水塔水位控制系统

过程控制工程实训设计报告题目：水塔水位控制系统院系：电气信息工程系专业：电气工程及其自动化2012年10月10日1过程控制工程实训设计报告一、选题目的和意义：水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统供水系统大多采用水塔、高位水箱或气压罐式增压设备，用水泵以高出实际用水高度的扬程来“提升”水量，其结果增大了水泵的轴功率和能耗。现研究设计的水塔水位控制系统采用变频调速恒压供水系统，实现水泵无级调速。依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，是当今先进、合理的节能型供水系统。供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充足供水，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。由于当前可编程序控制器(PLC)技术已日趋成熟,因而考虑利用它来实现水塔/水箱供水控制。多年来，可编程控制器（简称PLC）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃，今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。可编程控制器(PLC)是以计算接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知机技术为基础的新型工业控制装置。因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。本文针对目前比较流行的控制技术，利用PLC和传感器构成了水塔水位的控制系统。改造后的水塔水位自控系统，实现水塔水位自动控制系统，远程监控，实现无人值守，提高了供水质量。学生姓名任务分工学生姓名任务分工2二、主要研究内容：1.如何利用PLC实现对水塔水位自动控制；2.设计一基于组态王的水塔水位控制系统的模拟装置；3.如何利用组态王与PLC有效连接，控制和实时监控水塔水位的变化。3三、设计的方法及步骤：一、有关控制系统设计1.水塔水位控制系统的控制装置设计水池水塔水泵电磁阀水流水池上限液位开关S2水池下限液位开关S1水塔上限液位开关S4水塔下限液位开关S3水塔水位控制装置在原始状态的情况下（既水塔和水池都没水），水池上限Q0.4和水池下限Q0.3指示灯及水塔上限Q0.6和水塔下限Q0.5指示灯都是亮着的。当扳上开关按钮I0.0的时候，电磁阀Q0.1开始工作，当水流流到水池下限位I0.4时，既4秒之后，如果水池下限指示灯Q0.3仍然亮着，这个时候电磁阀指示灯Q0.7一闪一闪，表示电磁阀Q0.1出了故障停止工作，系统开始报警。当水池下限指示灯Q0.3不亮的时候，水池水位开始往上升，同时水泵Q0.2动作，开始往水塔里抽水。当水位到水塔下限位I0.2时，这时水塔下限指示灯Q0.5不亮。同时水池水位继续往上升，当上升到水池上限位Q0.3时，既水池灌满水之后，此时电磁阀Q0.1不动作。水泵Q0.2继续往水塔抽水，抽水的同时水池的水位会下降，当下降到水池上限位Q0.4以下时，此时水池上限指示灯I0.3变亮，而水塔的水位往上升。当上升到水塔上限位.I0.1时，水塔上限指示灯Q0.6不亮。此时电磁阀Q0.1动作，当水池灌满水之后结束。2.水塔水位控制系统的组态王软件设计(1)建立组态王新工程要建立新的组态王工程，请首先为工程指定工作目录（或称“工程路径”）。“组4态王”用工作目录标识工程，不同的工程应置于不同的目录。工作目录下的文件由“组态王”自动管理。启动“组态王”工程管理器（ProjManager），选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮，弹出如左图所示。单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之二对话框”，如图右所示。新建工程向导一新建工程向导二在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览…”按钮，在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”，如图所示。在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字。工程名称长度应小于32个字节，工程描述长度应小于40个字节。单击“完成”完成工程的新建。系统会弹出对话框，询问用户是否将新建工程设为当前工程，如图所示。新建工程向导三是否设为当前工程对话框单击“否”按钮，则新建工程不是工程管理器的当前工程，如果要将该工程设5为新建工程，还要执行“文件\设为当前工程”命令；单击“是”按钮，则将新建的工程设为组态王的当前工程。定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格中。双击该信息条或单击“开发”按钮或选择菜单“工具\切换到开发系统”，进入组态王的开发系统。(2)创建组态画面继续上节的工程，进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件\画面”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出对话框如图所示。在“画面名称”处输入新的画面名称，如leipeng，其它属性目前不用更改。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。如图所示。新建画面组态王开发系统(3)定义IO设备继续上节的工程。选择工程浏览器左侧大纲项“设备\COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”，如图3-9所示选择“S7-200系列”的“PPI”项，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，如图所示。6设备配置向导一设备配置向导二为外部设备取一个名称，输入PLC，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，如图所示。为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，如图所示。设备配置向导三设备配置向导四填写设备地址为2，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，如图所示。设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，如图所示。7设备配置向导五设备配置向导六请检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC”。在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。二、实验步骤1.水塔水位控制系统的PLC设计选取水塔水位控制系统的主电路，确定该系统的PLC的I/O端口分配，连接系统的I/O设备，按要求确定系统的控制流程图，编写控制程序，最后与硬件连接并调试，直至硬件正常运行2.水塔水位控制系统的组态画面设计首先建立组态王工程名程为“水塔水位控制系统”的新工程，再创建组态画面，并在图库管理器中画出该系统的静态画面，定义I/O设备(假设仿真PLC连接在计算机的COM1口),确定变量类型，并构造数据库（自动开关1、自动开关2、自动开关3、自动开关4、a1、a2、a3、a4、a5、水泵运行、电池阀、水池液位、水塔液位、水流1、水流2、水流3、水流4、水流5、水流6），之后建立动画连接（各个图素动画连接设备，并在画面命令语言中编写程序），最后PLC与组态连接并运行。8四、实验设计（相关原理框图）：（一）水塔水位控制系统PLC设计1.水塔水位控制系统的I/O口分配首先先确定该系统的输入输出信号，在该系统里面共有5个输入信号和7个输出信号，具体分配如下所示输入：控制开关:I0.0水塔上限位:I0.1水塔下限位:IO.2水池上限位:I0.3水池下限位：IO.4输出：电磁阀：Q0.1水泵：Q0.2水池下限指示灯a1：Q0.3水池上限指示灯a2：Q0.4水塔下限指示灯a3：Q0.5水塔上限指示灯a4：Q0.6报警指示灯：Q0.72.水塔水位主电路水塔水位控制系统中水泵的主电路图如图所示水泵主电路3.水塔水位控制系统的I/O设备这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有5个开关量，开关量输出触点数有8个，输入、输出触点数共有13个，只需选用一般中小型控制器即可。9据此，可以对输入、输出点作出地址分配，水塔水位控制系统的I/O接线图如图2-3所示。1M~220VI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7KM1KM2SB传感器1传感器2传感器3传感器4水池下限指示灯HL1水池上限指示灯HL2水塔下限指示灯HL3水塔上限指示灯HL4报警指示灯HL51L24VFU水塔水位控制系统的I/O接线图4.水塔水位控制系统的梯形图梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习，因此我们制作了一个水塔水位控制系统的梯形图如图所示。10I0.0I0.3Q0.1Q0.1Q0.1T37INTONPT100msI0.4Q0.3T37I0.4T38Q0.7T39T38INTONPT100msT394010INTONPT100ms10T38I0.3Q0.4I0.2I0.1I0.4Q0.2Q0.2I0.2Q0.6Q0.5Q0.6I0.12-4水塔水位控制系统的梯形图.5.水塔水位控制系统的流程图11水塔水位控制系统的流程图如图所示。开始水池水位低于下限吗？电磁阀打开4S后水池水位高于下限吗？报警水池继续进水水塔水位低于下限吗？水池水位高于上限电磁阀关闭水泵起动，给水塔供水水塔水位高于下限水塔水位高于上限水泵停止结束否是否是是否水塔水位低于上限水塔水位控制系统的流程图126.编程语言Network1LDI0.0OQ0.1AI0.3=Q0.1Network2LDQ0.1TONT37,40Network3LDI0.4=Q0.3Network4LDT37AI0.4LPSANT38=Q0.7LPPANT39TONT38,10Network5LDT38TONT39,10Network6LDI0.3=Q0.4Network7LDI0.2OQ0.2AI0.1ANI0.4=Q0.2Network8LDI0.2AQ0.6=Q0.5Network9LDI0.1=Q0.6(二)水塔水位控制系统的组态王设计1.建立组态画面13静态组态王水塔水位控制画面2.本设计中使用仿真PLC和组态王通信。仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据。假设仿真PLC连接在计算机的COM1口.设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC”。在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。3.构造数据库选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左14键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框，分别定义：自动开关1、自动开关2、自动开关3、自动开关4、a1、a2、a3、a4、a5、水泵、电池阀、水池液位、水塔液位、水流1、水流2、水流3、水流4、水流5、水流6。4.命令语言组态王的命令语言包括：画面命令语言、数据改变命令语言、事件命令语言、热键命令语言何自定义函数命令语言。本设计重点使用应用程序命令语言。如图所示。15打开命令语言下的应用程序命令语言，选择存在时，输入如下完整的代码。if(\\本站点\启动==1){\\本站点\a1=1;\\本站点\a2=1;\\本站点\a3=1;\\本站点\a4=1;\\本站点\a5=0;\\本站点\自动开关1=1;\\本站点\自动开关2=1;\\本站点\自动开关3=1;\\本站点\自动开关4=1;if(\\本