plc與組態(tài)之間的聯(lián)系畢業(yè)論文

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著科學技術(shù)的進步和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域。可編程序控制器（PLC）是一種基于數(shù)字計算機技術(shù)、專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的電子控制裝置。它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入/輸出，完成一系列邏輯、順序、定時、計數(shù)、運算等確定的功能，來控制各種類型的機電一

2、體化設(shè)備和生產(chǎn)過程?！　　　　　　　　　　　?</p><p>　　PLC以其高可靠性、操作簡便、通用性強、體積少、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝維修方便等特點，已經(jīng)形成了一種控制趨勢。因此，學習和掌握PLC技術(shù)已成為高等院校相關(guān)專業(yè)在校生和工業(yè)自動化技術(shù)人員的一項迫切任務(wù)。</p><p>　　本文主要介紹西門子公司生產(chǎn)的S7-200型PLC在液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。</p><p&

3、gt;　　文章分成四章，第一章重點闡述了可編程序控制器PLC的產(chǎn)生與發(fā)展、結(jié)構(gòu)和工作原理等，并對S7-200型PLC作詳細介紹；第二章介紹了過程控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成以及各種控制類型；第三章主要是對液位控制系統(tǒng)的分析和數(shù)學建模；第四章則詳細介紹了系統(tǒng)的功能、主要元器件、各部分電路的電氣原理圖和整體連接、系統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)果等。</p><p><b>　　PLC的產(chǎn)生與發(fā)展</b></p>

4、;<p>　　1.1 PLC概述</p><p><b>　　一、PLC的由來</b></p><p>　　PLC（可編程邏輯控制器）是20世紀60年代末期逐步發(fā)展起來的一種以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。近幾年來，PLC技術(shù)在各種工業(yè)過程控制、生產(chǎn)自動線控制及各類機電一體化設(shè)備控制中得到極為廣泛的應(yīng)用，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中的一項十分重要的應(yīng)用技

5、術(shù)。</p><p>　　20世紀60年代末，美國最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的需要，試圖尋找一種新的生產(chǎn)線控制方法，使之盡可能地減少重新設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)的工作量以及盡量地減少控制系統(tǒng)硬連接線的數(shù)量，以降低生產(chǎn)成本，縮短制造周期，減少生產(chǎn)線的故障率，從而有效地提高生產(chǎn)效率。當時，電子計算機的硬件已經(jīng)基本完備，其主要功能是通過軟件來實現(xiàn)的，因此具有靈活性、通用性等優(yōu)點，但價格相對來

6、說比較昂貴，于是他們想到了把繼電器控制系統(tǒng)簡單易懂、操作方便、價格便宜的長處與計算機靈活、通用的優(yōu)點結(jié)合起來，用來制造出一種新型的工業(yè)控制裝置，并進而采用招標的方式，首先由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出符合上述想法的工業(yè)控制裝置，命名為可編程邏輯控制器，即PLC（Programmable Logic Controller）。1969年，第一臺PLC在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次運行，成功地取代了沿用多年的繼電器控制系統(tǒng)，盡管當時的PLC功

7、能僅具有邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，但卻標志著一種新型的工業(yè)控制裝置問世。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，20世紀70年代中期又出現(xiàn)了微處理器和微型計算機，這些新技術(shù)很快也被用到PLC之中，使得PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了運算、數(shù)據(jù)處理和傳送等功能，從而成為具有計算機功能的新型工業(yè)控制裝置。1980年美國電器制造商協(xié)會（NEMA）正式將其命名為可編程控制器（Programm

8、able Controller）簡稱PC。</p><p>　　國際電工委員會（IEC）于1982年11月和1985年1月頒布了可編程控制器標準的第一稿和第二稿，對可編程控制器作了如下的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它可采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出。控制各種類型的機械

9、和生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的原則而設(shè)計”。</p><p>　　綜上所述，可編程控制器是在硬接線邏輯控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。</p><p>　　之所以把可編程控制器簡稱為PC，因為它已經(jīng)不再是僅具有邏輯控制功能的裝置了。只是由于20世紀80年代崛起的個人計算機（Personal Comput

10、er）也簡稱為PC。為了加以區(qū)別，人們又把可編程簡稱為PLC。</p><p><b>　　二、PLC的分類</b></p><p>　　PLC一般可按I/O點數(shù)和結(jié)構(gòu)形式分類。</p><p>　　1、按I/O點數(shù)分類</p><p>　　按I/O點數(shù)可分為小型、中型和大型幾類。一般小于512點為小型PLC（其中小于

11、64點為超小型或微型PLC）。512-2048點為中型PLC，2048點以上為大型PLC(超過8192點為超大型PLC)。當然，這一分類界限不是固定不變的，它將會隨PLC的發(fā)展而變更。</p><p><b>　　2、按結(jié)構(gòu)形式分類</b></p><p>　　按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和模塊式兩類。</p><p><b>　　A. 整

12、體式PLC</b></p><p>　　整體式PLC又稱為單元式或箱體式。整體式PLC是將電源、CPU、I/O部件都集中在一個機箱內(nèi)。其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低。一般小型PLC采用這種結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O和電源，擴展單元內(nèi)只有I/O和電源?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般配備有特殊功能單元，如模擬量單元、位置控

13、制單元等，使PLC的功能得以擴展。</p><p><b>　　B. 模塊式PLC</b></p><p>　　模塊式結(jié)構(gòu)是將PLC各部分分成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的包含在CPU模塊中）和各種功能模塊。模塊式PLC由框架和各種模塊組成。模塊插在插座上。有的PLC沒有框架，各種模塊安裝在底板上。模塊式結(jié)構(gòu)PLC配置靈活，裝配方便，便于擴

14、展和維修。一般大、中型PLC宜采用模塊式結(jié)構(gòu)，有的小型PLC也采用這種結(jié)構(gòu)。有時可根據(jù)需要將整體式和模塊式結(jié)合起來，稱為疊裝式PLC。它除基本單元和擴展單元外，還有擴展模塊和特殊功能模塊，配置比較合理。</p><p><b>　　三、PLC的特點</b></p><p><b>　　1、PLC的特點</b></p><p&g

15、t;<b>　　A. 可靠性高</b></p><p>　　由于采取了一系列的保證PLC高可靠性的措施，PLC的平均無故障時間(MTBF)一般可達3-5萬h。而且PLC的環(huán)境適應(yīng)性也很強，它能在工業(yè)環(huán)境下可靠地工作。PLC的高可靠性已受到用戶的普遍認可。這是PLC得到廣泛應(yīng)用的重要原因之一。</p><p>　　保證PLC高可靠性的主要措施有：良好的綜合設(shè)計(綜合考慮

16、整體的可靠性)；選用優(yōu)質(zhì)器件；采用隔離、濾波、屏蔽等抗干擾技術(shù)；采用先進的電源技術(shù)；采用實時監(jiān)控技術(shù)和故障診斷技術(shù)；采用良好的制造工藝。</p><p><b>　　B. 編程簡單</b></p><p>　　PLC最常用的編程語言是梯形圖語言。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。當生產(chǎn)流程

17、需要改變時，可以現(xiàn)場改變程序，使用方便、靈活。在大型PLC中還有BASIC等高級編程語言以滿足各種不同控制對象和不同使用人員的需要。</p><p>　　應(yīng)當指出：為了更靈活地使用PLC，充分發(fā)揮它的功能(尤其是大、中型PLC)，PLC的應(yīng)用軟件設(shè)計人員需要較深入地掌握計算機硬件和軟件方面的知識。</p><p><b>　　C. 通用性強</b></p>

18、<p>　　各個PLC的生產(chǎn)廠家都有各種系列產(chǎn)品、各種模塊供用戶選擇。用戶可根據(jù)控制對象的規(guī)模和控制要求，選擇合適的PLC產(chǎn)品，組成所需要的控制系統(tǒng)。在進行應(yīng)用軟件設(shè)計時，一般不再需要用戶制作其它任何附加裝置，從而使設(shè)計工作簡化。</p><p>　　D. 體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、維修方便</p><p>　　PLC體積小，重量輕，便于安裝。一般PLC都具有自診斷、故障報警、

19、故障種類顯示等功能，便于操作和維修人員檢查，可以較容易通過更換模塊插件來迅速排除故障。PLC的結(jié)構(gòu)緊湊，它與被控制對象的硬件連接方式簡單、接線少，便于維護。</p><p>　　1.2 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　PLC是以微處理器為核心的數(shù)字式電子、電氣自動控制裝置，也可以說是一種專用微型計算機。各種PLC的具體結(jié)構(gòu)雖然多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，即都是以微處

20、理器為核心，并輔以外圍電路和I/O單元等硬件所構(gòu)成的。正像通用的微機一樣，PLC的各種功能的實現(xiàn)，不僅基于其硬件的應(yīng)用，而且要靠其軟件的支持。實際上，PLC就是一種工業(yè)控制計算機，其系統(tǒng)組成、工作原理、操作使用原理都與計算機相同；它的編程語言，在其發(fā)展初期是采用工程技術(shù)人員所習慣和易于接受的那種繼電器邏輯形式，隨著時間的推移和技術(shù)的進展，又發(fā)展為類似于計算機高級編程語言的形式。PLC作為繼電器控制系統(tǒng)替代物出現(xiàn)，但它又與繼電器邏輯控制的

21、工作原理有很大區(qū)別。</p><p><b>　　一、PLC的組成</b></p><p>　　PLC采用典型的計算機結(jié)構(gòu)，由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出接口電路（I/O）和其它一些電路組成。圖1.1為結(jié)構(gòu)示意圖，圖1.2為邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。</p><p>　　1、中央處理器(CPU)</p><

22、;p>　　CPU是PLC的核心部件。從圖2.1和2.2可以看出，它控制所有其它部件的操作。CPU一般由電路、運算器和寄存器組成。這些電路一般都在一個集成電路的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出(I/O)接口電路連接。</p><p>　　不同型號的PLC可能使用不同的CPU部件。例如，有的程控器使用單片微處理機，如8013，8031，8051等。PLC的制造廠家使用CPU部件

23、的指令系統(tǒng)編寫系統(tǒng)程序，并固化到ROM中。CPU按系統(tǒng)程序所賦予的功能，接收并把編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，存在RAM中。CPU按掃描方式工作，掃描從0000地址存放的第一條用戶程序開始，經(jīng)過存儲器中各功能程序，到用戶程序的最后一個地址，不停地周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。CPU主要完成以下功能：</p><p>　　A.從存儲器中讀取指令</p><p>　　CPU從地址總

24、線上給出存儲地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的指令，并放到CPU內(nèi)的指令寄存器中去。</p><p><b>　　B.執(zhí)行指令</b></p><p>　　對存放在指令寄存器中的指令操作碼進行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作。例如：讀取輸入信號、取操作數(shù)、進行邏輯運算和算術(shù)運算，將結(jié)果輸出等。</p><p>　　C.準備取下一條指令

25、</p><p>　　CPU執(zhí)行完一條指令后，能根據(jù)條件產(chǎn)生下一條指令的地址，以便取出和執(zhí)行下一條指令。在CPU的控制下，程序的指令即可以順序執(zhí)行，也可分支或轉(zhuǎn)移。</p><p><b>　　D.處理中斷</b></p><p>　　CPU除順序執(zhí)行程序外，還能接收輸入輸出發(fā)來的中斷請求，并進行中斷處理，中斷處理完后，再返回原址，繼續(xù)順序執(zhí)行

26、。</p><p>　　圖1.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖1.2 PLC邏輯結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　2、存儲器</b></p><p>　　存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息。所謂系統(tǒng)程序，是指控制和完成PLC各種功能的程序。這些程序是由P

27、LC的制造廠家用微電腦的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到只讀存儲器（ROM）中。所謂用戶程序，是指使用者根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。用戶程序由使用者通過編程器輸入到PLC的隨機存儲器（RAM），允許修改，由用戶啟動運行。</p><p><b>　　A.存儲器的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　存儲器一般由存儲體、地址譯碼電路、讀寫控制電路和數(shù)據(jù)寄存器組成

28、，見圖1.3。</p><p>　　圖1.3 存儲器結(jié)構(gòu)</p><p><b>　?。?）存儲體　</b></p><p>　　存儲體由若干個存儲單元構(gòu)成，每個存儲單元存儲一個二進制數(shù)據(jù)。所以，存儲體是實際存儲數(shù)據(jù)的存儲單元的集合。存儲單元的數(shù)量叫存儲器的容量。每個存儲單元都有一個編號，這個編號叫做存儲器的單元地址。存儲單元中存放的二進制數(shù)據(jù)

29、，叫做該單元的內(nèi)容。</p><p>　?。?）地址譯碼電路　</p><p>　　根據(jù)從地址總線上給出的地址碼選擇相應(yīng)的存儲單元。</p><p>　　（3）讀/寫控制電路　</p><p>　　將選定的存儲單元的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)寄存器，或?qū)?shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容寫到選定的存儲單元中。</p><p><b>　　（

30、4）數(shù)據(jù)寄存器　</b></p><p>　　存放從存儲單元中讀出的內(nèi)容，或存放準備寫入到存儲單元中去的數(shù)據(jù)。</p><p>　　B.存儲器的工作過程</p><p><b>　?。?）寫入　</b></p><p>　　首先將要寫入的信息通過數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)寄存器，再通過地址總線給出存儲單元的地址，地址譯

31、碼電路選中相應(yīng)的單元。然后發(fā)出“寫”命令。這時，數(shù)據(jù)放大器中的數(shù)據(jù)就寫入到由地址譯碼電路選中的單元中去了。</p><p><b>　?。?）讀出　</b></p><p>　　首先通過地址總線給出要讀的存儲單元地址，地址譯碼電路選中相應(yīng)的存儲單元。然后發(fā)出“讀”命令。這時，由地址譯碼電路選中的存儲單元的內(nèi)容就讀到數(shù)據(jù)寄存器中。</p><p>

32、;　　C.PLC中使用的存儲器</p><p>　　在可編程序控制中使用兩種類型的存儲器ROM和RAM。</p><p>　?。?）只讀存儲器ROM　</p><p>　　ROM中的內(nèi)容是由PLC的制造廠家寫入的，并且永遠駐留在ROM中，一般存放著PLC的制造廠家編寫的系統(tǒng)程序。例如：</p><p>　?。╝）檢查程序 PLC加電后，首先

33、由檢查程序檢查程控器的各部件操作是否正常，并將檢查的結(jié)果顯示給操作人員。</p><p>　?。╞）鍵盤輸入處理程序　解釋、執(zhí)行用戶從鍵盤上發(fā)出的命令，將用戶輸入的程序送到RAM中，讀出并顯示RAM中的內(nèi)容。</p><p>　?。╟）翻譯程序　將用戶使用PLC編寫的控制程序變換成由微電腦指令組成的程序，然后再執(zhí)行。還能對用戶程序進行語法檢查。</p><p>　　

34、（d）監(jiān)控程序 相當于總控程序。根據(jù)用戶的需要調(diào)用相應(yīng)的內(nèi)部程序。例如，用戶通過面板的選擇開關(guān)選擇了程序（PROGRAM）工作方式，則總控程序就調(diào)用“鍵盤輸入處理程序”，將用戶從鍵盤輸入的程序送到RAM。若用戶通過面板的選擇開關(guān)選擇了運行（RUN）工作方式，則總控制程序?qū)映绦颉?lt;/p><p>　　上述的PLC的系統(tǒng)程序是用微電腦語言編寫的，并由制造廠家寫入到ROM中。將程序?qū)懭氲絉OM中的過程叫做“軟件固

35、化”。經(jīng)過固化的ROM叫做固件。</p><p>　?。?）隨機存儲器RAM</p><p>　　RAM是可讀可寫存儲器。讀出時，RAM中的內(nèi)容不被破壞；寫入時，剛寫入的信息就會覆蓋而消除原來的信息。為了防止去電后RAM中的內(nèi)容丟失，可編程序控制器使用了對RAM的電池供電電路，這樣在PLC斷電后，RAM仍有電池供電，使得存儲在RAM中的信息保持不變。</p><p>

36、;　　1.3 S7-200型PLC介紹</p><p>　　S7--200系列是一種可編程序邏輯控制器（Micro PLCs）。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動化控制需求。</p><p>　　S7--200的用戶程序中包括了位邏輯、計數(shù)器、定時器、復(fù)雜數(shù)學運算以及與其它智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達到控制目的。緊湊的結(jié)構(gòu)、靈活的配置和強大的指令集使S7

37、--200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。</p><p>　　1.3.1 PLC S7-200 系統(tǒng)的硬件配置</p><p>　　S7-200系列PLC由西門子公司研發(fā)生產(chǎn)，是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型PLC。它指令豐富、功能強大、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴展、性能價格比高。適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。</p><p>　　S7-200系列在

38、集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。</p><p>　　S7-200CPU將一個微處理器、一個集成電源和數(shù)字量I/O點集成在一個緊湊的封裝內(nèi)，從而形成了一

39、個功能強大的微型PLC，當下載程序到PLC后，S7-200就可以按照邏輯關(guān)系監(jiān)控I/O設(shè)備從而實現(xiàn)控制要求。</p><p>　　S7-200系列PLC可提供4個不同的基本型號的6種CPU供用戶使用。本實驗采用CPU224。</p><p>　　表1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元</p><p>　　S7-200系列PLC主要有6種擴展單元，它本

40、身沒有CPU，只能與基本單元想象接使用，用于擴展I/O點數(shù)，S7-200系列PLC擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)的分配如表所示：</p><p>　　表2 S7—200系列PLC擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)</p><p>　　組態(tài)軟件的簡介及其應(yīng)用</p><p>　　2.1組態(tài)軟件的簡介</p><p>　　組態(tài)軟件在國內(nèi)是一個約定俗成的概念

41、，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。 “組態(tài)(Configure)”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時候也稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開發(fā)平臺”。 “監(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設(shè)備或過程進行監(jiān)視、控制和管理　</p

42、><p>　　組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工

43、等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng)(RTU System,Remote Terminal Unit)。 </p><p>　　組態(tài)軟件是有專業(yè)性的。一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中。如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC（可編程控制器）梯形圖組態(tài)。人機界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。在其他行業(yè)也有組態(tài)的概念，如AutoCAD

44、，PhotoShop等。不同之處在于，工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實時監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類BASIC語言，有的支持VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持C#高級語言。</p><p>　　組態(tài)軟件大都支持各種主流工控設(shè)備和標準通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機接口軟件，Human

45、 Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件還是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)使用戶可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)

46、庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。</p><p>　　2.2組態(tài)軟件的特點</p><p>　　隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開發(fā)傳統(tǒng)

47、的工業(yè)控制軟件時，當工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而更是相當困難。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自

48、己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。 </p><p>　　組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點： </p><p>　?。?）延續(xù)性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級； </p><p>　?。?）封裝

49、性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能； </p><p>　?。?）通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據(jù)處理、

50、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。</p><p>　　2.3組態(tài)軟件的發(fā)展及趨勢</p><p><b>　　2.3.1 背景</b></p><p>　　自2000年以來，國內(nèi)監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)品、技術(shù)、市場都取得了飛快的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域日益拓展，用戶和應(yīng)用工程師數(shù)量不斷增多。充分體現(xiàn)了“工業(yè)技術(shù)民用化”的發(fā)展趨

51、勢。</p><p>　　監(jiān)控組態(tài)軟件是工業(yè)應(yīng)用軟件的重要組成部分，其發(fā)展受到很多因素的制約，歸根結(jié)底，是應(yīng)用的帶動對其發(fā)展起著最為關(guān)鍵的推動作用。</p><p>　　關(guān)于新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和快速發(fā)展對監(jiān)控組態(tài)軟件會產(chǎn)生何種影響，有人認為隨著技術(shù)的發(fā)展，通用組態(tài)軟件會退出市場，例如有的自動化裝置直接內(nèi)嵌“Web Server”實時畫面供中控室操作人員訪問。</p><p

52、>　　作者并不這樣認為。用戶要求的多樣化，決定了不可能有哪一種產(chǎn)品囊括全部用戶的所有的畫面要求，最終用戶對監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的需求不可能固定為單一的模式，因此最終用戶的監(jiān)控系統(tǒng)是始終需要“組態(tài)”和“定制”的。這就是監(jiān)控組態(tài)軟件不可能退出市場的主要原因，因為需求是存在且不斷增長的。</p><p>　　監(jiān)控組態(tài)軟件是在信息化社會的大背景下，隨著工業(yè)IT技術(shù)的不斷發(fā)展而誕生、發(fā)展起來的。在整個工業(yè)自動化軟件大家庭

53、中，監(jiān)控組態(tài)軟件屬于基礎(chǔ)型工具平臺。監(jiān)控組態(tài)軟件給工業(yè)自動化、信息化、及社會信息化帶來的影響是深遠的，它帶動著整個社會生產(chǎn)、生活方式的變化，這種變化仍在繼續(xù)發(fā)展。因此組態(tài)軟件作為新生事物尚處于高速發(fā)展時期，目前還沒有專門的研究機構(gòu)就它的理論與實踐進行研究、總結(jié)和探討，更沒有形成獨立、專門的理論研究機構(gòu)。</p><p>　　近5年來，一些與監(jiān)控組態(tài)軟件密切相關(guān)的技術(shù)如OPC、OPC-XML、現(xiàn)場總線等技術(shù)也取得了

54、飛速的發(fā)展，是監(jiān)控組態(tài)軟件發(fā)展的有力支撐。</p><p>　　2.3.2組態(tài)軟件的最新發(fā)展情況</p><p>　　（1）集成化、定制化</p><p>　　從軟件規(guī)模上看，大多數(shù)監(jiān)控組態(tài)軟件的代碼規(guī)模超過100萬行，已經(jīng)不屬于小型軟件的范疇了。從其功能來看，數(shù)據(jù)的加工與處理、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析等功能越來越強。</p><p>　　監(jiān)控組態(tài)

55、軟件作為通用軟件平臺，具有很大的使用靈活性。但實際上很多用戶需要“傻瓜”式的應(yīng)用軟件，即需要很少的定制工作量即可完成工程應(yīng)用。為了既照顧“通用”又兼顧“專用”，監(jiān)控組態(tài)軟件拓展了大量的組件，用于完成特定的功能，如批次管理、事故追憶、溫控曲線、油井示功圖組件、協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)組件、ODBCRouter、ADO曲線、專家報表、萬能報表組件、事件管理、GPRS透明傳輸組件等。</p><p>　　（2）縱向：功能向上、向下延伸

56、</p><p>　　組態(tài)軟件處于監(jiān)控系統(tǒng)的中間位置，向上、向下均具有比較完整的接口，因此對上、下應(yīng)用系統(tǒng)的滲透能力也是組態(tài)軟件的一種本能，具體表現(xiàn)為：</p><p><b>　　向上</b></p><p>　　其管理功能日漸強大，在實時數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)的配合下，具有部分MIS、MES或調(diào)度功能。尤以報警管理與檢索、歷史數(shù)據(jù)檢索、操作日志

57、管理、復(fù)雜報表等功能較為常見。</p><p><b>　　向下</b></p><p>　　日益具備網(wǎng)絡(luò)管理（或節(jié)點管理）功能：在安裝有同一種組態(tài)軟件的不同節(jié)點上，在設(shè)定完地址或計算機名稱后，互相間能夠自動訪問對方的數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件的這一功能，與OPC規(guī)范以及IEC61850規(guī)約、BACNet等現(xiàn)場總線的功能類似，反映出其網(wǎng)絡(luò)管理能力日趨完善的發(fā)展趨勢。</p

58、><p>　　（3）橫向：監(jiān)控、管理范圍及應(yīng)用領(lǐng)域擴大</p><p>　　只要同時涉及實時數(shù)據(jù)通訊（無論是雙向還是單向）、實時動態(tài)圖形界面顯示、必要的數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲及顯示，就存在對組態(tài)軟件的潛在需求。 </p><p>　　除了大家熟知的工業(yè)自動化領(lǐng)域，近幾年以下領(lǐng)域已經(jīng)成為監(jiān)控組態(tài)軟件的新增長點：</p><p>　　設(shè)備管理或資產(chǎn)管

59、理（PAM，Plant Asset Management）。此類軟件的代表是艾默生公司的設(shè)備管理軟件AMS。據(jù)ARC機構(gòu)預(yù)測，到2009年全球PAM的業(yè)務(wù)量將達到19億美元。PAM所包含的范圍很廣，其共同點是實時采集設(shè)備的運行狀態(tài)，累積設(shè)備的各種參數(shù)（如運行時間、檢修次數(shù)、負荷曲線等），及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、預(yù)測設(shè)備壽命，提供設(shè)備檢修建議，對設(shè)備進行實時綜合診斷。</p><p>　　先進控制或優(yōu)化控制系統(tǒng)。在工業(yè)自

60、動化系統(tǒng)獲得普及以后，為提高控制質(zhì)量和控制精度，很多用戶開始引進先進控制或優(yōu)化控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)包括自適應(yīng)控制、（多變量）預(yù)估控制、無模型控制器、魯棒控制、智能控制（專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）、其他依據(jù)新控制理論而編寫的控制軟件等。這些控制軟件的常項是控制算法，使用監(jiān)控組態(tài)軟件主要解決控制軟件的人機界面、與控制設(shè)備的實時數(shù)據(jù)通訊等問題。</p><p>　　工業(yè)仿真系統(tǒng)。仿真軟件為用戶操作模擬對象提供了與實

61、物幾乎相同的環(huán)境。仿真軟件不但節(jié)省了巨大的培訓成本開銷，還提供了實物系統(tǒng)所不具備的智能特性。仿真系統(tǒng)的開發(fā)商專長于仿真模塊的算法，在實時動態(tài)圖形顯示、實時數(shù)據(jù)通訊方面不一定有優(yōu)勢，力控&reg;監(jiān)控組態(tài)軟件與仿真軟件間通過高速數(shù)據(jù)接口聯(lián)為一體，在教學、科研仿真應(yīng)用中應(yīng)用越來越廣泛。</p><p>　　電網(wǎng)系統(tǒng)信息化建設(shè)。電力自動化是監(jiān)控組態(tài)軟件的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，電力是國家的基礎(chǔ)行業(yè)，其信息化建設(shè)是多層

62、次的，由此決定了對組態(tài)軟件的多層次需求。</p><p>　　智能建筑：物業(yè)管理的主要需求是能源管理（節(jié)能）和安全管理，這一管理模式要求建筑物智能設(shè)備必須聯(lián)網(wǎng)，首先有效地解決信息孤島問題，減少人力消耗，提高應(yīng)急反應(yīng)速度和設(shè)備預(yù)期壽命，智能建筑行業(yè)在能源計量、變配電、安防門禁、消防系統(tǒng)系統(tǒng)聯(lián)入IBMS服務(wù)器方面需求旺盛。</p><p>　　公共安全監(jiān)控與管理：公共安全的隱患可造成突發(fā)事件應(yīng)

63、急失當，容易造成城市公共設(shè)施癱瘓、人員群死群傷等惡性災(zāi)難。公共安全監(jiān)控包括：</p><p>　　人防（車站、廣場）等市政工程有毒氣體濃度監(jiān)控及火災(zāi)報警。</p><p>　　水文監(jiān)測：包括水位、雨量、閘位、大壩的實時監(jiān)控。</p><p>　　重大建筑物（如橋梁等）健康狀態(tài)監(jiān)控：及時發(fā)現(xiàn)隱患，預(yù)報事故的發(fā)生。</p><p>　　機房動力環(huán)

64、境監(jiān)控：在電信、鐵路、銀行、證券、海關(guān)等行業(yè)以及國家重要的機關(guān)部門，計算機服務(wù)器的正常工作是業(yè)務(wù)和行政正常進行的必要條件，因此存放計算機服務(wù)器的機房重地已經(jīng)成為監(jiān)控的重點，監(jiān)控的內(nèi)容包括：UPS工作參數(shù)及狀態(tài)、電池組的工作參數(shù)及狀態(tài)、空調(diào)機組的運行狀態(tài)及參數(shù)、漏水監(jiān)測、發(fā)電機組監(jiān)測、環(huán)境溫濕度監(jiān)測、環(huán)境可燃氣體濃度監(jiān)測、門禁系統(tǒng)監(jiān)測等。</p><p>　　城市危險源實時監(jiān)測：對存放危險源的場所、危險源行蹤的監(jiān)測

65、。避免放射性物質(zhì)和劇毒物質(zhì)失控地流通。</p><p>　　國土資源立體污染監(jiān)控：對土壤、大氣中與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的污染物含量進行實時監(jiān)測，建立立體式實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　城市管網(wǎng)系統(tǒng)實時監(jiān)控及調(diào)度：包括供水管網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)、供熱管網(wǎng)等的監(jiān)控。</p><p>　　2.4組態(tài)王組態(tài)軟件</p><p>　　2.4.1組態(tài)王的特點<

66、;/p><p>　　它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于

67、試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。</p><p>　　2.4.2組態(tài)王實踐應(yīng)用</p><p>　　1.使用組態(tài)王實現(xiàn)控制系統(tǒng)實驗仿真的基本方法：　　(1)圖形界面的設(shè)計　　(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫

68、　　(3)建立動畫連接　　(4)運行和調(diào)試　　2.使用組態(tài)王軟件開發(fā)具有以下幾個特點:　　(1)實驗全部用軟件來實現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費?！　?2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點。對用戶而言,操作簡單易學且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運行的控制能力,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線

69、,這些很強的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果?！　?.在采用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過程中要考慮以下三個方面:　　(1)圖形,是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備?！　?2)數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性,比如水位、流量等?！　?3)連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。</p>

70、;<p>　　第三章 液位控制體統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在一般住宅或大樓頂端常設(shè)置水塔或水箱來提供足夠的水壓供用戶使用，令備地下水槽儲存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔進水使用。由于當前可編程控制器（PLC）技術(shù)已日趨成熟，因而考慮利用它實現(xiàn)水塔/水箱供水控制。</p><p>　　

71、1、水塔液位控制系統(tǒng)的概述</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)主要是以可編程序邏輯控制器PLC為核心，以STEP7-Micro/WIN軟件為開發(fā)平臺，以實驗臺上的各種設(shè)備（掛件）為對象使用梯形圖語言進行PLC控制程序的開發(fā)用來控制實驗臺上的各種設(shè)備。</p><p>　　組態(tài)王組態(tài)軟件用于生成和運行水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)工程文件。完成構(gòu)建的PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能。</p&g

72、t;<p>　　2、設(shè)計所用實驗設(shè)備</p><p>　　S21-1掛箱（S7-200可編程控制器）、S21-3掛箱（水塔水位控制）、S21-2掛箱（基本指令）、S21-4（產(chǎn)生模擬信號）、計算機、STEP 7 MicroWIN軟件、組態(tài)王軟件。</p><p>　　3、水塔液位控制體統(tǒng)</p><p>　　該系統(tǒng)的具體任務(wù)是組建水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)。水塔

73、系統(tǒng)如下圖所示：</p><p><b>　　系統(tǒng)控制電路</b></p><p>　　3.1 PLC控制程序（一）</p><p>　　3.1.1 閥、泵的自動控制</p><p>　　在自動控制狀態(tài)下，當水池水位低于水位下限時，閥Y打開，當水池水位高于水位上限時，閥Y關(guān)閉。當水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水

74、位下限時，泵M1運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水位上限時泵M1停止。</p><p>　　3.1.2 閥、泵的手動控制</p><p>　　在手動控制狀態(tài)下，由基本指令編程練習單元中的開關(guān)I0.1控制閥的打開與關(guān)閉，當開關(guān)閉合時閥打開，開關(guān)斷開時閥關(guān)閉。由I0.2控制泵的打開與關(guān)閉，當I0.2閉合時泵打開，當I0.2斷開時泵關(guān)閉。</p><p>　　3.1.3 控制

75、狀態(tài)的切換與顯示</p><p>　　由I0.0實現(xiàn)控制狀態(tài)的切換，當開關(guān)閉合時系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，當開關(guān)斷開時系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。由燈Q0.0實現(xiàn)控制狀態(tài)的顯示，燈亮表示系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，燈滅表示系統(tǒng)處于手動控制狀態(tài)。</p><p>　　3.1.4 組燈控制</p><p>　　由燈Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1構(gòu)成組燈，以組燈的不同

76、狀態(tài)表示水流不同狀態(tài)。具體說明如下：</p><p>　　當閥泵均處于關(guān)閉狀態(tài)時，組燈滅。</p><p>　　當閥處于打開狀態(tài)而泵處于關(guān)閉狀態(tài)時，組燈中Q1.1、Q1.0、Q0.7依次循環(huán)點亮，且當其中某一燈亮時，其前一燈滅。</p><p>　　當閥處于關(guān)閉狀態(tài)而泵處于打開狀態(tài)時，組燈中Q0.7、Q0.6、Q0.5依次循環(huán)點亮，且當其中某一燈亮時，其前一燈滅。&

77、lt;/p><p>　　當閥泵均處于打開狀態(tài)時，組燈中Q1.1、Q1.0、Q0.7、Q0.6、Q0.5依次循環(huán)點亮，且當其中某一燈亮時，其前一燈滅。</p><p>　　3.1.5 PLC輸入輸出端口分配及硬件接線</p><p>　　需要用到4個DI輸入端來連接水塔水位開關(guān)，2個輸出端來連接水泵及閥，還需要基本指令單元的3個開關(guān)，分別用來進行手自動切換，手動控制閥的

78、狀態(tài)及手動控制水泵。還需要Q0.0顯示控制狀態(tài)，組燈Q0.5—Q1.1表現(xiàn)泵及閥的狀態(tài)。</p><p>　　首先要給PLC供電，主機輸出端1L、2L、3L與主機的M相連，主機輸入端的1M、2M與主機電源L+相連。由于各實驗?zāi)K單元的信號接口均為低電平模式，因此將各實驗?zāi)K的L+與主機的L+相連，M與主機的M相連即可。</p><p>　　3.1.6 PLC控制程序</p>

79、<p>　　該任務(wù)較為簡單，采用PLC中的一些基本指令即可實現(xiàn)，要用到閥及水泵的自鎖來保證連續(xù)進水，還需要用到定時器來實現(xiàn)燈組的循環(huán)閃爍。</p><p>　　3.2 改進PLC控制程序（二）</p><p>　　3.1章節(jié)中PLC程序已經(jīng)能夠完成基本控制功能，此改進程序</p><p>　　3.2.1在PLC控制程序（一）的基礎(chǔ)上添加完成如下功能：&

80、lt;/p><p><b>　　1、液位信號的讀取</b></p><p>　　將S21-4掛箱中電壓輸出單元的輸出電壓Ug1與Ug2分別作為水池與水塔的液位信號，信號范圍為1~5VDC。并由PLC的模擬信號輸入輸出模塊讀取液位信號。</p><p>　　水池液位的變化范圍為0~4m，即液位信號Ug1對應(yīng)的測量范圍為0~4m。水塔液位的變化范圍為0

81、~2m，即液位信號Ug2對應(yīng)的測量范圍為0~2m。 </p><p>　　2、閥、泵的自動控制</p><p>　　在自動控制狀態(tài)下，當水池水位低于水位下限（1m）時，閥Y打開，當水池水位高于水位上限（3m）時，閥Y關(guān)閉。當水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水位下限（0.5m）時，泵M1運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水位上限（1.5m）時泵M1停止。</p><

82、p><b>　　3、水位報警</b></p><p>　　由基本指令編程練習單元中的燈Q0.1、Q0.2實現(xiàn)水位報警。</p><p>　　當水池水位低于0.5m時，Q0.1閃爍，當水池水位高于或等于0.5m時， Q0.1滅。</p><p>　　當水塔水位低于0.25m時，Q0.2閃，當水塔水位高于或等于0.25m時， Q0.2滅。&l

83、t;/p><p>　　3.2.2 PLC輸入輸出端口分配及硬件接線</p><p>　　在（一）的基礎(chǔ)上只需增加如下接線即可，Q0.1,Q0.2用來進行水池和水塔的低報顯示，Ug1和Ug2分別用來模擬水池和水塔的液位信號。A-，B-均接地。</p><p>　　為了消除干擾，可以將C+，C-短接，D+和D-短接。另外RA和RB不用接。RA通過一電阻與A- 相連，如若接

84、上，就相當于給Ug后加了一個電阻，會改變給定電壓值，但接不接本實驗的實驗結(jié)果沒影響。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化 D=(32107-6)*V/5+6;</p><p>　　計算一下，可以得下表 </p><p><b>　　(3)PLC程序</b></p><p>　　程序與（一）

85、很相似，只需在一的基礎(chǔ)上加以修改即可。</p><p>　　第四章 組態(tài)王組態(tài)程序</p><p>　　4.1組態(tài)程序應(yīng)實現(xiàn)的功能</p><p>　　1、系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示</p><p>　　能夠顯示系統(tǒng)的控制狀態(tài)、水池和水塔的液位、閥泵的開關(guān)狀態(tài)及水流狀態(tài)。</p><p><b>　　2、水位限值的設(shè)

86、置</b></p><p>　　使用戶能夠設(shè)置水池與水塔液位的上下限值，即能夠調(diào)整閥泵自動開關(guān)的條件。</p><p>　　3、歷史數(shù)據(jù)的記錄和查詢</p><p>　　能夠記錄一段時間內(nèi)系統(tǒng)的控制狀態(tài)、水池和水塔的液位、水池與水塔液位的上下限值以及閥泵的開關(guān)狀態(tài)。并能對歷史數(shù)據(jù)進行查詢。</p><p><b>　　4

87、、報警功能</b></p><p>　　當水池液位低于0.5m時，水池液位下下限報警。</p><p>　　當水池液位高于3.5m時，水池液位上上限報警。</p><p>　　當水塔液位低于0.25m時，水塔液位下下限報警。</p><p>　　當水塔液位高于1.75m時，水塔液位上上限報警。</p><p&g

88、t;<b>　　5、操作權(quán)限的區(qū)分</b></p><p>　　設(shè)置兩個用戶組分別為工程師組和操作工組。創(chuàng)建分屬于不同用戶組的用戶，兩組用戶均具有登錄系統(tǒng)權(quán)限，但僅工程師組用戶具有設(shè)置水位上下限值的權(quán)限。</p><p><b>　　6、工程文件的保護</b></p><p>　　對組態(tài)工程文件設(shè)置密碼保護。</p&

89、gt;<p>　?。ǘ┙M態(tài)程序與PLC程序的連接</p><p>　　1、在組態(tài)程序中作相應(yīng)設(shè)置以建立數(shù)據(jù)連接通道。</p><p>　　2、必要時修改PLC程序以配合組態(tài)程序中的相關(guān)設(shè)置，完成數(shù)據(jù)讀寫操作。</p><p>　?。ㄈ┙M態(tài)王組態(tài)程序</p><p>　　組態(tài)王共有5個窗口，主控窗口，設(shè)備窗口，用戶窗口，實時數(shù)

90、據(jù)庫，運行策略。</p><p><b>　　(1)工程分析</b></p><p>　　對本實踐進行分析及對要求進行理解，可以得到以下信息：</p><p>　　兩個用戶窗口，一個用來顯示水塔水位控制的工程畫面，窗口命名為水位控制，一個用來進行數(shù)據(jù)顯示，定義為實時數(shù)據(jù)顯示。</p><p>　　四個主菜單，一個為實時數(shù)

91、據(jù)顯示，一個報警數(shù)據(jù)，一個歷史數(shù)據(jù)，一個系統(tǒng)管理。</p><p>　　在系統(tǒng)管理里面又有登錄用戶，密碼修改及退出登錄子菜單。</p><p>　　五個策略：啟動策略，退出策略，循環(huán)策略，報警數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)策略。循環(huán)策略用來進行報警限值的修改，報警策略用來瀏覽存盤報警數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)用來瀏覽存盤歷 史數(shù)據(jù)，以便在組態(tài)工程里面顯示。</p><p>　　實時數(shù)據(jù)庫里需

92、要定義的數(shù)據(jù)對象有：水池液位，水塔液位，水泵，手自動，閥，水池液位上上限，水池液位下下限，水池液位上限，水池液位下限，水塔液位上限，水塔液位下限，及一個液位組。</p><p><b>　　(2)組態(tài)過程</b></p><p>　　1．建立工程 建立名為水塔水位控制的工程。</p><p><b>　　2.定義數(shù)據(jù)對象<

93、/b></p><p>　　在實時數(shù)據(jù)庫窗口，定義如下變量，相關(guān)設(shè)置如下。另外根據(jù)題目要求，要給水池液位定義上上限和下下限報警，可以在屬性里的報警屬性里進行設(shè)置，允許進行報警處理。水池液位上上限報警為3.5，下下限為0.5，水塔液位上上限報警值為1.75，下下限為0.25。為了方便后續(xù)工作，給水池液位上限，下限分別賦初3，1。水塔液位上限，下限分別賦初值1.5，0.5。水池液位上上限，下下限 的設(shè)置是為了可

94、以隨時修改報警限。</p><p>　　定義一個液位組，設(shè)置其存盤屬性為永久存盤，存盤周期為0.5S。這是為了查看歷史數(shù)據(jù)而設(shè)置的。組對象成員添加如上圖。</p><p><b>　　3.畫面組態(tài)</b></p><p>　　根據(jù)S21-2掛箱上的水塔水位控制系統(tǒng)進行畫面的制作，需要一個水塔，一個水泵，一個水池，一個閥，四個報警指示燈（水池，水

95、塔液位高低報警），這些均可以從對象元件庫中添加，保證符合實際且美觀即可。一些字體從工具箱中的標簽進行添加即可，還可以設(shè)置有無底色，有無邊線，字體顏色，字體大小等。整體畫面如下：</p><p><b>　　4．動畫鏈接：</b></p><p>　　水池（水塔）的動態(tài)鏈接，動畫位置連接里選擇大小變化，然后在大小變化里設(shè)置表達式為液位1（液位2），大小變化連接最小變化百

96、分比為0，表達式的值為0;最大變化百分比為100,表達式的值為4(2),這樣當液位變化時，組態(tài)畫面上的水池（水塔）液位即可隨之變化了。</p><p>　　水泵及閥的動態(tài)鏈接：以閥為例， 方法是雙擊水泵，彈出單元屬性設(shè)置窗口。選擇數(shù)據(jù)對象中的按鈕輸入，選擇數(shù)據(jù)對象連接為閥。</p><p>　　在動畫連接的屬性設(shè)置里面選擇填充顏色，表達式設(shè)為進水閥，選擇不同的填充顏色，即可在閥開閉時顯示不

97、同的顏色。同理可見度的設(shè)置也一樣，當手動時，閥的圖符可見，自動時不可見。</p><p>　　管道內(nèi)的水流效果以進水閥右邊的流動快為例，在基本屬性里面設(shè)置流動塊的顏色為藍色，流動方向為從右（下）左（上），流動速度為中。然后再設(shè)置流動屬性表達式為進水閥。最終效果為當進水閥送水時，該流動塊即開始流動。</p><p>　　手自動狀態(tài)的顯示開關(guān)，這個可以從工具箱中的動畫按鈕添加，表達式為手自動，

98、手動式動畫按鈕為一種狀態(tài)，自動時又為另一種狀態(tài)。</p><p><b>　　5．設(shè)備連接</b></p><p>　　在設(shè)備窗口里選擇設(shè)備組態(tài)，在設(shè)備管理通用設(shè)備里選擇串口通訊父設(shè)備，再選擇PLC設(shè)備里西門子S7-200PPI即可。</p><p>　　由于我所用的端口為COM1，需要在設(shè)備0屬性設(shè)置里面改過來，在設(shè)備1基本屬性內(nèi)部屬性里添加

99、Q0.0，0.3，0.4，以及DF0-20，相對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象如下圖，這樣就可以將PLC與組態(tài)王組態(tài)軟件聯(lián)系起來了。</p><p>　　6.報警循環(huán)策略設(shè)置</p><p>　　在循環(huán)策略腳本程序中加了如下程序</p><p>　　IF 手自動=1 THEN</p><p>　　IF 液位1<液位1下限 THEN</p>

100、<p><b>　　進水閥=1</b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 液位1>液位1上限 THEN </p><p><b>　　進水閥=0</b></p><p><b>　　ENDIF</b&g

101、t;</p><p><b>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 手自動=1 THEN</p><p>　　IF 液位2<液位2下限 AND 液位1>液位1下限 THEN </p><p><b>　　水泵=1</b></p><p><b

102、>　　ENDIF</b></p><p>　　IF 液位2>液位2上限 THEN</p><p><b>　　水泵=0</b></p><p><b>　　ENDIF </b></p><p><b>　　ENDIF</b></p><

103、;p>　　!SetAlmValue(液位1,液位1上上限,4 )</p><p>　　!SetAlmValue(液位1,液位1下下限,1 )</p><p>　　!SetAlmValue(液位2,液位2上上限,4 )</p><p>　　!SetAlmValue(液位2,液位2下下限,1 )</p><p>　　報警數(shù)據(jù)可以從報警信息瀏

104、覽里獲得，在運行策略里添加報警策略，再添加策略行</p><p>　　在菜單組態(tài)中添加報警數(shù)據(jù)菜單，并執(zhí)行報警策略，這樣在運行環(huán)境下我們就可以查看報警數(shù)據(jù)了。</p><p><b>　　7.數(shù)據(jù)顯示功能</b></p><p>　　在用戶窗口里新建一個窗口，定義為數(shù)據(jù)顯示窗口，其功能是用來顯示實時數(shù)據(jù)，在窗口組態(tài)環(huán)境中加入一個數(shù)據(jù)表格如下，并

105、給表格連接上相應(yīng)數(shù)據(jù)即可實時觀測各個數(shù)據(jù)。</p><p>　　歷史數(shù)據(jù)顯示采用的方法是在運行策略中添加了歷史數(shù)據(jù)策略，并添加如下策略行，存盤數(shù)據(jù)瀏覽數(shù)據(jù)來源為液位組，顯示為所有存盤數(shù)據(jù)。然后在菜單組態(tài)中添加菜單歷史數(shù)據(jù)，并讓其運行歷史數(shù)據(jù)策略即可以在運行環(huán)境下看到歷史數(shù)據(jù)了。</p><p><b>　　8.操作權(quán)限區(qū)分</b></p><p&g

106、t;　　系統(tǒng)權(quán)限管理：進入主控窗口，在系統(tǒng)屬性里設(shè)置系統(tǒng)運行權(quán)限為許可工程師組和操作員組可以進入此系統(tǒng)，并設(shè)置為進入登陸，退出不登錄。</p><p>　　操作權(quán)限設(shè)置：進入用戶窗口，在水池液位上限，下限，水塔液位上限，下限權(quán)限設(shè)置為工程師組。</p><p>　　經(jīng)過以上處理，工程師組和操作員組均可以登錄系統(tǒng)，但只有工程師組的用戶才可以修改上下限值。此外還可以設(shè)置工程文件的密碼保護。&l

107、t;/p><p><b>　　9.PLC程序</b></p><p>　　由于原PLC程序與現(xiàn)在的系統(tǒng)不適應(yīng)，所以應(yīng)做相應(yīng)修改。</p><p>　　以下幾行程序是為了將AIW0.2里的數(shù)字轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的水池或水塔液位而用的。AIW0里的數(shù)據(jù)為16位的，要想將其轉(zhuǎn)化為浮點實數(shù)，需要先轉(zhuǎn)化為32位的，再轉(zhuǎn)化為R的，然后進行運算即可。由于液位對應(yīng)的電壓為

108、1—5V，所以中間加了一句判斷，當轉(zhuǎn)化成的電壓大于1V時，才將其轉(zhuǎn)化為液位，否則我們調(diào)電壓時可能會出現(xiàn)負值。</p><p>　　VD0即為轉(zhuǎn)化后的水池液位，VD4為轉(zhuǎn)化后的水塔液位</p><p>　　VD8-VD20里放的是上下限，判斷閥和泵的狀態(tài)而使用的。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>

109、;　　在從畢業(yè)設(shè)計選題到現(xiàn)在的時間里，一直得到指導(dǎo)老師xx老師悉心教導(dǎo)和諄諄教導(dǎo)。在項目過程當中，xx老師給我們提供了很好的資料以及他本人的一些很好的建議，才使得我們的研究論文得以順利完成，值此論文在完成之際，我要衷心的感謝xx老師無微不至的關(guān)懷。</p><p>　　在論文編寫過程中，徐焱均同學給予了我大力的支持和幫助。值此機會，我深深的感謝我的好友。</p><p>　　在項目過程中，

110、我們還得到了xx等同學的支持和幫助，在此，我深深的感謝他們！同時向所有關(guān)心、鼓勵和支持我們的各位老師和同學表示感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]韓思亮,湯建新,馬皓. PLC遠程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]工業(yè)儀表與自動化裝置, 2005,(01)</p><p>　　[2] 常宏杰,崔乃忠.

111、 PLC及TD200文本顯示器在供水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]電氣傳動自動化, 2003,(04) . </p><p>　　[4] 葉德云. PLC仿真技術(shù)的應(yīng)用[J]廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院學報, 2003,(01) . </p><p>　　[5] 張西虎. 利用變頻器內(nèi)置PID實現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)[J]工業(yè)控制計算機, 2001,(03) . </p><p>