组态王液位控制实例

图5.1 水位监控系统
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• 5.1.2 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1~26m，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H2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。
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• 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。
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（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。
图5.5 ND-6018模拟量输入模块外观及接线端子定义
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• 5.2.6 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RS485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。
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• （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。
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图5.13 建立其他内存变量
5.3.3 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。
图5.4 水箱水位监控系统方框图一
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• 5.2 水箱水位监控系统的软、硬件设备选型与电路设计 • 5.2.1 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。 • 5.2.2 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。 • 5.2.3 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。
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• （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 5.3.1 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。
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4~20mA电流信号，转换为1~5V后送下一个 接收装置（本系统为ND-6018）。
图5.17 从图库中取出“指示灯”
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• （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。
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• 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4~20mA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。
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• 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1～26m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。 • 5.1.3 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。
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（2）建立“水泵运行” 变量。 ① 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。 ② 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5.10 工程管理器中的水位监控系统
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• 5.3.2 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。 • ① 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。 • ② 单击“报警定义”选项卡，设置高报警限为26m，低报警限为 1m。 • ③ 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5.7 DFP-2100配电器外观及接线端子定义
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• 5.2.7 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
2．FX2N-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• （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5.18 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
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• （3）将变送器输出信号与下一级信号接收装置（本系统为ND6018）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5.11 建立“水位”变量
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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0～24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。
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• 5.1 水箱水位监控系统的方案设计 • 5.1.1 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。