组态王液位控制实例

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,学习项目5,学习项目,5,用,IPC,和组态王实现水箱水位监控系统,内容提要,本章通过水位监控系统实例学习采用Kingview组态软件、IPC和PLC构成计算机控制系统的方法。,首先提出系统控制要求，然后对水位对象进行分析，确定了控制方案。之后进行了接口部件的选型，确定使用凌华牛顿系列的ND-6018智能模块和三菱FX2N-48MR PLC作为I/O接口设备，并根据其接线端子定义画出系统接线图。最后详细介绍了用Kingview进行监控画面制作、监控程序编写与调试的方法。,5.1 水箱水位监控系统的方案设计,水箱水位监控系统的控制要求,水位监控系统组成如图5.1所示。水箱通过一台水泵（Pump）和相应进水管道为水箱供水，水箱出水管道连接到多个用户，为用户提供水源。为了保持水压的相对稳定，要求水箱的水位（Liquid Level）在合适的范围内。水箱水位有两个报警限，分别是上限和下限。已知水箱高30m，上限为26m，下限为1m。,监控要求如下：,（1）进行水位控制：如果水位低于下限，则水泵工作，为水箱进水；水位上升到上限，则关闭水泵。,（2）进行水位实时监测与显示。,（3）报表输出：生成水位参数的实时报表和历史报表，供显示和打印。,（4）曲线显示：生成水位参数的实时趋势曲线和历史趋势曲线。,图5.1 水位监控系统,水箱水位监控系统对象分析,由于用户用水量随时可能变化，造成水箱水位随之改变，应该采用闭环形式随时检测水位变化并实时调整供水量。此外，水位控制范围126m，范围较宽，控制品质要求较低，故可采用水位过低时接通水泵；水位过高时断开水泵的位式控制算法。,用图形描述以上控制规律，如图5.2所示。图5.3是水箱用水量从0突然变化为100%时，按照以上控制算法进行控制得到的水位变化曲线。,图5.2 带中间区的位式控制算法,图5.3 罐2出水量阶跃变化情况下,H,2控制结果,水箱用水量阶跃扰动下系统工作过程如下：,（1）系统刚开始工作时。水位,H,=0，由于,H,1m，水泵接通，开始上水，,H,逐渐增加，直到水位达到上限，,H,26m时，水泵关断。,（2）用水阀打开后。,H,逐渐下降，,H,1m后，水泵再次接通，由于进水量大于出水量，,H,重新上升，,H,26m后进水阀关断。之后,H,下降，不断重复本过程。,总结：被控对象水箱。被控参数水箱水位,H,。控制目标使,H,保持在126m范围。控制变量水泵的通断。控制算法带中间区的位式控制算法。,水箱水位监控系统初方案制订,水位监控系统方框图如图5.4所示。水位经检测后通过输入接口送计算机，计算机根据水位高低发出控制命令，控制命令通过输出接口作用到水泵上，实现水位的闭环控制。,图5.4 水箱水位监控系统方框图一,5.2 水箱水位监控系统的软、硬件设备选型与电路设计,命令输入设备选型,本系统命令有：启动、停止、手动、自动。本系统采用直接在计算机上输入命令。,传感器和变送器选型,仅就控制而言，本系统采用带中间区的位式控制算法，水位检测使用简单的水位开关即可。当水位达到限位值时，水位开关动作。但考虑到水位实时监测的要求，需要选择模拟量输出的水位传感器。在这里选用与项目3相同的DBYG型压力变送器。,执行器选型,本系统水泵参数如下：,型号：25SG-10-30。口径：25mm。流量：10m3/h。扬程：30m。效率：60%。,功率：1.5kW。电压：380V，50Hz。转数：2800r/min。,5.2.4 I/O,接口设备选型,1储液罐系统I/O点基本情况,水箱水位系统的I/O点见表5.1，共有1个AI，1个DO。,2水箱水位系统的I/O设备选择,选择凌华公司牛顿系列（Nudam）的ND-6018智能模块作为输入接口设备，接收压力变送器输出代表水位高低的420mA电流信号。,选择三菱公司的FX2-48MR型PLC作为输出接口设备，输出IPC的控制命令，控制水泵的通断。,ND-6018是凌华科技（中国）有限公司生产的8通道模拟量输入模块。其外观和接线端子定义如图5.5所示。,图5.5 ND-6018模拟量输入模块外观及接线端子定义,其他器件的选型,1通信模块的选型,ND-6018模块将输入的模拟量转换为串行数字信号，此信号为RS-485标准。为了能够与计算机的RS-232串行口沟通，在ND-6018和计算机之间需要一个RS-485到RS-232的转换模块。在凌华牛顿系列中ND-6520具有此功能。其外观及端子定义如图5.6所示。,图5.6 ND-6520转换模块（RS-485到RS-232）外观及接线端子定义,2配电器选型,配电器的作用有3个：,（1）为两线制变送器提供24V电源（本系统为DBYG-4000A/STXX2型扩散硅压力变送器）。,（2）接收变送器输出的420mA电流信号，转换为15V后送下一个接收装置（本系统为ND-6018）。,（3）将变送器输出信号与下一级信号接收装置（本系统为ND-6018）进行电气隔离。,可选择DFP-2100型配电器，其外观和接线端子定义如图5.7所示。A部分为变送器信号输入端子组，其中1、2为第I路变送器输入端子，3、4为第II路变送器输入端子。B部分为电源供应和输出端子组，其中11、12为DC24V供电输入端，1、2为第I路变送器电压输出端子，3、4为第I路变送器电流输出端子，5、6为第II路变送器电压输出端子，7、8为第II路变送器电流输出端子。,图5.7 DFP-2100配电器外观及接线端子定义,水箱水位监控系统方框图和电路接线图绘制,1水位监控系统方框图,选定I/O设备后更详尽的水位监控系统方框图如图5.8所示。,图5.8 水箱水位监控系统方框图二,2FX2N-48MR与水位及计算机的连接电路图,（1）水箱水位监控系统I/O分配见表5.2。,（2）系统接线图如图5.9所示。,图5.9 水位系统接线图,5.3 水箱水位监控软件的设计与调试,工程的建立,（1）单击桌面“组态王”图标，或“开始”“程序”“组态王6.0”“组态王”，此时出现“组态王工程管理器”窗口。,（2）在“组态王工程管理器”窗口中单击“新建”按钮（或者单击“文件”菜单下面的“新建工程”菜单项），出现“新建工程向导之一”窗口。,（3）单击“下一步”按钮，在“新建工程向导之二”窗口中的文本框中直接输入或用“浏览”方式确定工程路径。,（4）单击“下一步”按钮，在出现的“新建工程向导之三”窗口中输入“工程名称”为“水箱水位监控系统”。,（5）单击“完成”按钮，在出现的“是否将新建的工程设置为组态王当前工程”对话框中单击“是”按钮，完成工程的建立。,（6）此时，组态王在指定路径下出现了一个“水箱水位监控系统”项目名，如图5.10所示，以后所进行的组态工作的所有数据都将存储在这个目录中。,图5.10 工程管理器中的水位监控系统,变量的定义,1变量分配,根据表5.1，需要建立1个模拟量输入变量和1个数字量输出变量，实现与ND-6018模块和PLC的数据交换。,2变量定义步骤,（1）建立“水位”变量。,单击“数据库”大纲项下面的“数据词典”成员名，然后在目录内容显示区中双击“新建”图标，出现“定义变量”窗口，在“基本属性”页中输入变量名“水位”，变量类型设置为“内存实数”，最大值：30。,单击“报警定义”选项卡，设置高报警限为26m，低报警限为1m。,单击“记录和安全区”选项卡，单击选中“数据变化记录”单选按钮，并设置变化灵敏为0.05，也就是说水位每变化5cm进行一次历史数据记录。最后单击“确定”按钮，完成了第一个变量“水位”的建立，如图5.11所示。,图5.11 建立“水位”变量,（2）建立“水泵运行”变量。,在目录内容显示区中双击“新建”图标，再次出现“定义变量”窗口，将变量名设置为“水泵运行”，变量类型设置为“内存离散”，初始值为“关”，如图5.12所示。,单击“记录和安全区”选项卡，单击选中“数据变化记录”单选按钮，再单击“确定”按钮，完成“水泵运行”变量的设置。,图5.12 建立“水泵运行”变量,与“水位”变量类似，为了能进行模拟调试，先将I/O离散型变量“水泵运行”设置为内存离散型变量。,（3）其他变量的定义。为了能够在程序中生成报表，对每小时的水位情况进行报表打印输出，需要建立24个内存实数变量，存储24个小时整点时的水位数值。,建立水位024变量的方法是：,在目录内容显示区中双击“新建”图标，出现“定义变量”对话框，将变量名设置为“水位0”，变量类型设置为“内存实数”，最大值设置为30。选中“保存数值”复选框，再单击“确定”按钮，则“水位0”变量被定义完毕。,其他23个内存实数变量的定义方法类似，只是变量名分别为“水位1”、“水位2”、“水位23”，如图5.13所示。,图5.13 建立其他内存变量,画面的设计与编辑,1新建画面,（1）在工程浏览器的工程目录显示区中单击“文件”大纲项下面的“画面”成员名，然后在目录内容显示区中双击“新建”图标，出现“新画面”对话框。,（2）在“画面名称”旁边的编辑框中输入“水位监控系统主画面”，大小可变，如图5.14（a）所示，单击“确定”按钮，则返回工程浏览器，可看到在目录内容显示区中增加了“水位监控系统主画面”图标。,（3）双击此图标，即进入了组态王开发系统，并且已经打开了“水位监控系统”主画面。制作完毕的主画面如图5.14（b）所示。,（a）（b）,图5.14 水位监控系统主画面,2画面制作,（1）利用文本工具、字体工具、调色板工具输入文本。,（2）利用按钮工具制作按钮。水位监控系统中要发出系统启动和系统停止这两个命令，可以通过两个按钮来完成，如图5.16所示。,单击“工具箱”中的“按钮”工具 ，然后将鼠标移动到画面上的合适位置，拉出一个合适大小的方框，然后右键单击这个按钮，在弹出的菜单中单击“字符串替换”菜单项，弹出“按钮属性”对话框，在“按钮文本”编辑框中输入“系统启动”，再单击“确定”按钮，则“系统启动”按钮制作完成。用同样方法可以制作出“系统停止”按钮。,（3）利用图库绘制“指示灯”。单击“图库”“打开图库”菜单项（或者按下键盘上的F2键），出现“图库管理器”窗口，如图5.17所示。选中“指示灯”类别中的左起第六个指示灯，双击之后，将鼠标移动到画面上适当的位置并单击，则指示灯出现在画面上，用鼠标将它的大小调整合适后，即完成了“指示灯”的绘制。这里用“指示灯”指示系统是处于运行状态还是处于停止状态。,图5.16 修改按钮文本,图5.17 从图库中取出“指示灯”,（4）“水源”的绘制。在“工具箱”中单击“显示线型”按钮 ，在出现的“线型”窗口中单击第一排左起第三个按钮，即选中虚线，然后单击“工具箱”中的“直线”按钮，并用鼠标在画面的适当位置拉出4根水平线，如图5.18所示，即完成了“水源”的绘制。,（5）“水泵”的绘制。按F2键打开图库后，选中“泵”中的左起第三种水泵，如图5.19所示，双击后将鼠标移动到画面适当位置单击，则“水泵”出现在画面上，用鼠标将其大小调整到合适，即完成了“水泵”的绘制。,图5.18 选择直线的线形 图5.19 从图库中取出“水泵”,（6）“水箱”的绘制。按F2键打开图库，选中“反应器”第四行第一个，如图5.20（a）所示，双击后将鼠标移动到画面适当位置单击，则“水箱”出现在画面上，调整其大小到合适程度，“水箱”便绘制好了。,（7）“水位传感器”的绘制。将图库打开后，选中“传感器”第一行第四个传感器，如图5.20（b）所示，双击后将鼠标移动到画面适当位置单击，此时“水位传感器”出现在画面上，将其大小调整到适当程度，“水位传感器”便绘制完毕。,（8）管道”的绘制。将图库打开，在“管道”类图库中选择适当的管道，如图5.21所示，放置在画面中。如果管道的长度不够，则可以复制出多段管道进行组合，直到与图5.14中所示接近即可。,（a）（b）,图5.20 从图库中取出“水位传感器”和“水箱”,图5.21 图库中的各种管道,（9）水位