基于组态的双储液灌自动控制.docx

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基于组态的双储液灌自动控制

《集散控制与现场总线课程报告》

工程名称：

基于组态的双储液灌自动控制

班级：

2011级自动化过程控制方向

姓名：

学号：

目录

前言3

1双储液罐水位控制系统简介3

1.1双储液罐水位控制系统的概述4

1.2双储液罐水位控制系统发展现状4

1.3系统的改进、节能运行技术的意义4

2实训要求5

3组态画面的设计5

3.1监控画面制作5

3.2动画连接5

4组态王画面6

4.1主页面6

4.2数据表6

5运行画面7

5.1主页面运行画面7

5.2数据表运行画面7

6组态王程序8

6.1存在时程序8

6.2按钮程序9

前言

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，人们对工业自动化的要越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，传统的工业控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的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

组态控制技术作为计算机控制技发展的产物，其先进性和实用性已经被工业现场的广大技术人员认可并得到广泛应用。

组态软件适用于许多工业领域，因为其功能强大而倍受青睐。

一．本课题研究的背景

双储液罐水位控制系统被控对象由上、下两个储液罐组成，上、下水位和温度分辨经2个压力变送器和温度变送器检测后，通过安装在出水管网上的远传压力传感器将压力信号转化为4-20mA的标准信号送入PLC，经PID运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵转速，调节系统供水量，使系统的供水管网压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。

根据用户用水量的大小来控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。

当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以压力设定值为基准的闭环控制系统。

二．组态软件的介绍

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。

组态（configuration）意思就是模块的任意组合，采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业PC机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。

这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。

在软件设计上由于采用成熟的工控开发的工具软件，它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。

工控组态软件集成了图形技术、人机界面技术、数据库技术、控制技术、网络与通信技术，使控制系统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可视化的组态方式，就可完成监控程序设计，降低了监控程序开发的难度。

组态软件均具有良好的扩展性、兼容性，软件结构开放，可接受各种形式的数据格式。

同时，支持的硬件类型也十分广泛。

工控组态软件的出现，使得大型工业控制系统的组态编程变得十分得简单、容易，工程设计人员不用再设计那些复杂的应用程序（如I/Odriver等）。

工控组态软件的功能包括数据库生成、历史库生成、图形生成、报表生成、顺序控制功能、连续调节功能。

1.双储液罐水位控制系统简介

1.1双储液罐水位控制系统的概述

本系统是基于组态软件研发的系统。

主要使用工控机和组态软件，研祥PCL-818接口卡，DO通道用PCLD-9138带两个20芯电缆插头的螺钉端子板，AI通道用PCLD-780通用螺丝终端板卡,为数据采集卡的20管脚的平板电缆连接器提供方便和可靠的信号配线，两个压力变送器，循水泵，调节阀，出水阀等主要器件组成。

利用组态软件控制整个系统，使它能够通过两个扩散硅压力变送器进行即时的水位检测。

并且利用循环泵和四个电磁阀控制双罐水位，而且将下水罐的水温控制在给定值，当水位超出设定值时能自动启动关水阀。

在这里利用组态软件的采集数据的功能，对水罐的水位进行实时监控，通过实际的数字和图表反映出现在的水位状况，生成水位参数的实时报表和历史报表。

运行中，能人工输入水位给定值，并且具有手动控制和自动控制两种功能，可以在环境比较恶劣的条件下继续工作。

1.2双储液罐水位控制系统发展现状

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。

1.3系统的改进、节能运行技术的意义

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。

2.实训要求

对两水罐的水位、温度进行检测，并将两水罐液位和下水灌温度都控制在给定值。

运行中，应能人工输入水位给定值，并具有手动控制和自动控制的功能。

具体要求如下：

3.组态画面的设计

3.1监控画面制作

参考画面如图所示。

画面中设计了两个储液罐、管道、水泵、阀门和三个变送器等，设计了一个手动/自动切换按钮，能从画面上直接切换。

还设计了两储液罐液位显示窗和温度、总水量、高/低水位给定窗。

3.2动画连接

下面只给出基本动画连接要求与实现方法提示。

读者可根据题意设计出更多的动画效果。

（1）手动/自动切换效果。

要求：

单击按钮，相应变量置0，再单击，置1。

同时用文字表示状态。

（2）给定量动画效果。

要求：

可以直接输入数值，或用旁边的加/减输入。

总水量用两储液罐总量的百分比表示，高、低水位用下罐总量的百分比表示，设定温度用℃表示。

（3）两罐动画效果。

要求：

用页液面高低表示水位，同时在旁边用单罐总量的百分比表示液位。

（4）阀门和水泵动画效果。

要求：

用颜色变化表示阀门和水泵的开或关。

（5）管道水流动画效果。

要求：

阀门和水泵打开时，显示水流并流动，阀门和水泵关闭时看不到水流。

（6）电加热器动画效果。

要求：

用颜色变化表示电加热通电或断电。

4.组态王画面

4.1主页面

4.2数据表

5.运行画面

5.1主页面运行画面

5.2数据表运行画面

6.组态王程序

6.1存在时程序

\\本站点\总水量=\\本站点\上水罐液位+\\本站点\下水罐液位;

//手动控制：

if（\\本站点\自动==1）

{

if（\\本站点\上水罐液位==100）////限制上罐高液位

{\\本站点\上水罐进水阀=0;}

if（\\本站点\上水罐液位==0）//限制上罐低液位

{\\本站点\上水罐排水阀=0;}

if（\\本站点\下水罐液位==\\本站点\高水位）//限制下罐高液位

{\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\上水罐排水阀=0;}

if（\\本站点\下水罐液位==\\本站点\低水位）//限制下罐低液位

{\\本站点\下水罐排水阀=0;\\本站点\上水罐进水阀=0;}

if（\\本站点\上水罐排水阀==1）//上水罐排水阀的控制

{\\本站点\上水罐排水管=1;\\本站点\上水罐液位=\\本站点\上水罐液位-1;

\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位+1;}

if（\\本站点\上水罐排水阀==0）{\\本站点\上水罐排水管=0;}

if（\\本站点\上水罐进水阀==1）//上水罐进水阀的控制

{\\本站点\上水罐进水管=2;\\本站点\上水罐液位=\\本站点\上水罐液位+1;

\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位-1;}

if（\\本站点\上水罐进水阀==0）{\\本站点\上水罐进水管=0;}

if（\\本站点\下水罐排水阀==1）//下水罐排水阀的控制

{\\本站点\下水罐排水管=1;\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位-1;}

if（\\本站点\下水罐排水阀==0）{\\本站点\下水罐排水管=0;}

if（\\本站点\下水罐进水阀==1）//下水罐排水阀的控制

{\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位+1;\\本站点\下水罐进水管=2;}

if（\\本站点\下水罐进水阀==0）{\\本站点\下水罐进水管=0;}

if（\\本站点\下水罐液位>=\\本站点\高水位）//报警：

{\\本站点\高水位报警器=1;}

if（（\\本站点\下水罐液位<\\本站点\高水位））{\\本站点\高水位报警器=0;}

if（\\本站点\下水罐液位<=\\本站点\低水位）{\\本站点\低水位报警器=1;}

if（\\本站点\下水罐液位>\\本站点\低水位）{\\本站点\低水位报警器=0;}

}

if（\\本站点\自动==0）//自动模式：

{

if（（（\\本站点\上水罐液位-\\本站点\下水罐液位）<=1）&&（（\\本站点\上水罐液位-\\本站点\下水罐液位）>=-1））

{\\本站点\上水罐进水阀=0;\\本站点\上水罐进水管=0;

\\本站点\上水罐排水阀=0;\\本站点\上水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐排水阀=0;\\本站点\下水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\下水罐进水管=0;}

if（（（\\本站点\上水罐液位-\\本站点\下水罐液位）>1））

{

if（（\\本站点\下水罐液位>=\\本站点\低水位）&&（\\本站点\下水罐液位<=\\本站点\高水位））

{

\\本站点\上水罐进水阀=0;\\本站点\上水罐进水管=0;\\本站点\上水罐排水阀=1;

\\本站点\上水罐排水管=1;\\本站点\上水罐液位=\\本站点\上水罐液位-1;

\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位+1;\\本站点\下水罐排水阀=0;

\\本站点\下水罐排水管=0;\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\下水罐进水管=0;}

Else{\\本站点\上水罐进水阀=0;\\本站点\上水罐进水管=0;\\本站点\上水罐排水阀=0;

\\本站点\上水罐排水管=0;\\本站点\下水罐排水阀=0;\\本站点\下水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\下水罐进水管=0;}

}

//上水罐液位小于下水罐液位：

if（（（\\本站点\下水罐液位-\\本站点\上水罐液位）>1））

{

if（（\\本站点\下水罐液位>=\\本站点\低水位）&&（\\本站点\下水罐液位<=\\本站点\高水位））

{

\\本站点\上水罐进水阀=1;\\本站点\上水罐进水管=2;\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位-1;\\本站点\上水罐液位=\\本站点\上水罐液位+1;\\本站点\上水罐排水阀=0;\\本站点\上水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐排水阀=0;\\本站点\下水罐排水管=0;\\本站点\下水罐进水阀=0;

\\本站点\下水罐进水管=0;

}

Else

{

\\本站点\上水罐进水阀=0;\\本站点\上水罐进水管=0;\\本站点\上水罐排水阀=0;

\\本站点\上水罐排水管=0;\\本站点\下水罐排水阀=0;\\本站点\下水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\下水罐进水管=0;

}

}

}

6.2按钮程序

（1）自动按钮\\本站点\自动=0;\\本站点\变量j=0;

（2）手动按钮\\本站点\自动=1;

（3）总水量‘-’if（\\本站点\自动==1）

{

if（\\本站点\下水罐液位<（\\本站点\低水位+1））

{

\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\下水罐进水管=0;

\\本站点\上水罐进水阀=0;\\本站点\上水罐进水管=0;

\\本站点\上水罐排水阀=0;\\本站点\上水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐排水阀=0;\\本站点\下水罐排水管=0;}

else

{

\\本站点\下水罐液位=\\本站点\下水罐液位-1;

\\本站点\下水罐排水阀=1;

\\本站点\上水罐排水管=1;\\本站点\上水罐进水阀=0;

\\本站点\上水罐进水管=0;

\\本站点\上水罐排水阀=0;

\\本站点\上水罐排水管=0;

\\本站点\下水罐进水阀=0;\\本站点\下水罐进水管=0;

}

}

总结

恒压供水在日常生活中非常重要，基于PLC和变频器技术设计的生活恒压供水控制系统可靠性高、效率高、节能效果显著、动态响应速度快。

因实现了恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，节省了人力，提高了供水质量，减轻了劳动强度，可实现无人值班，节约管理费用。

对整个供水过程来说，系统的可扩展性好，管理人员可根据每个季节的用水情况，选择不同的压力设定范围，不但节约了用水，而且节约了电能，达到了更优的节能方式，实现供水的最优化控制和稳定性控制。

通过这次课程设计使我们更加懂得了对书本知识的学以致用，在试验中要联系实际情况，不能只是懂得书本知识而不知道怎么去实践，如果是这样，知识也就是没有发挥到应有的作用。

这次实验让我收获很多，知道了自己的哪些不足的专业知识，通过查阅相关资料后学习到了很多知识。

在今后的学习过程中我会更加努力。

 但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。