正文副本1.docx
- 文档编号:10958412
- 上传时间:2023-02-24
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:185.06KB
正文副本1.docx
《正文副本1.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《正文副本1.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
正文副本1
1、绪论
抽水泵控制系统是指应用在家用、机关单位、消防、学校、工厂等的抽水泵控制系统上进行自动水位控制的仪器,一般要求是全自动型,能实现无人值守,缺水自动补水,水满能自动停止进水。
并且要求抽水泵控制系统水位控制器安全性能好,稳定可靠。
本实验主要是利用了PLC和组态王两种工具。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
2、抽水泵控制系统的硬件配置
2.1、西门子S7-200系列PLC的介绍
西门子公司的SIMATIC系列属于小型PLC,可用于代替继电器的简单控制场合,也可用于复杂的自动化控制系统。
由于它有极强的通信能力,在大型网络控制系统中也能充分发挥其作用。
S7-200的可用性高,可以用于梯形图、语句表(即指令表)和功能块图三种语言来编程。
它的指令丰富,指令功能强,易于掌握,操作方便,内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由端口模式通信功能,最大可以扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O,最多有30多KB程序和数据存储空间。
2.2、S7-200系列PLC的工作原理
PLC通电后,需要对硬件和软件作一些初始化的工作。
为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号,初始化后不停地分阶段处理各种不同的任务,这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作模式。
1.读取数据:
在PLC的存储器中,设置了一片区域存放输入信号和输出信号的状态,它们分别称为输入过程映像寄存器和输出过程映像寄存器。
CPU以字节(8位)为单位来读写输入\输出过程映像寄存器。
2.执行用户程序:
PLC的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器中按顺序排列。
在RUN工作模式的程序执行阶段,在没有跳转指令时,CPU从第一条指令开始,逐条顺序地执行用户程序。
2.3、抽水泵PLC的控制原理
从老师给我们的设计任务书中分析,本次课程设计要解决的几个问题有:
2.3.1抽水泵控制系统水位的检测
抽水泵控制系统水位的检测是本次本次课程设计硬件电路的关键,检测电路的准确和稳定是次控制系统的质量。
抽水泵控制系统水位检测:
抽水泵控制系统低水位检测点,它是启动供水电动机的触发信号;抽水泵控制系统的高水位检测,它是检测抽水泵控制系统里水是否已经装满,如若没有满,供水电动机继续供水,如若满了,它是停止供水电动机的信号。
2.3.2、水池水位的检测
它是检测水池是否有水,如果有水,当抽水泵控制系统缺水是允许电动机给抽水泵控制系统供水;如果水池无水则不允许电动机向抽水泵控制系统供水,并发出警报。
2.4、抽水泵控制系统机的I/O分配
按照设计的要求,输入点3个分别是I0.0、I0.1、I0.2、,输出点3个分别是Q0.0、Q0.1、Q0.2。
I/O分配如表1
PLC输入点
所接输入检测点
H3
抽水泵控制系统高水位I0.3检测点
H2
抽水泵控制系统低水位I0.2检测
H1
水池无水I0.1检测
PLC输出点
所接输出控制点
KM
电动机Q0.0运行
L1
抽水泵控制系统低水位QO.1指示灯
L2
蓄水池无水QO.2指示灯
表1I/O分配表
2.4.1、抽水泵控制系统水位的检测
一、抽水泵控制系统低水位检测点,它是启动供水电动机的触发信号。
二、抽水泵控制系统的高水位检测,它是检测抽水泵控制系统里水是否已经装满,如若没有满,供水电动机继续供水,如若满了,它是停止供水电动机的信号。
3、抽水机软件设计
3.1、编程软件介绍
PLC编程语言的种类主要包括三种:
梯形图、语句表和功能块图。
梯形图:
梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图,用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序,它与电气原理图很相似。
它的连线有两种:
一为母线,另一为内部横竖线。
内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组,这个指令组一般总是从装载(LD)指令开始,必要时再继以若干个输入指令(含LD指令),以建立逻辑条件。
最后为输出类指令,实现输出控制,或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令,以进行相应的工作。
母线是用来连接指令组的。
梯形图编程,因为它直观易懂。
语句表:
S7系列PLC将指令表称为语句表。
PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式,由指令组成的程序叫做指令表程序或语句表程序。
语句表比较适合熟悉PLC和逻辑程序设计的经验丰富的程序员使用。
功能块图:
这是一种类似于数字逻辑门电路的编程语言,有数字电路基础的人很容易掌握。
该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系,方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入、输出端的小圆圈表示“非”运算,方框被“导线”连接在一起,信号自左向右流动。
3.2、PLC编程语言的特点
3.2.1、简化的程序结构
PLC的程序结构通常很简单,典型的为块式结构,不同块完成不同的功能,使程序的调试者对整个程序的控制功能和控制顺序有清晰的概念。
3.2.2简化应用软件生成过程
使用汇编语言和高级语言编写程序,要完成编辑、编译和连接三个过程,而使用编程语言,只需要编辑一个过程,其余由系统软件自动完成,整个编辑过程都在人机对话下进行的,不要求用户有高深的软件设计能力。
3.2.3图形式指令结构
程序由图形方式表达,指令由不同的图形符号组成,易于理解和记忆。
系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形,用户根据自己的需要把这些图形进行组合,并填入适当的参数。
在逻辑运算部分,几乎所有的厂家都采用类似于继电器控制电路的梯形图,很容易接受。
如西门子公司还采用控制系统流程图来表示,它沿用二进制逻辑元件图形符号来表达控制关系,很直观易懂。
3.2.4、明确的变量常数
图形符相当于操作码,规定了运算功能,操作数由用户填人,如:
K400,T120等。
PLC中的变量和常数以及其取值范围有明确规定,由产品型号决定,可查阅产品目录手册。
3.2.6、通讯接口
通讯接口用于PLC与编程器、计算机、变频器、触摸屏以及其他PLC等智能设备之间的连接,以实现PLC与智能设备之间的数据传送。
3.3、软件程序设计
3.3.1、抽水泵控制系统水位控制系统的PLC控制流程图
根据设计要求,控制流程图如图3.3.1所示
是
是
否
图3.3.1
3.4抽水泵控制系统水位控制系统的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3个开关量,开关量输出触点有3个,输入、输出触点数共有6个,只需选用一般中小型控制器即可。
据此,可以对输入、输出点作出地址分配,抽水泵控制系统水位控制系统的I/O接线图如图3.4.1如下:
图3.4.1
3.4.2梯形图
根据控制要求,设计的梯形图程序如图2.3.2所示
图3.4.2
4、抽水机监控界面的设计
4.1组态软件的概述
“组态王”软件包由工程管理器ProjectManage、工程浏览器TouchExplorer和画面运行系统TouchVew三部分组成。
其中工程浏览器内嵌组态王画面制作开发系统,生成人机画面工程。
画面制作开发系统中设计开发画面工程在TouchVew运行环境中运行。
TouchExplorer和TouchVew各自独立,一个工程可以被编辑和运行,这对于工程的调试是非常方便的。
组态就是用应用软件中提供的工具、方法,完成工程中某一具体任务的过程。
与硬件生产相对照,组态与组装类似。
如要组装一台电脑,事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等,我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。
当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间,因为它一般要比硬件中的“部件”更多,而且每个“部件”都很灵活,因为软部件都有内部属性,通过改变属性可以改变其规格(如大小、性状、颜色等)。
在组态概念出现之前,要实现某一任务,都是通过编写程序(如使用BASIC,C,FORTRAN等)来实现的。
编写程序不但工作量大、周期长,而且容易犯错误,不能保证工期。
组态软件的出现,解决了这个问题。
组态软件是有专业性的。
一种组态软件只能适合某种领域的应用。
组态的概念最早出现在工业计算机控制中。
如DCS(集散控制系统)组态,PLC(可编程控制器)梯形图组态。
人机界面生成软件就叫工控组态软件。
如AutoCAD,PhotoShop,办公软件都存在相似的操作,即用软件提供的工具来形成自己的作品,并以数据文件保存作品,而不是执行程序。
组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。
但是不同之处在于,工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。
组态工具的解释引擎,要根据这些组态结果实时运行。
从表面上看,组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。
虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。
但是为了提供一些灵活性,组态软件也提供了编程手段,一般都是内置编译系统,提供类BASIC语言,有的甚至支持VB。
在当今工控领域,一些常用的大型组态软件主要有:
WinCC,iFix,Intouch,组态王,力控等。
组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统,它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层,对上连接管理层,它不但实现对现场的实时监测与控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
尤其考虑三方面问题:
画面、数据、动画。
通过对监控系统要求及实现功能的分析,采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为试验者提供了可视化监控画面,有利于试验者实时现场监控。
而且,它能充分利用Windows的图形编辑功能,方便地构成监控画面,并以动画方式显示控制设备的状态,具有报警窗口、实时趋势曲线等,可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
因此本系统选择组态王来实现对抽水机控制系统的设计。
组态王(KingView)软件包括组态王工程浏览器、开发系统和运行系统三个部份。
工程浏览器(PROJMAK)是一个具有集成开发的环境。
在工程浏览器中可以创建工程,并对工程进行管理。
可以查看工程的各个组成部分,完成构造数据库、定义外部设备等工作。
开发系统(TOUCHMAK)是应用程序的开发环境。
在这个环境中完成设计画面、动画连接等工作。
TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能;数据库中有多种数据类型,能合理地抽象控制对象的特性;对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。
运行系统是组态王软件的实时运行环境。
在TOUCHMAK中建立的图形画面只有在TOUCHIVEW中才能运行。
TOUCHVIEW从工业控制对象中采集数据,并记录在实时数据库中。
它还负责把数据的变化用动画的方式形象地表示出来,同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能,并生成历史数据文件。
画面的“开发系统”和“运行系统”由“工程浏览器”调用,且两个系统可以独立于“工程浏览器”工作。
4.2定义数据词典
在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。
本系统实时数据的定义如表3所示。
数据词典的定义
数据变量
类型
PLC地址
解释说明
I0.0
I/O离散型
I0.0
水池池干位开关
I0.1
I/O离散型
I0.1
水箱低水位开关
I0.2
I/O离散型
I0.2
水箱高水位开关
Q0.0
I/O离散型
Q0.0
KM抽水泵
Q0.1
I/O离散型
Q0.1
水箱无水报警灯
Q0.2
I/O离散型
Q0.2
蓄水池干报警灯
表3数据词典
4.3用户界面的制作
抽水机机的登录界面如图4.3.1所示
图4.3.1
抽机控制系统主画面如图4.3.2所示
图4.3.2
抽机控制系统主画面演示画面如图4.3.3所示
图4.3.3
抽机控制系统报警画面如图4.3.4所示
图4.3.4
4.4命令语言的编写
用户界面制作完成后要与界面编制程序,程序是用户界面的后台支持。
一方面程序使得用户界面与下位机PLC实现通讯,使用户界面可以控制系统的运行。
另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系,使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。
本系统编写的命令语言如下:
if(\\本站点\水池池干位开关==0&&\\本站点\水箱低水位开关==1&&\\本站点\水箱高水位开关==0)
{\\本站点\KM=1;
\\本站点\水箱液位=\\本站点\水箱液位+1;
\\本站点\蓄水池=\\本站点\蓄水池-1;}
else
\\本站点\KM=0;
if(\\本站点\水箱高水位开关==1)
\\本站点\KM=0;
if(\\本站点\水池池干位开关==1)
\\本站点\KM=0;
if(\\本站点\KM==1)
{\\本站点\水流1=7;
\\本站点\水流2=7;
\\本站点\水流3=7;}
else
{\\本站点\水流1=0;
\\本站点\水流2=0;
\\本站点\水流3=0;}
if(\\本站点\水箱高水位开关==1)
\\本站点\水箱低水位开关=0;
if(\\本站点\水池池干位开关==1)
\\本站点\蓄水池干报警灯=1;
else
\\本站点\蓄水池干报警灯=0;
if(\\本站点\水箱低水位开关==1)
\\本站点\水箱无水报警灯=1;
else
\\本站点\水箱无水报警灯=0;
5、程序调试
在画面制作的调试过程中,开始由于对组态软件不熟悉,所以在编写脚本程序时遇到了一定困难,最后在老师的指导下,终于完成了脚本程序的编写。
还有开始时不会在主画面中画抽水机的模型,最后我用指示灯和开关模拟了抽水机的运行状态,最后用组态王画面成功地模拟了抽水机工作过程。
5.1、软件系统的调试
组态中的程序在实际运行中是通过I\O设备和下位机交换数据的,当程序在调试时,可以使用仿真I\O设备模拟下位机向画面程序提供数据,为画面程序的调试提供方便。
5.2、定义串口类型设备
1.在工程浏览器的目录显示区,单击大纲项设备下的成员COM1或COM2,在目录内容显示区出现“新建”,双击“新建”,弹出“设备配置向导”对话框;在树型设备列表去中选择PLC。
本次工程中生产厂家选择“西门子”;设备名称选择“S7—200”;通讯方式选择“PPI”。
2.在设备配置向导——“设备名称”对话框中,给要配置的串口设备指一个逻
辑名称。
本次工程中选择的是“PLC”。
3.在设备配置向导——“选择串口号”对话框中,为配置的串口设备指定与计
算机相连的串口号。
本次工程中选择的是“COM1”。
4.在设备配置向导——“设备地址设置”对话框中,为串口设备指定设备地址,该地址应该对应实际的设备定义的地址。
本次工程中选择的是“2”
5.在设备配置向导——“通讯参数”对话框中,此向导页配置一些关于设备在发生通信故障时,系统尝试恢复通信的策略参数。
系统默认的是“尝试恢复间隔:
30秒;最长恢复时间:
24小时”。
6.在设备配置向导——“信息总结”对话框中,此向导页配置的串口设备的设备信息,供工程人员查看。
经过以上的步骤,既可以完成本次工程的串口的设置。
6、实验体会
这次的实训题目是抽水机控制系统。
要求通过PLC模拟控制抽水机,再通过设计组态王画面来监控现场。
这次实训是一次理论知识与实际动手设计相结合的综合训练。
通过对抽水机的程序设计,使我熟练地掌握了PLC的编程知识,在实训的准备过程中我也查阅了很多文献,包括对组态王的画面设计水平也有了很大的提高。
当然在这个过程中还是遇到了很多的问题,比如实训内容要求手动和自动两部分都要有,这个问题我当时比较困惑,后来是同学给了建议用两个开关实现手动和自动。
还有就是制作组态王画面遇到了不少小问题,不会画抽水机的模型,后来请教了李老师,经过了老师的细心指导把问题逐个解决掉了。
虽然不能说这次的实训我做的很完美,但是是通过自己的努力一步一步做好的,我很珍惜这次实训的机会,它让我在专业上有知识上有了更近一步的提高,同时也要感谢组织本次实训的刘老师,我的进步和您有密不可分的联系,在此十分感谢您在这次实训中对我的悉心指导和帮助。
7、参考文献
[1]王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京:
机械工业出版社,2002
[2]钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州:
华南理工大学出版社,2002
[3]刘迎春.传感器原理设计与应用.国防科技大学出版社,2002:
14-21
[4]付家才.《电子工程实践技术》2009.10
[5]刘新宇.S7-200/300PLC入门和用户应用分析.北京:
中国电力出版社,2008
[6]肖峰.PLC编程100例.北京:
中国电力出版社2009
[7]周美兰.PLC电气控制与组态设计.北京:
科学出版社,2003
[8]康华光,《电子技术基础》数字部分(第五版)高等教育出版社,2006.01
[9]毕满清《电子技术实验与课程设计》(第3版)机械工业出版社,2005.07
[10]张宪、何宇斌.电子电路制作指导[M].北京:
化学工业出版社,2006.317-319
[11]毛期俭.《数字电路与逻辑设计实验及应用》人民邮电出版社,2005.12
[12]刘福太.蓝版电子电路495例[M].北京:
科学出版社,2007.123-124
[13]陈日耀.金属切削原理[M].北京:
机械工业出版社,1985.33-36
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 正文 副本1 副本