水塔水位课程设计

1、目录第一章导言1第二章水塔水位控制系统配置设计2.1配置软件概述22.2中国组态软件的发展22.3组态软件开发方向3的特点第三章4号水塔水位控制系统方案设计3.1传统水塔4的水位控制3.1.1工作原理43.1.2外部接线和控制列表43.2 PID水塔水位控制系统的工作原理63.2.1设计分析63.2.2可行性测试73.2.3可行性分析73.3水位闭环控制系统8第四章组态王水塔水位控制系统建模与分析10第五章系统硬件的开发与设计125.1可编程控制器的选择12Em235模拟模块135.3硬件连接图155.4控制系统15的输入/输出地址分配总结16谢谢你参考文献18第一章是情绪理论随着分布式控制系

2、统(简称DCS)的出现，“组态”的概念开始被大多数生产过程自动化技术人员所熟知。随着工业控制技术的不断发展和应用，PC机(包括工业计算机)相对于以往专用系统的优势越来越明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已经成熟；由PC机构建的工业控制系统拥有成本相对较低。PC机拥有丰富的软件资源和硬件资源，软件之间具有很强的互操作性；基于PC机的控制系统易于学习和使用，并能轻松获得技术支持。在PC机技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊和重要的地位。组态软件是指一些用于数据采集和过程控制的专用软件，是自动控制系统监控级的软件平台和开发环境。它采用灵活的配置模式，为

3、用户提供通用级的软件工具，快速构建工业自动控制系统的监控功能。组态软件应能支持各种工业控制设备和通用通信协议，并通常提供分布式数据管理和网络功能。与人机界面的最初概念相对应，配置软件应该是一种软件工具或开发环境，使用户能够快速建立自己的人机界面。组态软件出现之前，工业控制领域的用户手工或委托第三方编写人机界面应用程序，开发时间长、效率低、可靠性差；或者购买一个特殊的工业控制系统，这通常是一个封闭的系统，几乎没有选择，往往不能满足需求，很难与外界交换数据，升级和增加功能受到严重限制。随着组态软件的出现，用户可以摆脱这些困难，利用组态软件的功能构建一套最适合自己的应用系统。随着其快速发展，实时数据

4、库、实时控制、监控与数据采集、通信与网络、开放的数据接口以及对输入输出设备的广泛支持成为其主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将被赋予新的内容。第二章水塔水位控制系统的配置设计2.1配置软件概述随着分布式控制系统的出现，“组态”的概念开始被生产过程自动化技术人员所熟知。随着工业控制技术的不断发展和应用，PC机(包括工业计算机)相对于以往专用系统的优势越来越明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已经成熟；由PC机构建的工业控制系统拥有成本相对较低。PC机拥有丰富的软件资源和硬件资源，软件之间具有很强的互操作性；基于PC机的控制系统易于学习和使用，并能轻松获得技术支

5、持。在PC机技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊和重要的地位。组态软件是指一些用于数据采集和过程控制的专用软件，是自动控制系统监控级的软件平台和开发环境。它采用灵活的配置模式，为用户提供通用级的软件工具，快速构建工业自动控制系统的监控功能。组态软件应能支持各种工业控制设备和通用通信协议，并通常提供分布式数据管理和网络功能。与人机界面的最初概念相对应，配置软件应该是一种软件工具或开发环境，使用户能够快速建立自己的人机界面。组态软件出现之前，工业控制领域的用户手工或委托第三方编写人机界面应用程序，开发时间长、效率低、可靠性差；或者购买一个特殊的工业控制系统，这通常是一个封闭的系统，几

6、乎没有选择，往往不能满足需求，很难与外界交换数据，升级和增加功能受到严重限制。随着组态软件的出现，用户可以摆脱这些困难，利用组态软件的功能构建一套最适合自己的应用系统。随着其快速发展，实时数据库、实时控制、监控与数据采集、通信与网络、开放的数据接口以及对输入输出设备的广泛支持成为其主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将被赋予新的内容。2.2中国组态软件的发展组态软件产品出现于20世纪80年代初，并于80年代末进入中国。然而，在20世纪90年代中期之前，组态软件在中国的应用并不普及。原因如下：(1)国内用户对组态软件还缺乏了解，项目中没有组态软件的预算，或者宁愿投入人力物力为具体项目做长期繁琐

7、的上位机编程开发，而不是使用组态软件；(2)长期以来，国内用户的软件意识不强。面对昂贵的进口软件(大多数早期配置软件是由外国制造商开发的)，很少有用户愿意购买正版软件。(3)当时我国工业自动化和信息技术的应用水平不高，组态软件为大规模应用和大量数据提供采集、监控和处理，并能从处理结果中生成管理所需的数据，尚未完全形成。随着工业控制系统应用的深入，面对更大规模、更复杂的控制系统，人们逐渐认识到上位机编程的原有开发模式。对于这个项目来说，它既费时又费力，得不偿失。同时，管理信息系统(MIS)和CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的广泛应用，要

8、求工业领域为企业的生产、经营和决策提供更加详细和深入的数据，从而优化企业生产经营的各个环节。因此，1995年以后，组态软件在中国的应用逐渐普及。2.3组态软件的特点和发展方向目前看到的所有配置软件都可以完成类似的功能：例如，几乎所有运行在32位视窗平台上的配置软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，配置和编辑各种资源(设备、标签数量、屏幕等)。)在工业控制系统中；都提供了各种数据驱动程序；脚本语言用于提供二次开发功能，等等。然而，从技术上讲，各种组态软件提供了不同的方法来实现这些功能。从这些差异和PC机技术的发展趋势，我们可以看出组态软件未来的发展方向。第三章水塔水位控制系统方案设计3.1传统水塔

9、的水位控制图3-1传统水塔水位控制布置图3.1.1工作原理通过指示灯模拟给水泵，结合拨动开关模拟水位监控信号模拟水塔自动供水控制。当水池水位低于水池低水位界面时(s1打开)，电磁阀Y打开进水(Y打开)，计时器开始计时。4秒钟后，如果S1没有关闭，阀门Y的指示灯闪烁，表示阀门Y没有进水，出现故障。S3打开后，阀门Y关闭(Y关闭)。当S1关闭并且水塔的水位低于水塔的低水位边界时，S3打开并且水泵M运行以抽水。当水塔的水位高于水塔的高水位边界时，水泵m停止。3.1.2外部接线和控制列表图3-2传统水塔水位控制电气接线图表3-1水塔水位模拟控制接线表姓名可编程逻辑控制器终端解释灯mQ0.0模拟水塔水泵

10、电机的运行动作灯yQ0.1模拟地面水池进水阀的开启和关闭动作切换S1I0.0模拟水池水位下限报警信号切换S2I0.1模拟水池水位上限报警信号切换S3I0.2模拟水塔水位低限报警信号切换S4I0.3模拟水塔水位高限报警信号3.2 PID水塔水位控制系统的工作原理传统的水塔水位控制方法存在占地面积大、投资高、水泵电机启动频繁、耗电量大、管网水压不稳定、爆管频繁、漏水严重等缺点。不仅生活用水易受二次污染，而且泵电机频繁启动，设备故障率高，检修维护困难。因此，如何利用有效的水和电能来保证各行各业的正常供水迫在眉睫。在传统水塔和水箱供水的基础上，增加了可编程控制器和液压变送器。利用可编程控制器和组态软件

11、实现水塔水位控制，提供了一种实用的水塔水位控制方案。该系统仅采用比例积分控制，其环路增益和时间常数可通过工程计算初步确定，但需要进一步调整才能达到最佳控制效果。系统启动时，关闭出水口，手动控制输入控制液阀，使水位达到满水位的75%，然后打开出水口，将输入控制液阀从手动模式切换到自动模式。这种切换由输入数字量控制。113.2.1设计分析图3-3设计分析示意图“水塔水位自动控制系统”的控制对象是水泵，容器是水塔或储液罐。在正常情况下，水位控制在C和D之间，如图(a)所示。当水位低于C点时，水泵开始进入，如图(b)所示。当水位高于D点时，水泵停止供水，如图(c)所示。当水位低于C点并达到B点时，将发

12、出警报，手动启动水泵，如图(d)所示。当水位超过D点并达到E点时，将发出上限报警，水泵将被迫停止，水位将从溢流口流出，如图(E)所示。3.2.2可行性测试图3-4是水塔水位控制器的正视图，由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯和报警确认开关组成。当电源打开时，电源指示灯会亮起。当水塔内水深处于不同位置时，水位指示器B、C、D和E处于不同的状态。图3-4水塔水位控制器外观(1)当水位低于b点时，指示灯b、c、d和e均亮，报警电路开始报警，即下限报警。(2)当水位在B和C之间时，指示灯B熄灭，C、D和E亮起，泵开始进水。(3)当水位在C和D之间时，指示灯B和C关闭，而C和D打开。保持状态，也就是说，

13、保持水在。当水位在D和E之间时，指示灯B、C和D灭，E亮，泵停止，即泵不工作。当水位高于E点时，指标该方案采用纯硬件电路设计，避免了软件编程中的不稳定因素，提高了实际应用的可靠性。同时，该系统对不同类型的液体具有良好的兼容性。当水塔中的液体发生变化时，只需将电位计中的电阻值和液体的电阻值调整一个数量级即可。实验表明，该水塔水位控制器不仅实现了水塔水位的精确控制，而且具有工业生产的实用性。3.3水位闭环控制系统图3-5供水系统控制示意图M1和M2水泵Y0-Y3液位开关F1手动阀F2电磁阀为了精确控制水位，必须建立闭环控制系统。根据水塔的进出水位，可以自动控制水泵，使水位保持动态平衡状态。供水系统

14、的基本原理如图3-5所示。水位闭环调节的原理是：通过水塔内的三个液压变送器，将水位值转换成4 20 mA的电流信号，进入可编程控制器，并与可编程控制器中的设定值程序进行比较，执行后一个程序，通过泵的开关自动控制水塔内的水位。当可编程控制器出现故障时，还有一套手动控制来控制水塔的水位。手动控制采用交流接触器。当上水箱液位低于Y3时，M1和M2同时工作，F2打开。当液位上升到Y2时，M2停止，F2关闭，M1继续工作。当液位上升到Y1时，M1也停止。打开F1手动阀，排空上部水箱，液位下降。当液位低于Y1时，M1开始工作。如果F1的开度较大，则排水量大于排水量，因此液位继续下降到Y2，M2开始工作，同

15、时F2打开，这大大增加了排水量并保持了液位。Y0表示下水箱缺水报警开关的下水箱水位低于Y0，表示泵的进水口缺水。此时，应自动切断电源并发出警报。图3-6水位闭环控制图第四章组态王水塔水位控制系统建模与分析“组态王6.5”是一个运行在微软视窗XP/NT/2000中文平台上的人机界面软件的框架结构，界面直观，易学易用。采用多线程、组件等新技术实现实时多任务处理，软件运行稳定可靠。“组态王6.5”软件包由四部分组成：项目经理、项目浏览器、图片开发系统(嵌入项目浏览器)和运行系统。项目经理用于创建新项目和管理现有项目。在项目浏览器中，可以查看和配置项目的各种组件。图片的开发和操作是通过项目浏览器调用图

16、片制作系统和项目操作系统来完成的。1)项目经理：是计算机中所有应用项目的统一管理环境。项目经理具有很强的管理功能，可以创建和删除新项目，搜索、备份和有效恢复现有项目，实现数据字典的导入和导出功能。2)工程浏览器：是应用工程的设计管理配置环境，用于设计应用工程的编程语言、管理变量定义、配置连接设备、开放接口、系统参数、网络发布管理、第三方数据库管理等。3)图片开发系统：是应用工程的开发环境。在这个环境中，屏幕设计，图片连接和编程完成。4)运行系统：是组态王6.5软件的实时运行环境，在应用工程开发环境中创建的图形只有在运行系统中运行才能实时反映现场运行情况。操作系统负责从控制设备收集数据，并将其存储在实时数据库中。它还负责以动画的形式生动地表达数据的变化，同时，它还可以变成监控和存储组态王作为一个开放的通用工业监控系统