水塔水位课程设计

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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。对应于原有的HMI(人机接口软件,HumanMachineInterface)的概念,组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具,或开发环境。在组态软件出现之前,工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用,开发时间长,效率低,可靠性差;或者购买专用的工控系统,通常是封闭的系统,选择余地小,往往不能满足需求,很难与外界进行数据交互,升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现,把用户从这些困境中解脱出来,可以利用组态软件的功能,构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展,实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容,随着技术的发展,监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
开关S4
I0.3
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式具有占地面积大、投资高、水泵电机频繁起动、耗电多、管网水压不稳、爆管现象频繁、水漏失严重等缺点;不仅生活用水容易受到二次污染,而且水泵电机的频繁起动使设备故障率高,检修、维护也存在困难。因此如何利用有效的水源和电能保证各行各业正常供水,已是迫在眉睫。在传统的水塔、水箱供水的基础上,加入了PLC及液压变送器等器件.利用PLC和组态软件来实现水塔水位的控制.提供了一种实用的水塔水位控制方案。在系统中,只使用比例和积分控制,其回路增益和时间常数可以通过工程计算初步确定,但还需要进一步调整达到最优控制效果。系统启动时,关闭出水口,用于动控制输入控制液体阀,使水位达到满水位的75%,然后打开出水口,同时输入控制液体阀从手动方式切换到自动方式。这种切换由一个输入的数字量控制。[11]
wenku.baidu.com图3-6水位闭环控制图
第 4 章 组态王水塔水位控制系统建模与分析
“组态王6.5”是运行于Microsoft WindowsXP/NT/2000中文平台上的全中文界面的人机界面软件(HMI)窗体框架结构,界面直观易学易用。采用了多线程、COM组件等新技术,实现了实时多任务且软件运行稳定可靠。
“组态王6.5”软件包由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统(内嵌于工程浏览器)和运行系统四部分组成。工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理,在工程浏览器中可以查看、配置工程的各个组成部分,画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统和工程运行系统来完成。
3)画面开发系统:是应用工程的开发环境。在这个环境中完成画面设计、画面连接、程序编写等工作。
4)运行系统:是组态王6.5软件的实时运行环境,在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在运行系统中运行才能实时反应现场的运行情况。运行系统负责从控制设备中采集数据,并存在于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来,同时可以变成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视、存储功能,并按实际需求记录到历史数据库中。
第2章 水塔水位控制系统的组态设计
2.1 组态软件概述
“组态”的概念是伴随着集散型控制系(简称DCS)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中,PC(包括工控机)相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在:PC技术保持了较快的发展速度,各种相关技术已臻成熟;由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本;PC的软件资源和硬件资丰富,软件之间的互操作性强;基于PC的控制系统易于学习和使用,可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中,组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
(2)在很长时间里,国内用户的软件意识还不强,面对价格不菲的进口软件(早期的组态软件多为国外厂家开发),很少有用户愿意去购买正版。
(3)当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高,组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据,这些需求并未完全形成。
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。对应于原有的HMI(人机接口软件,HumanMachineInterface)的概念,组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具,或开发环境。在组态软件出现之前,工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用,开发时间长,效率低,可靠性差;或者购买专用的工控系统,通常是封闭的系统,选择余地小,往往不能满足需求,很难与外界进行数据交互,升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现,把用户从这些困境中解脱出来,可以利用组态软件的功能,构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展,实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容,随着技术的发展,监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
上水箱液位低于Y3时,M1、M2同时工作,F2打开。液位上升至Y2时,M2停止,F2关闭,M1继续工作。液位上升至Y1时,M1也停止。打开F1手阀使上水箱放水,液位下降。当液位又低于Y1时M1起动工作,如F1开度较大下水量大于上水量,使液位继续下降至Y2时,M2启动工作同时F2打开,使上水量大幅上升,保持液位。Y0为下水箱缺水报警开关下水箱液位低于Y0时意味着水泵进水口缺水,此时应自动切断电源并报警。
2.3 组态软件的功能特点发展方向
目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能:比如,几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构,并且对工业控制系统中的各种资源(设备、标签量、画面等)进行配置和编辑;都提供多种数据驱动程序;都使用脚本语言提供二次开发的功能,等等。但是,从技术上说,各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处,以及PC技术发展的趋势,可以看出组态软件未来发展的方向。
随着工业控制系统应用的深入,在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时,人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的,同时,MIS(管理信息系统,ManagementInformationSystem)和CIMS(计算机集成制造系统,ComputerIntegratedManufacturingSystem)的大量应用,要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据,以便优化企业生产经营中的各个环节。因此,在1995年以后,组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。
3.2.2可行性试验
图3-4为水塔水位控制器的外观正视图,由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报警确认开关组成。接通电源时,电源指示灯亮,当水塔中水深处于不同位置时,水位指示灯B、C、D、E情况不同。
图3-4水塔水位控制器外观图
①当水位处于B点之下,指示灯B、C、D、E全亮,报警电路开始报警,即下限报警。
第3章 水塔水位控制系统方案设计
3.1 传统水塔水位控制
图3-1 传统水塔水位控制布局图
3.1.1 工作原理
通过指示灯模拟上水水泵,结合钮子开关模拟水位监测信号,模拟了水塔自动上水控制,当水池水位低于水池低位界面(s1为ON)时,电磁阀Y打开进水(Y为ON),定时器开始定时,4S后,如果S1还不为OFF,那么阀Y指示灯闪烁,表示阀Y没有进水,出现故障,S3为ON后,阀Y关闭(Y为OFF)。当S1为OFF,且水塔水位低于水塔低位水位界时,S3为ON,水泵M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时水泵M停止。
⑥报警电路可以手动关闭,只要按下报警确认开关,就可以解除报警的蜂鸣声。此时,报警确认灯亮起。处理完故障时,必须关闭报警确认灯,报警确认电路复位,恢复其监测故障的功能。
3.2.3 可行性分析
此方案采用纯硬件电路设计,避免了软件程序设计中的不稳定因素,提高了实际运用中的可靠性。同时,对于不同类型的液体,此系统均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时,只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便的实现此液体的水位控制操作。试验证明,此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制,而且,此系统更具有工业生产的实际性。
3.2.1设计分析
图3-3设计分析示意图
“水塔水位自动控制系统”的控制对象为水泵,容器为水塔或储液罐。水位高度正常情况下控制在C、D之间,如图(a)。当水位在低于C点时,水泵开始进水,如图(b)。当水位高于D点时,水泵停止进水,如图(c)。当水位低于C点并到达B点时就报警,采取手动启动水泵,如图(d)。当水位超过D点并到达E点时上限报警,采取强制停止水泵,水位从溢流口流出,如图(e)。
1)工程管理器:是计算机内的所有应用工程的统一管理环境。工程管理器具有很强的管理功能,可用于新工程的创建及删除,并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复,实现数据词典的导入和导出等功能。
2)工程浏览器:是应用工程的设计管理配置环境,进行应用工程的程序语言的设计、变量定义管理、连接设备的配置、开放式接口的配置、系统参数的配置、WEB发布管理、第三方数据库的管理等。
2.2 组态软件在我国的发展
组态软件产品于80年代初出现,并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前,组态软件在我国的应用并不普及。
究其原因,大致有以下几点:
(1)国内用户还缺乏对组态软件的认识,项目中没有组态软件的预算,或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发,而不采用组态软件;
组态王作为一个开放型的通用工业监控系统,支持工控行业中大部分国内常见的测量控制设备。。遵循工控行业的标准,采用开放接口提供第三方软件的连接(DDE/OPC/ACTIVE X等)。复杂的通信协议源代码、无须编写大量的图形生成、数据统计处理程序代码就可以方便快捷地进行设备的连接、画面的开发、简单程序的编写从而完成一个监控系统的设计。
第一章 绪 论
组态”的概念是伴随着集散型控制系(简称DCS)的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中,PC(包括工控机)相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在:PC技术保持了较快的发展速度,各种相关技术已臻成熟;由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本;PC的软件资源和硬件资丰富,软件之间的互操作性强;基于PC的控制系统易于学习和使用,可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中,组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
②当水位处于B、C之间,指示灯B灭,C、D、E亮,水泵开始进水。
③当水位处于C、D之间,指示灯B、C灭,C、D亮,保持状态,即保持进水。
④当水位处于D、E之间,指示灯B、C、D灭,E亮,停进状态,即水泵不工作。
⑤当水位处于E点之上,指示灯B、C、D、E全灭,水泵不工作,报警电路开始溢出报警,即上限报警。
3.1.2 外部接线与控制列表
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列表
名称
PLC端子
说明
灯M
Q0.0
模拟水塔提水水泵电动机运行动作
灯Y
Q0.1
模拟地面水池的进水阀门的开关动作
开关S1
I0.0
模拟水池水位低限报警信号
开关S2
I0.1
模拟水池水位高限报警信号
开关S3
I0.2
模拟水塔水位低限报警信号
3.3水位闭环控制系统
图3-5 供水系统控制原理图
M1、M2—水泵Y0-Y3—液位开关F1—手阀F2—电磁阀
为了精确的实现对水位的控制,必须建立闭环控制系统。根据水塔中的进、出水的水位可以自动控制水泵,使水位处于动态的平衡状态。
供水系统的基本原理如图3-5所示,水位闭环调节原理是:通过在水塔中的三个液压变送器,将水位值变换为4~20 mA电流信号进入PLC,把该信号和PLC中的设定值的程序进行比较,并执行较后程序,通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。当PLC出现故障时,还有一套手动控制来进行对水塔水位控制。手动控制采用交流接触器。
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