课程设计（论文）-双储液罐水位监控系统设计.doc

内 容 摘 要 计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以 方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控机诊断，双机热备等先进技 术，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS 工控组态软件将为您提供强有力的软件支持。 组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。鱿鱼组态技术的 介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了，采用组态控制技术的计算机控制系统最大 的特点是从硬件设计到软件开发都具有组态性，因此系统的可靠性和开发速度提高了，开 发难度却下降了，随着国内工业生产技术的进步以及自动化技术的发展，人们对自动化监 控西童的需求越来越大，要求越来越高，一方面要求界面简单明了、宜于操作、数据采集 实时性好以及高可靠监控性，同时还要求开发周期短，系统便于更改、扩充、升级、工控 组态软件正是符合这些要求而早工业领域的到广泛应用。本文对组态技术进行论文一些研 究，对其发展概况进行论文比较全面的了解，利用组态软件对双储液罐水位控制系统进行 监控系统设计。 索引关键词索引关键词：水位控制 监控系统 组态技术 目 录 第一章 绪 论.1 1.1 课题背景.1 1.2 意义与目的.1 第二章 组态系统介绍.1 第三章 双储液罐水位控制系统的硬件组成及设备的选择.2 3.1 水箱对象.2 3.2 水位、温度检测与控制设备.2 3.3 I/O 接口设备 .3 3.4 接线端子板.3 3.5 计算机.3 第四章 储液罐系统监控软件的设计与调试.3 4.1 工程的建立.3 4.2 画面的设计与编辑.3 4.3 动画连接与调试.4 4.4 水位对象的模拟.5 4.5 实时和历史报警窗口的制作与调试.6 4.6 实时和历史曲线的制作与调试.7 第五章 程序调试运行及安全机制.8 5.1 模拟调试.8 5.2 在线调试.8 后记.9 参考文献.10 - 1 - 双储液罐水位监控系统 第一章 绪 论 1.1 课题背景 水位是生活、工业生产当中经常遇见的控制参数，它具有明显的大惯性、变参数、非 线形特征。在生产领域水位的控制是较为关键的控制部分传统的双储液罐水位控制系统普 遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制使控制系统的体积增大耗 电多效率不高且易出故障。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于 计算机技术而产生的组态控制技术所取代。而组态技术本身优异的性能使基于组态控制的 水位控制技术系统变得经济、高效、稳定且维护方便。这种水位控制系统对改造传统的继 电器控制系统具有相当的意义。建立快速稳定的数据传输通道保证水位数据信息的实时性 和准确性保证系统能够高度可靠地实施和运行。在保障水位测量功能的基础上优化系统降 低系统费用。 1.2 意义与目的 为了预防事故，为及时进行水位决策提供大量可靠的数据和资料,需要实时准确地监 测现场的水位。目前许多水位控制系统仍采用人工方法。该方法存在数据测量难以准确监 测、实时性不强等问题。为了实时准确监测水位,，现采用一种基于组态软件的双储液罐 水位控制系统。该系统以计算机为控制核心利用组态软件实现在线监测一次投入少，运营 成本低，运行可靠抗干扰能力强等优点，实现了远程监测, 同时能实现无人值守功能。 本文在提出总体设计方案的基础上完成了系统的硬件和软件设计应用程序的编写及调 试经实际运行验证取得了满意的效果。目前的测试结果而结合远程监控的优势,具有较强 的实用性。 本系统的任务是在掌握了水位控制系统的基本组成原理的同时并能掌握结合工程实际 根据生产设备所提出的技术指标组成选择控制系统结构的思路和方法另一方面在掌握水位 手动控制和水位自动控制的思想上能合理正确地选择和整定系统的硬件、软件的方法和手 段。在信号检测电路和水位控制电路的实现上既掌握目前的普及应用技术和正在发展的新 技术也掌握了智能功率集成电路、模拟电路以及目前应用广泛的各类器件及由这些器件组 成的系统。能从工程实用的角度提出问题、分析问题和解决问题通过本课题的学习能胜任 对电气传动控制系统的使用、维护和管理的工作。 第二章 组态系统介绍 本课题主要是利用组态软件模拟 PLC 的被控对象和控制过程，模拟储液罐的实际工作 过程，构建一个与实际控制现场相似的组态环境。主要涉及 PLC 和组态王软件的运用。随 着工业自动化水平的迅速提高。计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业化自动化的要 求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控 - 2 - 制软件已无法满足用户的各种需求，在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦 有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长已开发成功的工控软件又由 于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件 的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源 程序的修改，因而更是相当困难，通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问 题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使 用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。自动化已 成为一种趋势，对自动化过程的监控就成为我们不可以回避的课题。现在组态软件做为通 用的工具提醒本课题的重要性。 第三章 双储液罐水位控制系统的硬件组成及设备的选择 3.1 水箱对象 水箱由水罐、水泵、调节阀、出水阀及部分组成。 一、水箱 水箱是 储藏水的容器，假定水箱高 3m，上限 2.6m，下线为 0.5m。 二、水泵、调节阀及出水阀 水箱里面的水是靠水泵从水源抽水而来的。水泵采用单相泵（带电容） ，正常时额定 电压为 220V（电源电压不得低于 10%，以免烧毁电机） 。 调节阀是生产过程自动调节系统中的重要环节之一。他以电源为动力接受统一的标准 010mA 或 420mA.DC，将此转为与输入信号相对应的上下位移，自动的操作阀门，改变阀 门的开启程度，从而达到对工业介质流量、压力、温度和液位等参数的自动调节。因而广 泛应用于化工、石油、冶金、电站和轻纺等工业生产过程的自动调节和远程控制。 出水阀采用 ANSI Class1502500Lb 出水阀，工作温度600的石油、化工、火力电 站等各种工况的管路上，切断或接通介质。适用介质为：水、油品、蒸汽等。操作方式有： 手动、齿轮传动、电动、气动等。 3.2 水位、温度检测与控制设备 一、水位传感器 为了监控水箱的水位，必须依靠一定的检测设备低微毫水箱水位这个重要参数进行检 测。在这里选用 ST2001GP4BM1B2 型扩赛硅压力传感器，量程为 29.4Pa，当水位为 3m。 输出电流为 20mA，当水位 0m 时，输出电流为 4mA。 二、温度变送器 为了监控水箱的温度。必须依靠一定的检测设备对水箱温度这个重要参数进行检测。 在这里采用 KZW 系列温度变送器。 三、配电器及接触器 配电器：作用是为水位传感器提供 24V 电源，同时将水位传感器与计算机接口进行了 - 3 - 电气隔离，提高了系统的可靠性，配电器的型号为 DFP2100. 接触器：由于 PLC 的输出触电容量较小（电流小于 2A） ，一般不能用于直接控制交大 功率的电气设备，故需要外加接触器，以便能够对水泵进行控制，这里选用 CZ18。 四、稳压电源及电加热器 稳压电源为配电器、水位传感器、只能模块、接触器提供 24V 工作电源，稳压电源的 型号为 DFY3110，最大输出电流为 10A。 3.3 I/O 接口设备 显然系统有 4 路模拟量输出（AI） ，4 路开关输出（DO） 。可以选用研样 PCL818L 多功 能板卡作为 I/O 接口设备。 3.4 接线端子板 PLC818L 接口卡安装在计算机箱内的 ISA 扩展槽上，为便于对象与 PLC818L 板卡之间 接线，板卡生产厂提供了相应的接线子板，端子板可安装在机箱外适当处。DO 通道选用 几点输出端子板 PCLD-9318，AI 通道可选用 PCLD-780-880 端子板。 3.5 计算机 工业控制计算机（IPC）及配套的显示器、打印机等。MCGS 组态软件，导线，外用表、 螺丝刀等工具。 第四章 储液罐系统监控软件的设计与调试 4.1 工程的建立 1进入 MCGS 组态环境，单击“文件”“新建工程” 。 2单击“文件”“另存为” 。 3在弹出的对话框内填入“水位监控系统” 。 4.2 画面的设计与编辑 参考的监控画面如图 4-1 所示。 - 4 - 一、新建画面 在“用户窗口”页建立“水位监控”画面，并将其设置为启动窗口。 二、编辑画面 1.利用“标签” （文字）工具写入文字“储液罐水位监控系统，调整大小及位置。 2.利用“插入元件”工具从“储藏罐”中选择罐 20，画罐 1，调整大小及位置。 3.利用“插入元件”工具从“储藏罐”中选择罐 14，画罐 2，调整大小及位置。 4.利用“插入元件”工具从“泵”中选择泵 12，画水泵，调整大小和位置。 5.利用“插入元件”工具从“阀”中选择阀 6 和阀 33，画罐 2 进水阀和出水阀，调 整大小和位置。 6.利用“流动块”工具在泵与罐 1、罐 1 与罐 2、罐 2 与出水阀之间画流动块。 7.利用“文字”工具写入“罐 1” 、 “罐 2” 、 “泵” 、 “罐 2 进水阀” 、 “罐 2 出水阀” ，对 画面进行注释。 4.3 动画连接与调试 一、液位的模拟输入 安装 PCL-818L 板卡或 S7-200PLC，并进行正确的设备连接后，液位信号可经板卡或 PLC 送入计算机。但如果不进行硬件连接，液位信号无法送入计算机，这时可利用滑动输 入器工具进行液位模拟输入，以便进行系统模拟调试。滑动输入器的制作方法如下： 图 4-1 - 5 - 1进入水位监控窗口。 2选中“工具箱”中的“滑动输入器”图标，鼠标呈“十”字形，在罐 1 的下边按 住左键拖动出一个滑动块。 3双击滑动块，弹出属性设置窗口，按照如下参数进行设置： （1）在“基本属性”页中，滑块指向：指向左（上） 。在“操作属性”页中，对应数 据对象名称：H1；滑块最右（下）边时对应值：12。其他不变。 （2）在制作好的滑动块右边写文字注释“H1 输入” 。用同样方法制作液位 2 的滑动 块和注释。注意“操作属性”页中，对应数据对象名称：H2；滑块最右（下）边时对应值： 8。 二、流动块的流动效果 1双击水泵和罐 1 之间的流动块，弹出属性设置窗口。双击罐 1 和罐 2 之间的流动 块，弹出属性设置窗口。双击罐 2 和出水阀之间的流动块，弹出属性设置窗口。注意不要 做可见度连接。 2存盘进入运行环境，操作水泵、罐 2 进水阀和出水阀，观察流动块的流动效果。 如果流动方向有问题，需要回到组态环境，在基本属性页中修改流动方向设置。基本属性 页还可改变流动块颜色。 4.4 水位对象的模拟 水位特性模拟程序的添加步骤如下： 1进入运行策略窗口。 2选中循环策略，单击鼠标右键，进行属性设置，设置循环策略执行时间是 200ms。 3双击循环策略，进行循环策略组态。 4单击新增策略行按钮，增加一条策略。 5在策略工具箱选择脚本程序，添加到策略行。 6双击脚本程序，写入如下液位模拟程序： IF 水泵 = 1 THEN H1=H1+ 0.1 ENDIF IF 罐 2 进水阀 = 1 THEN H1=H1 - 0.05 H2=H2 + 0.07 ENDIF IF 罐 2 出水阀 = 1 THEN H2=H2- 0.03 ENDIF - 6 - 进入运行环境，在画面中操作水泵、罐 2 进水阀和罐 2 出水阀，观察水位随操作变化 的效果。 4.5 实时和历史报警窗口的制作与调试 一、报警灯或电铃报警 进入水位监控画面。利用工具箱中的插入元件指示灯指示灯 1，在水罐 1 旁画一 个小报警灯，调整其位置和大小。双击报警灯，弹出“属性设置”窗口。单击“动画连接” 选项卡，进入该页。单击文字“组合图符” ，右侧出现图标“” 。单击“”按钮，弹出 “动画组态属性设置”窗口。 单击“属性设置”选项卡，进入该页，选择“闪烁”和“填充颜色” 。 二、实时报警 以上报警方式比较简单。也可以实时报警或历史报警窗口形式进行报警。运行过程中 实时报警窗口的显示效果如图 4-2，由图 4-2 可以看出，其报警内容比较丰富。 实时报警窗口制作方法如下： 1.对变量 H1、H2 进行报警属性的设置。 （1）进入实时数据库，双击数据对象“H1” 。选中“报警属性”标签。选中“允许进 行报警处理” ，报警设置域被激活。 （2）钩选并选中“下限报警” ，报警值设为：1；报警注释：“罐 1 水位低于下限” 。 钩选并选中“上限报警” ，报警值设为：9；报警注释：“罐 1 水位高于上限” 。 （3）单击“确认”按钮， “H1”报警属性设置完毕。同理设置“H2”的报警属性。需 要改动的设置为： 下限报警报警值设为：1，报警注释：“罐 2 水位低于下限” 。 上限报警报警值设为：6，报警注释：“罐 2 水位高于上限” 。 2.将 H1、H2 放在一个组里。 （1）进入实时数据库，单击“新增对象”按钮，增加一个数据对象。 双击该对象， 弹出属性设置窗口。 在对象“基本属性”设置页设置对象名：液位组，类型：组对象。 单击“组对象成员”选项卡，进入“组对象成员”页。 （2）在左边数据对象列表中选择“H1” ，单击“增加”按钮，数据对象“H1”被添加 到右边的“组对象成员列表”中。按照同样的方法将“H2”添加到组对象成员中。单击 “确认”按钮，组对象设置完毕。 图 4-2 - 7 - 3.制作和设置实时报警窗口。 （1）双击“用户窗口”中的“水位监控”窗口，进入该画面。选取“工具箱”中的 “报警显示”构件。鼠标指针呈“十”字形后，在画面下方，拖动鼠标至适当大小画出报 警窗口。双击报警窗口，弹出属性设置窗口。 （2）在“基本属性”页中，将对应的数据对象的名称设为：液位组；最大记录次数 设为：6。单击“确认”按钮。进入运行环境，操纵 H1 和 H2 滑动块或水泵、罐 2 进水阀 和罐 2 出水阀，改变液位，观察报警窗口内容是否正确。 4.历史报警 （1）在实时数据库窗口将变量 H1、H2 的存盘属性设置为“自动保存产生的报警信息” 。 （2）新增一用户策略，名为历史报警。 4.6 实时和历史曲线的制作与调试 一、实时曲线 以曲线形式实时显示一个或多个数据对象数值的变化情况。具体制作步骤如下： 1.进入工作台，新建一个窗口，名为“曲线显示” 。进入“曲线显示”窗口，使用标 签构件输入文字：实时曲线。单击“工具箱”中的“实时曲线”图标，在标签下方绘制一 个实时曲线框，并调整大小， 。 2.双击曲线框，弹出“实时曲线构件属性设置”窗口。 3.单击“确认”按钮，形成的实时曲线。 4.存盘后进入运行环境，操作水泵、进水阀、出水阀后，选择“系统管理用户窗口 管理曲线显示”菜单，单击“确定”后，就可调出曲线显示窗口。双击该曲线，可放大 观察效果。 二、历史曲线 1.在“曲线显示”窗口中，使用标签构件写文字：历史曲线。 2.在文字下方，使用“工具箱”中的“历史曲线”构件，绘制一个一定大小的历史曲 线框。 3.双击该曲线，弹出“历史曲线构件属性设置”窗口。 4.生成的历史曲线如图 4-3 所示。 - 8 - 图 4-3 5.进入运行环境，单击“切到曲线显示画面”按钮，就可以打开“曲线显示”窗口， 看到历史曲线，如图 4-4 所示。 第五章 程序调试运行及安全机制 5.1 模拟调试 一、进入运行环境。 二、拖动滑动块的指针，改变液位大小，观察水泵、调节阀和出水阀是否能根据液位 变化要求按设计要求动作。 三、不做任何人工做操，观察系统能否自动将液位控制规定的范围。如果效果不理想， 需要找原因，重新修改控制程序知道满意。 5.2 在线调试 一、连接对象、接口卡和计算机，上电。 二、进入组态环境，打开循环策略脚本程序，将液位模拟程序的每行前加的注释去掉。 这样做的原因是计算机与实际对象连接后，踩入了实际液位信号，不再需要进行液位模拟 了。 三、重新进入运行环境，不进行任何人工操作，观察自动控制效果。由于实际对象特 性和模拟特性往往有差