项目四 水塔供水变频控制系统

1、项目四 水塔供水变频控制系统设计,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PLC驱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、COMPACTLOGIX PLC、POWERFLEX40变频器的网络控制的综合设计应用。 促成目标: 1熟练使用MCGS软件设计美观实用的控制界面，重点练习通过OPC驱动设备与COMPACTLOGIX PLC实现通讯。 2会使用COMPACTLOGIX PLC 进行程序设计，并配置与上位机MCGS组态软件及POWERFLEX40的通讯设置。 3对POWERFLEX40变频器进行参数设定并配置以太网通讯。 4对系统进行调试，连接变

2、频器与电动机调试，并实现以太网通讯控制。,二、工作任务 完成如图4-1所示的水塔供水的变频控制系统，系统要求采用变频器控制水泵的频率，用PLC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。,图4-1 水塔供水的变频控制系统组成,（一）系统的组成 1系统由四部分构成：水塔（高度是6m,在本项目中采用厘米做单位，即600cm）、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，通过电磁阀的打开或关闭来控制是否对外供水，水泵通过PLC算法控制变频器的控制对水塔变频补水。 （二）系统的控制要求 1电磁阀的控制要求：当水塔水位大于100CM时，电磁阀打开；当水塔水位小于100CM

3、时，电磁阀关断。 2水泵的变频控制要求：当水塔水位小于200CM时，水泵的控制频率为50HZ；当水塔水位大于200CM小于300CM时，水泵的控制频率为40HZ；当水塔水位大于300CM小于400CM时，水泵的控制频率为30HZ；当水塔的水位大于400CM小于500CM时，水泵的控制频率为20HZ；当水塔水位大于500CM时，水泵的控制频率为0HZ。,（三）工程步骤 主要分四个模块： 1上位机组态控制界面的设计 2PLC程序的编辑 3变频器的设置 4系统的调试,模块1上位机界面设计,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

4、界面 2进行模拟调试 二、工作任务 1控制界面的设计 2程序的调试 三、能力训练 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。 2. 具体的操作:包括: 工程数据的定义、控制界面的设计、模拟调试。,(一)工程分析 1. 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： （1）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、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。 （2）系统的启动和停止的控制及系统运

5、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。 （3）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数据库，便于日后查询。,2. 参量分析 实现本系统的上位机控制功能，至少需要设置9个参量。具体如表4-1所示：,表4-1 参数的设置,3. 下位机通讯的分析 本系统上位机(PC机)与下

6、位机(PLC)之间通过以太网连接。PLC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OPC设备实现与PLC的通讯。上位机做为OPC设备的客户端，PLC作为OPC的服务器端，进行通讯。,(二)具体操作 1. 工程数据库的定义 按照参数的分析,在MCGS数据库中定义九个参数如图4-2所示.,图4-2 系统定义的数据库参数,(二)具体操作 2. 控制界面的制作,完成如图4.3的控制界面,图4-3 控制界面,(二)具体操作 3. 模拟运行调试 用模拟设备产生水位的值,来调试上位机程序的运行情况.具体模拟设备的配置如图4-4所示.,图4-4

7、 模拟设备的配置,模块2 PLC软件设计,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 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 PLC设计的分析：包括：控制要求的分析、输入输出参数的分析。 2. 具体的操作:包括: 变量的定义、通讯模块的设置、控制程序的实现。,(一)PLC设计分析 1. 系统的控制要求 电磁阀的控制要求：当水塔水位大于100CM时，电磁阀打

8、开；当水塔水位小于100CM时，电磁阀关断。 水泵的变频控制要求：当水塔水位小于200CM时，水泵的控制频率为50HZ；当水塔水位大于200CM小于300CM时，水泵的控制频率为40HZ；当水塔水位大于300CM小于400CM时，水泵的控制频率为30HZ；当水塔的水位大于400CM小于500CM时，水泵的控制频率为20HZ；当水塔水位大于500CM时，水泵的控制频率为0HZ。 2. 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： 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。 与变频器之间的通讯。主要需要通讯的参数有：变频器启

9、动、变频器停止、变频器运行频率。,(一)PLC设计分析 3. 输入、输出的分析（具体参数见下表）,(二)具体操作 1. 变量的定义。双击RSLOGIX5000软件，进入软件设计界面，把文件另存为“watercontrol”文件。打开CONTROLLER WATERCONTROL 文件夹，双击 CONROLLER TAGS 标签，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。,(二)具体操作 2.与变频器通讯的以太网模块的设置 。点开I/O Configuration 文件夹，选中1769-L32E Ethernet Port LocalENB标签，按鼠

10、标右键弹出选择菜单，点选NEWMOULDE命令，弹出模块选择界面，选择ETHERNET MOULD 模块。如图4-45所示。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。 3.控制程序的实现（见教材）。,模块3 变频器的参数设置,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 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 变频器的选型要求： 1变频器与PLC之间的通讯采用以太网通讯接口。 2变频器与水泵

11、之间的配合主要依据额定相电流。, 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，则对应选择的POWERFLEX40的型号及参数则对应为：, POWERFLEX40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，则对应选择的POWERFLEX40的型号及参数则对应为：,、变频器接线： 变频器与电动机接线如下图所示：, 变频器的设置 分别把P038、P036分别设置成5、5。即启动和频率都采用网络控制的方式。,模块4 OPC设备通讯设置及模拟测试,一、教学目标 掌握上位机组态软件与下位机PLC之间通过OPC设备的方式进行通讯的方法，同时对连在以

12、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 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 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,(一)系统分析 1. 硬件连接 硬件连接如下图所示，POWFLEX40变频器、COMPACTLOGIX PLC与PC机通过以太网共同连接到以太网交换机上。,(一)系统分析 2. 软件连接 软件连接如下图所示，核心的通讯软件是安装在PC机上的RSLINX软件。它是变频器与PLC、PLC与组态软件之间通讯的桥梁。但变频器与PLC和PLC与组态软件这两种通讯，

13、它们的方式不同。PLC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PLC与MCGS组态软件之间是通过OPC中间设备来实现通讯。,(一)系统分析 2. 软件连接 软件连接如下图所示，核心的通讯软件是安装在PC机上的RSLINX软件。它是变频器与PLC、PLC与组态软件之间通讯的桥梁。但变频器与PLC和PLC与组态软件这两种通讯，它们的方式不同。PLC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PLC与MCGS组态软件之间是通过OPC中间设备来实现通讯。,(一)系统分析 3. 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，把这个液位数据传给PLC，PLC根据液位的

14、高低进行频率的控制。进行整个系统的模拟运行。,(二)具体操作 1. 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。,(二)具体操作 2. 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ADVANCED COMMUNICATION 标签,可看到如下的IP地址。由图看到IP地址为AB ETH-1、0（192.168.0.28）.1.0.见下图。,MGCG OPC客户端配置： 监控系统通过外部设备的组态与外部的控制对象进行通讯，本系统通过OPC设备与外部系统进行通讯，本系统中通过配置OPC的服务器和客户端与PLC之间进行通讯。MCGS组态端为OPC的客户端。具体操作如下所示： a在设备管理中双击OPC设备，把OPC设备加入到选定设备中；在设备组态窗口中双击OPC设备；对OPC设备进行组态，OPC服务器选择R