基于PLC与组态王的液态混合模拟

电气信息工程学院 大作业/论文 12 13 学年 第 一 学期 课题名称 基于 PLC 与组态王的 液态混合模拟 姓 名 学 号 班 级 09 东电气（2）班 成 绩 基于基于 PLCPLC 与组态王的液态混合模拟与组态王的液态混合模拟 摘要：摘要：介绍了利用组态王 6.5 软件制作人机界面的一个液态混合模拟系统，利用三菱 FX2 系列可编 程控制器实现控制，用组态王人机界面监控液态混合模拟系统的运行情况。首先分析了液态混合模 拟系统的要求，然后进行了可编程控制 I/O 点的分配、编写了组态王控制程序、绘制了原理图；同 时，实现了 PLC 与上位机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设 计、动画连接的建立、报警窗口的建立和曲线图的建立等；最后调试成功。实践证明，PLC 和组态 王 6.5 软件结合可以方便的实现自动化监控系统的设计、检测，并且具有良好的应用价值。 关键词：关键词：仿真 动画 组态王 液态混合模拟 Abstract: The paper introduces a Liquid hybrid simulation system which uses Kingview 6.5 software to make man-machine interface. It makes the control realize with the use of programmable logic controller of Mitsubishi FX2 series, also monitoring the operational conditions of the Liquid hybrid simulation system with the Kingview man-machine interface. First of all, it will analyze the requirements ofLiquid hybrid simulation system, and then, the allocation of the I/O point of programmable controller, the redaction of control program of Kingview and the drawing of schematic diagram. Meanwhile, it makes the communication between PLC and upper computer of the Kingview software, the attachment and allocation of device and the structure of database, the designation of graphical interface, the establishment of animation connection, alarming window and curve chart realize. At last, it is the success of debugging. The practice proves that the connection of PLC and Kingview 6.5 software can realize the designation and examination of Automatic monitoring system conveniently and has good application value and data acquisition. Key words: simulation animation Kingview Liquid hybrid simulation 1.引引 言言 随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，人们对自动化监控系统 的要求越来越高。作为一种组态软件，组态 6.5 可构造一个有效的监控和数据采集系统， 并以图形界面清晰准确、设计开发过程简单易学的特点广泛应用于各种工程领域。此 仿真软件的设计开发主要是为实验教学服务的，它可以摆脱硬件模拟的限制，利用仿 真软件和 PLC 即可完成实验任务。此仿真软件可以实现对 PLC 控制系统的仿真和双向 控制功能，即实现控制室与被控对象的双向控制，这将成为现代化控制形式的一个趋 势。 目前，此仿真软件良好，已基本达到设计要求。基于三菱 FX2 系列 PLC 控制的液 态混合模拟系统为例，如何在组态王中设计开发一个液态混合模拟系统1。 2.系统框图系统框图 组态王 实时数 据库 驱动 程序 液体混 合模型 PLC 组态王开 发系统 FP3 DDE SEVER FPSOFT 图 1 系统框图 3.组态王软件包的介绍组态王软件包的介绍 组态王的最新版本（6.53）是亚控公司根据当前自动化技术的发展趋势，保持了组 态王早期版本的功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈 及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组态王 6.53 提供了丰富的简捷、易用的配置 界面，提供大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供简单易用的 接口；该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的 功能性可用性有了很大的提高3。 （1）组成 “组态王”是在 PC 机上建立工业控制对象的人机接口的智能软件包，运 行于中文 WINDOWS 环境下。 “组态王”软件包由画面制作系统 TOUCHMAK 和画面运行系统 TOUCHVEW 两部 分组成，TOUCHMAK 和 TOUCHVEW 是各自独立的 WINDOWS 应用程序，均可独立 使用：两者又相互依赖，在 TOUCHMAK 系统中设计开发的画面应用程序必须在 TOUCHVEW 运行环境中才能运行。 （2）功能 强大的图形编辑功能，充分利用 WINDOWS 图形功能完备、界面设 计美观的特点，可绘制各种工业界面；提供 16 种动画连接方式，以满足任意的动画 连接需要；实时数据库， “组态王”已实时数据库为核心的运行机制，奠定了其强大的 组态能力和极佳通用性的基础；提供了一类 C 语言，使用客户可以根据自己的特殊 需要编写一段程序；实时的趋势判断能力，便于进行数据跟踪分析；DDE I/O 服 务程序， “组态王”遵循 WINDOWS 下的标准动态数据交换（DDE）协议，借助于 DDE 与其它软件联系5。 4.液体混合模拟硬件介绍液体混合模拟硬件介绍 （1）模拟构成 此模拟式一液体混合模型，设有启动按钮和停止按钮、液面传感 器 L1 开关液面传感器 L2 开关、液面传感器 L3 开关、温度传感器 T 开关、液体 A 阀 门 Q1 指示灯、液体 B 阀门 Q2 指示灯、液体 C 阀门 Q3 指示灯、搅拌电机指示灯、加 热器指示灯及混合液体出口指示灯。 （2）运行要求 正确连接 PLC 与 PYS3 液态混合模拟模块的实际接线，实现 PLC 与组态王之间的正常通信，在组态王中绘制液态混合模拟的监控系统。按下启动按 钮液体 A 阀门 Q1 打开，液体 A 流入容器，当液面到达 L3 时，L3 接通，关闭液体 A 阀门 Q1，打开液体 B 阀门。当液面到达 L2 时，关闭液体 B 阀门 Q2，打开液体 C 阀门 Q3。Q5 搅匀电机启动，开始对液体进行搅匀。当液面到达 L1 时，关闭阀门 Q3。并开启加热器 Q4。当温度传感器到达设定温度时，加热器 Q4 停止加热。 通过一段时间的延时，搅匀电机停止工作，出水阀门 Q6 打开，将搅匀的液体放出。 当液面下降时，液面传感器 L1，L2，L3 由接通依次变为断开，再过 3s 后，容器放 空，混合液体阀门 Y4 关闭，开始下一周期。当按下停止按钮后，要将当前的混合 操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态） 。 对混合液体出口 Q6 计数，并且绘制液体混合模拟系统的报警窗口，次数大于 3 次 进行报警，大于 10 将计数自动清零。 对液体混合模拟系统建立混合液体出口 Q6 次数的实时曲线显示。 对液体混合模拟系统建立混合液体出口 Q6 次数的历史曲线显示。 完成以上指标的同时要求画图美观，对液体混合模拟系统可以直观的控制和监视， 达到实验的要求。 5.PLC 控制系统设置控制系统设置 5.1I/O 分配分配 如根据上述控制要求，系统 I/O 分配如图 2 所示 输入输出 器件说明器件说明 X0启动开关Y0液体 A 阀门 Q1 X1停止开关Y1液体 B 阀门 Q2 X2液面传感器 L1Y2液体 C 阀门 Q3 X3液面传感器 L2Y3加热炉 Q4 X4液面传感器 L3Y4搅匀电动机 Q5 X5温度传感器 TY5混合液体阀门 Q6 图 2 PLC 模拟控制液态混合 I/O 地址表 5.2PLC 外部连接图的设计外部连接图的设计 PLC 外部连接图如图 3 所示 三菱FX3U-64MT/ES S/S 0V 24V X0 X1 X2 X3 X4 X5 DC24V 启动 停止 L1 L2 L3 T COM1 COM2 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 DC24V Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 图 3 液态混合控制线路电气接口图 6.软件流程图软件流程图 开始 液体A阀门Q1打开 打开X4，关闭液体A阀门Q1，打开液体B阀门 打开X3，关闭液体B阀门Q2，打开液体C阀门，搅匀电机启动 打开X2，关闭液体C阀门Q3，开启加热器Q4 打开X5，加热器Q4停止工作 通过一段时间的延时，搅匀电机停止工作，出水阀门Q6打开 依次关闭X2、X3、X4，再过3S容器放空 是否按下停止 关闭X5 结束 N Y 图 4 软件流程图 根据混合液态模拟运行要求设计流程图如图 4 所示。 7.仿真软件实现功能仿真软件实现功能 （1）功能 用组态王软件中的工具箱可绘制出静态画面，对控制的图素进行变量 定义及动画连接。当 PLC 模拟开关动作时，PLC 通过 DDE（动态数据交换）传递给组 态王画面，则对应的变量图素产生动画效果。在画面中可显示混合液态及液面位置、 温度、搅拌电机、加热器、混合液体出口等各种必要的信息。 此系统除了实现 PLC 对“组态王”画面的控制，还要实现“组态王”画面对 PLC 控制。 即可实现双向控制，即仿真画面上的按钮能控制混合液态模型的动作，也可用模型控 制画面。 (2)仿真软件静态图 在组态王工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”， 新建一个名为“混合液态”的新画面，在此画面上绘制各种图素。绘图时运用工具箱中 的一些基本元素，如直线、椭圆、折线、文本和按钮等等，如图 5 所示。 图 5 组态监控画面 8.组态监控系统实现组态监控系统实现 本设计中，混合液态监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的 Kingview6.5 组态 王软件。 8.1PLC 与上位机组态王之间的通信与上位机组态王之间的通信 组态王 6.5 把每台与之通信的设备（包括 PLC、智能模块、板卡、智能仪表、变 频器等）看作外部设备，它内置了大量的设备驱动作为组态王与外部设备的通信接口。 在开发过程你只需根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程即可。运行期间， 组态王就可通过通信接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令1。 （1)工程的创建 创建新工程，在工程名称输入“混合液态”工程名称，将新建的工 程设为组态王的当前工程。利用厂家提供的专用 PLC USB 编程电缆，将 PLC 通过编 程口与上位机组态王串口（COM 口）连接，进行串行通信。设置工程浏览器左侧大纲 项“设备/COM1”，用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应 与 PLC 的通讯参数设置保持一致。为设备选择连接串口,根据 PLC 与上位机连接选择 的串行口。 （2)构造数据库 数据库是“组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，创建各个 变量数据，这些变量与 PLC 内部变量一一对应，PLC 的输入输出完全有组态王内部变 量代替。这样，PLC 的实际输入输出状态能反映在组态监控界面上，借助 PLC 的 CPU 通信功能，系统的运行就可以真正的监控，如图 6 所示。 图 6 组态王数据变量定义 8.2 动画连接动画连接 （1）动画连接就是将画面上创建的各个图素与所建立的相应变量关联，当变量的值改 变时，在画面上以图形对象的动画效果表现出来。本系统中要进行动画连接的图素有 启动按钮、停止按钮、液态传感器 L1、L2、L3 开关等。为实现模拟系统的动画效果， 在进行动画连接时除了设置各项参数外，还必须编写时间命令语言和应用程序命令语 言。在画面的应用程序命令语言对话框中输入如下命令语言： （1）启动开关 X0=1 本站点Y0=1; （2）停止开关 X1=1 本站点Y15=1; （3）液面传感器 X2=1 本站点Y2=0; 本站点Y3=1; 本站点Y10=1; （4）液面传感器 X3=1 本站点Y1=0; 本站点Y2=1; 本站点Y4=1; 本站点Y11=1; 本站点电机旋转=1; （5）液面传感器 X4=1 本站点Y0=0; 本站点Y1=1; 本站点Y12=1; （6）液体 A 阀门 Y0=1 if(本站点液面高度50) 本站点液面高度=本站点液面高度+5; （7）液体 B 阀门 Y1=1 if(本站点液面高度75) 本站点液面高度=本站点液面高度+5; （8）液体 C 阀门 Y2=1 本站点循环标志=1; if(本站点液面高度100) 本站点液面高度=本站点液面高度+5; （9）混合液体阀门 Y5=1 本站点报警次数=本站点报警次数+1; if(本站点报警次数=10） 本站点报警次数=0; 画面的事件命令语言是整个监控系统的关键部分，控制 PLC 时也可以在组态王中 可以实时监视。 8.3 程序运行程序运行 设置好一切参数，配置好运行系统后，就可以启动运行环境了。在开发系统中单 击工具条“View”按钮或快捷菜单中“切换到 View”在组态王工程浏览器命令后，进入组 态王运行系统，如图所示。 图 7 液态混合运行画面 9.一些程序设计体会一些程序设计体会 （1）搅拌电机旋转 图 8 搅拌电机事件命令语言 对于电机的旋转顺逆时针即可，沿一个方向旋转不停地加 10，旋满 360又回到起 始点。 （2）搅拌电机延时停止 图 9 停止延时事件命令语言 当温度传感器到达设定温度时，加热器 Q4 停止加热，加热器 Q4 为 0，搅拌电机 Q5 为 0 停止旋转，出水阀门 Q6 为 1，等待液面传感器的指令。 （3）停止按钮的设定 图 10 停止按钮事件命令语言（a） 图 11 停止按钮事件命令语言（b） 停止按钮为本个实验的难点，要求当按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理 完毕后，才停止操作（停在初始状态） ；如果没有按下停止按钮容器放空，混合液体阀 门 Y4 关闭，开始下一周期。那么对于混合液体阀门 Y5 为判断停止还是继续下一循环 的标志，在停止按钮为 1 时，Y5=1 且液面高度=1 时，应该停止所有动作；但停止按 钮为 0，Y5=1 且液面高度=1 时，应该进行下一循环。但如果刚开始没有按开始按钮那 么这样的事件命令语言就会自行循环，所以关联了 Y14，只有按了开始后 Y14=1，这 样就可以判断停止按钮的命令语言。 10.报警和曲线的建立报警和曲线的建立 10.1 报警窗口的建立报警窗口的建立 在工具箱中新建一个报警窗口，双击报警窗口的菜单栏，命名报警窗口，选择各 项属性。定义数据库中的“报警次数”的报警组名，报警限等属性相关联到报警窗口， 在报警窗口的条件属性中也要选择对应的报警组，这样就可以实时报警，在选择文件 下的“切换到 View”，进入运行系统，打开菜单栏下“画面”中的打开“混合液态”可以观 察到如图 12 所示的报警窗口。 图 12 报警窗口的数据显示 10.2 监控曲线的建立监控曲线的建立 （1）实时