考慮的產(chǎn)品，占據(jù)很大的市場(chǎng)份額。組態(tài)王作為首家國產(chǎn)的

47、組態(tài)軟件已經(jīng)應(yīng)用于民生，國防建設(shè)，交通運(yùn)輸，航天項(xiàng)目等重大方面16。組態(tài)王Kingview是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作及工廠資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化管理。它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)。在生活及生產(chǎn)供水中, 通常是通過建造水塔以維持水壓。但是, 建造水塔費(fèi)用高, 還會(huì)造成水的二次污染。因此, 通常采用的方法是: 當(dāng)水箱液位過低時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警并打開進(jìn)水水泵；當(dāng)水箱液位過高時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警并關(guān)閉水泵，打開閥門防水。

48、這就是水箱供水的基本思路。本文介紹了基于組態(tài)王的水箱供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中通過模塊化編程，完成了水箱的自動(dòng)供水和水箱的液位保持，基本達(dá)到實(shí)際工程要求17。 5.2系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)5.2.1新建工程 打開組態(tài)王首先新建立工程“水塔液位控制”，進(jìn)入畫面界面，點(diǎn)擊新建工程畫面，進(jìn)入開發(fā)系統(tǒng)界面，確定背景屬性。如圖5-1所示圖5-15.2.2定義變量選中左邊的數(shù)據(jù)字典，然后雙擊新建來定義變量，并注意其變量類型及其后續(xù)設(shè)置。如圖5-2所示。圖5-25.2.3調(diào)用器件      打開工具欄，使用圖庫創(chuàng)建所需的器件：水泵、指示燈、閥

49、門、水管、水箱、儀表等。如圖5-3所示。圖5-35.2.4畫面部署 然后調(diào)整好各器件的位置，進(jìn)行相應(yīng)的管道連接，使得整個(gè)畫面安排合理、緊湊。如圖5-4所示。圖5-4組態(tài)監(jiān)控畫面5.2.5報(bào)警窗口的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)在組態(tài)王軟件中輸入相應(yīng)的液位下限報(bào)警值并通過報(bào)警窗口的建立使之清晰的表達(dá)出來。如圖5-5所示。圖5-5水塔和水池的報(bào)警窗口 5.3總結(jié)這次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是“水塔水位控制系統(tǒng)?！边@在日常生活中有廣泛的應(yīng)用并且大量存在于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如水電站控制，地下水，水塔自動(dòng)控制等。傳統(tǒng)的檢測(cè)是由手工完成，檢測(cè)人員必須全天候值班以監(jiān)控水位變化，并將水位變化用有線電話通知操控室。然后通過操控室來啟動(dòng)電

50、機(jī)對(duì)水量進(jìn)行改變。顯然，在人員，時(shí)間和金錢這些重復(fù)性的工作會(huì)造成很大的浪費(fèi)。而且還容易出錯(cuò)。因此，迫切需要能夠自動(dòng)檢測(cè)水位，根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)的情況中的水位的變化來進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，這也是本次研究的主要課題。 解決實(shí)際問題需要的不僅僅是理論知識(shí)，而且要求較強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，完成本設(shè)計(jì)要求理清水塔水位控制的全過程。才會(huì)對(duì)軟件實(shí)現(xiàn)帶來方便。縱觀整個(gè)設(shè)計(jì)過程，本設(shè)計(jì)還有很大的擴(kuò)展空間，相信在未來的學(xué)習(xí)與發(fā)展中會(huì)得到更好的應(yīng)用與改進(jìn)。 6.結(jié)論 6.1本課題研究結(jié)論本次設(shè)計(jì)是用過PLC來對(duì)水塔的液位進(jìn)行自動(dòng)控制。在設(shè)計(jì)中用到了CPU224的擴(kuò)展模塊以及一個(gè)智能擴(kuò)展模塊，設(shè)計(jì)了一套由PLC、液位控制閥、

51、水泵、計(jì)算機(jī)、通信模塊等主要設(shè)備構(gòu)成的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能以及在不同水位的情況下都能正常自動(dòng)工作，并且方便控制節(jié)約能源?？朔藗鹘y(tǒng)供水方式普遍存在的效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能、自動(dòng)可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、管理方便的穩(wěn)定供水。對(duì)于變頻器和水塔的同時(shí)使用是為了在能夠完成自動(dòng)檢測(cè)以及自動(dòng)供水的任務(wù)的基礎(chǔ)上，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性達(dá)到最佳并且能再最大程度上保護(hù)水泵電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單高效的工作。 6.2課題存在問題與展望l)由于時(shí)間關(guān)系，供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不夠完善，在使用組態(tài)軟件進(jìn)行水量動(dòng)畫演示時(shí)只加入了下限報(bào)警設(shè)計(jì)。在今后的學(xué)習(xí)和工作中還應(yīng)對(duì)

52、上位機(jī)監(jiān)控軟件程序以及對(duì)具體的監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行更加完善的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)2)現(xiàn)有設(shè)計(jì)研究實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)和設(shè)備報(bào)警監(jiān)控功能，將來還可以通過對(duì)更多現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水位、PID算法、水流量等，通過開發(fā)上位機(jī)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有綜合功能的供水自動(dòng)化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力。 以上這部分工作有待在以后的學(xué)習(xí)與工作中進(jìn)一步完成。致謝在中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院結(jié)束2年學(xué)習(xí)，在即將畢業(yè)之際，用我所學(xué)知識(shí)完成這樣一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，既是為我大學(xué)生涯的一個(gè)收尾，也是對(duì)我專升本這2年所學(xué)的一個(gè)肯定。 這次論文的完成使我又增加了新的知識(shí)和能力。包括查找相關(guān)資料搜集有關(guān)文獻(xiàn)方面的動(dòng)手能力，主動(dòng)去學(xué)習(xí)接受未知新知識(shí)的能力，將設(shè)計(jì)思路呈現(xiàn)出來的文字表達(dá)能力，語言敘述能力以及不同模塊之間整合所需的邏輯思維能力。這都得到了很大程度的提高和鍛煉。通過這次論文的親自動(dòng)手設(shè)計(jì)我實(shí)現(xiàn)了如何把所學(xué)的課本知識(shí)和具體生產(chǎn)生活實(shí)際聯(lián)系起來，這必將使我受用終生。在做這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到了很多的迷惑和困難，理論知識(shí)向?qū)嶋H操作的轉(zhuǎn)變讓我最初無所適從，在這個(gè)過程中，我的指導(dǎo)老師韓亞麗老