基于组态王的液位控制系统设计

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《控制系统分析与综合》任务书

题目：液位控制系统设计

一、工程训练任务

本实训综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，通过本实训的锻炼，使学生掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对水箱液位进行控制。

二、工程训练目的

通过本次工程训练使学生掌握运用组态王软件及PLC构建工业控制系统的能力，增强学生对PLC控制系统以及组态王软件的应用能力，培养学生解决实际问题的能力，为今后从事工程技术工作、科学研究打下坚实的基础。

三、工程训练内容

1)确定PLC的I/O分配表；

2)根据PID控制算法理论，运用PLC程序实现PID控制算法；

3)编写整个液位控制系统实训项目的PLC控制程序；

4)在组态王中定义输入输出设备；

5)在组态王中定义变量；

6)设计上位机监控画面；

7)进行系统调试。

四、工程训练报告要求

报告中提供如下内容：

1、目录

2、任务书

3、正文

4、收获、体会

5、参考文献

五、工程训练进度安排

六、工程训练考核办法

本工程训练满分为100分，从工程训练平时表现、工程训练报告及工程训练答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。

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总体设计方案

2.1 关于组态王的概述

组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂

资源管

理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管

理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层

次的各

个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地

增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的

消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管

理系统的开发。

组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。

工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。

工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。

运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设

计

显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。

2.2 组态王与 I/O 设备

组态王软件作为一个开放型的通用工业监控软件，支持与国内外常见的 PLC、智能模块、智能仪表、变频器、数据采集板卡等（如：西门子PLC、莫迪康PLC、欧姆龙PLC、三菱PLC、研华模块等等）通过常规通讯接口（如串口方式、USB 接口方式、以太网、总

线、GPRS 等）进行数据通讯。

组态王软件与 IO 设备进行通讯一般是通过调用*.dll 动态库来实现的，不同的设备、协

议对应不同的动态库。工程开发人员无须关心复杂的动态库代码及设备通讯协议，只须使用

组态王提供的设备定义向导，即可定义工程中使用的I/O 设备，并通过变量的定义实

现与I/O

设备的关联，对用户来说既简单又方便。

2.3 组态王的开放性

组态王支持通过 OPC、DDE 等标准传输机制和其他监控软件（如：Intouch、Ifix、

Wincc

等）或其他应用程序（如：VB、VC 等）进行本机或者网络上的数据交互。

2.4 A3000现场系统使用说明

2.4.1 系统简介

A3000过程控制教学与实验系统包括以下部分：

A3000-CS过程控制系统；A3000-FBS总线型现场系统或A3000-FS常规型现场系统。

系统的消耗指标：三相四线制电源(380V AC)，最大用电6kW；单相电源(220V AC)，最大用电1kW；自来水 150升，重复使用。

2.4.2 现场系统组成

A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念，而不是对象系统。现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器(包括电动调节阀、变频器及移相调压器)、以及半模拟屏，从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。它具备如下特点：

现场系统通过一个现场控制箱，集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器，所有驱动电力由现场系统提供。它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即能完成所有实验功能，从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。

现场控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。

现场系统的设计另外的优势是保证动力线与控制线的电磁干扰隔离。

现场系统的设计保证了控制系统只需要直流低压就可以了，使得系统设计更模块化，更安全、具有更大的扩展性。

每个学年实验结束后，放空储水箱的水，清洗各个水箱。拆下涡轮流量计滤网，进行清洗。

在做变容或非线性容积水箱实验时，由于浮力特别大，需要一个人压着三角柱体，尽量不要尝试使用其他重物压，以避免砸坏。

根据本工程训练任务，在这决定采用A3000过程控制实验系统作为实验平台进行研究。

该系统是一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境，包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器）。A3000测试平台总体物理系统如图1所示。

图1 A3000测试平台物理系统

为达到项目要求，设计系统对中水箱右液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对水箱液位进行控制。系统逻辑结构如图2所示。