1、 电路计算机辅助设计班 级： 测控 1142 姓 名： 车军贤 学 号： 22 指导教师： 张立新 冯璐 于静撰写日期： 2013 年 11 月 22 日 摘要3MCGS 水位控制系统设计与制作摘要：在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用 PLC 进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用 MCGS 组态软件对接收到的信号进行数据处理，
2、完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显要示，使水位保持在适当的位置。关键词：水位控制、MCGS、PLC目录3目录第一章 引言 3第二章 水位控制系统设计 51.1 设计任务和目的 51.2 监控系统分析和总体设计 5第三章 运用 MCGS 实现系统动画 63.1 实时数据库组态 63.2 虚拟对象组态设计 63.3 窗口界面组态 73.3.1 用户窗口设计 .73.3.2 定义数据对象 .73.4 运行策略组态 93.5 控制策略组态设计 103.5.1 控制要求 .103.5.2 脚本程序编辑 .103.6 历史报表与实时报表数据 113.7 实时和历史报警记录报表设计
3、 123.8 系统菜单组态 13第四章 总结 14参考文献 15附录 16第一章 引言3第一章 引言在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。但是，在一般的情况下，往往需要测量的水箱或水塔和控制室都有相当长的距离，常常需要架设在上百米或者上千米的输电和控制线路，很显然上述性的工作如果是人工完成的话无论从时间和资金上都将造成很大的浪费。给测量和控制带来了一定的麻烦和不便，同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统。 所以设计一种利用 PLC 的无线自动测量控制系统来控制水位是十分必要的，既不用架设电缆，而且可以实现水位的连续测量和控制，非常的
4、方便和实用，而且节省人力和物力。本课题研究的内容是“智能水位控制系统”。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本实验采用 PLC 和集成电路进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。本论文以传感器为基础，在此基础上介绍水泵控制电路。也包括了完整的控制电路和详细的原理说明；介绍了传感器的结构和工作
5、原理以应用为目的。对水泵进行自动化控制的目的是当水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度时，能够及时的补充，以保证工程人员的生活用水和机械设备用水，水泵控制通常采用限位式控制方式（如压力、水位高限和低限），常用的控制器有晶体管式、电接点压力表式以及球型液位控制器等。水位传感器是一种能把非电输入信息转换成电信号输出的器件或装置。它具有灵敏度高，可靠性好，利于安装，误差小，并且具有低成本，适用性强等特点受到极大的欢迎。其次就是分析部分，如何在检测信息到来之后做到合理的分析并作到信息的反馈对水位做出合理的处理。以下是以工控 PC 机为主控上位机，利用人机接口的智能软件包-MCGS 组态软件在 PC
6、机上建立工控的对象，完成对 PLC(下位机)的控制，第一章 引言4实现水位上限（250L）和下限（50L）的报警及自动控制，不仅可以以最少的人员配备对远程监控的管理，提供较为直观、清晰、准确的现场状态信息，进而整体提高远程监控系统的运行速度。本文介绍了 MCGS 主要特点、组态过程和 PLC 混合编程在实时监控中的应用。以典型水位控制系统为例，利用 MCGS 模拟水位和流量测算过程，开发一个水位控制远程监控系统。第二章 水位控制系统设计5第二章 水位控制系统设计1.1 设计任务和目的（1）完成水位控制系统的画面制作，实现动画控制效果。（2）了解常用工控组态软件的主要特点及应用。（3）掌握工控组
7、态软件MCGS主要特点及应用。（4）重点掌握MCGS的画面组态、动画显示、流程控制等解决实际工程问题的方案和操作方法。1.2 监控系统分析和总体设计（1）工程的框架结构 本工程定义的名称为“水位控制系统”，由五大窗口组成。总共建立了两个用户窗口，四个主菜单，分别作为水位控制、报警线时间、曲线显示、数据显示，构成了本工程的基本骨架。（2）输入、输出设备的变量分析 对本工程变量分析如下：1）水泵的起停：开关量输出。2）调节阀的开启关闭：开关量输出。3）出水阀的开启关闭：开关量输出。4）水罐1、2液位指示：模拟量输入。第三章 运用MCGS实现系统动画6第三章 运用MCGS实现系统动画3.1 实时数据
8、库组态据此产生本工程中与动画和设备控制相关的变量名称见图3-1 图 3-1 工程中与动画和设备控制相关的变量名称3.2 虚拟对象组态设计对象元件库管理 单击“工具”菜单，选中“对象元件库管理”或单击工具条中的工具箱按钮，则打开动画工具箱，工具箱中的图标 用于从对象元件库中读取存盘的图形对象；图标 用于把当前用户窗口中选中的图形对象存入对象元件库中。如图3-2所示图3-2 对象元件库管理第三章 运用MCGS实现系统动画7从图3-2 所示“对象元件库管理”中的“储藏罐”中选取中意的罐，按“确定”按钮，则所选中的罐出现在桌面的左上角，可以改变其大小及位置，如“罐17”、“罐53”。同理，从上图3-2
9、所示“对象元件库管理”中的“阀”和“泵”中分别选取2个阀（阀44、阀58）、1个泵（泵40）。3.3 窗口界面组态3.3.1 用户窗口设计 选中“窗口0”，单击“窗口属性”，将“窗口名称”改为“水位控制”；将“窗口标题”改为“水位控制”。选中“水位控制”，单击“动画组态”。选择菜单项“文件”中的“保存窗口”,如图3-3、3-4所示。图3-3 MCGS工作台 图-34 用户窗口属性设置3.3.2 定义数据对象用鼠标单击MCGS组态平台中的“实时数据库”，进入实时数据库窗口页。按“新增对象”按钮，则在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象，多次按此按钮，则增加多个数据对象，系统缺省定义的名称为“D
10、ata1”、“Data2”、“Data3”等。选中数据对象，按“对象属性”按第三章 运用MCGS实现系统动画8钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口，如图3-5所示。指定名称类型：在窗口的数据对象列表中，用户将系统定义的缺省名称改为用户定义的名称，并指定类型，在注释栏中输入变量注释文字。本系统中要定义的数据对象，以“液位1”变量为例。在“基本属性”中，将“对象名称”设为“液位1”；将“对象类型”设为“数值”；其他不变，如图3-6 所示液位组变量属性设置：在“基本属性”中，将“对象名称”设为“液位组”；将“对象类型”设为“组对象”；其他不变，在“存盘属性”中，将“数据对象值的存盘”
11、设为“定时存盘”，“存盘周期”设为5秒，在“组对象成员”中选择“液位1”，“液位2”，如图3-8、图3-9所示。对于水泵、调节阀、出水阀三个开关型变量，属性设置只要把“对象名称”分别改为：水泵、调节阀、出水阀；“对象类型”选中“开关”，其他属性不变。如图3-10所示。图3-5 数据基本属性设置 图3-6 数据组对象成员设置第三章 运用MCGS实现系统动画9图3-7 数据存盘属性设置 图3-8 液位2属性设置图3-9 液位1属性设置 3-10 水泵属性设置3.4 运行策略组态性设置 在运行策略窗口，双击“循环策略”，双击 图标进入“策略属性设置”窗口，如图所示。只需要把“循环时间”设为“200”
12、ms，在策略组态中，单击工具条中的新增策略行图标 就可以增加新的策略行，如图3-11 所示。 图3-11 工具条新增策略行就完成了一个按照时间循环运行脚本程序的控制策略，如图3-12所示。图3-12 策略工具箱脚本程序第三章 运用MCGS实现系统动画103.5 控制策略组态设计3.5.1 控制要求当“水罐1”的液位达到9m时，就要把“水泵 ”关闭，否则就要自动启动“水泵”；当“水罐2”的液位不足1m时，就要自动关闭 “出水阀”，否则自动开启“出水阀”；当“水罐1”的液位大于1m ，同时“水罐2”的液位小于6m就要自动开启“调节阀”，否则自动关闭 “调节阀”。3.5.2 脚本程序编辑双击图标 进
13、入脚本程序编辑环境，如下图所示。脚本程序编辑环境中使用右下角键盘输入如下控制程序，最终结果如图3-13所示。图3-13 脚本程序编辑IF 液位 1 1 and 液位 26 THEN 调节阀=1ELSE调节阀=0ENDIF脚本程序编写，按“确定”退出，这时再进入运行环境，就会按照所需要的控制流程，出现相应的动画效果。3.6 历史报表与实时报表数据在工程应用中，大多数监控系统需要对数据采集设备采集的数据进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表，所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：实时数据报表、历史数据报表（班报表、日报表、月报表等） 。数据报表在
14、工控系统中是必不可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个工控系统的最终结果输出；数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。如图 3-14 所示。图 3-14 系统设备的数据第三章 运用MCGS实现系统动画123.7 实时和历史报警记录报表设计本工程中需设置报警的数据对象包括：液位 1、液位 2.定义报警的具体操作如下：1）进入实时数据库，双击数据对象“液位 1”。2）选中“报警属性”标签。 3）选中“允许进行报警处理”，报警设置域被激活；4）选中报警设置域中的“下限报警”，报警值设为：2；报警注释输入：“水罐 1 没水了！”。5）选中“上限报警”，
15、报警值设为：9；报警注释输入：“水罐 1 的水已达上限值！”。6）单击“存盘属性”标签，选中报警数据的存盘域中的“自动保存产生的报警信息”。7) 按“确认”按钮，“液位 1”报警设置完毕。8) 同理设置“液位 2”的报警属性。需要改动的设置为:“下限报警”的报警值设为：1.5；报警注释输入：“水罐 2 没水了！”；“上限报警“的报警值设为：4；报警注释输入：“水罐 2 的水已达上限值！”。如图 3-15.图 3-16.图 3-17 所示图 3-15 策略属性设置 图 3-16 单元属性设置第三章 运用MCGS实现系统动画13图 3-17 报警显示构件属性设置3.8 系统菜单组态在 MCGS 组
16、态平台上，单击“主控窗口”，在“主控窗口”中，单击“菜单组态”，在工具条中单击“新增菜单项”图标 ，会产生“操作0”菜单。双击“操作 0”菜单，弹出“菜单属性设置”窗口。如图 3-18所示。图3-18 菜单属性设置按“F5”进入运行环境后，单击“菜单名“中的“数据显示”会打开“数据显示”窗口，实时数据显示正确。第四章 总结14第四章 总结采用 MCGS 开发水箱水位控制系统，是模拟现代工业生产过程中对液位进行测量、控制，观察其变化特性，研究过程控制规律的试验系统，具有过程控制的动态过程一般特点(大惯量、大延时、非线性)。经过长期实验， 运行稳定，数据采集准确可靠，为理论分析过程控制实验的实现奠
17、定了基础。本论文以传感器为基础，在此基础上介绍水泵控制电路。也包括了完整的控制电路和详细的原理说明；介绍了传感器的结构和工作原理以应用为目的。对水泵进行自动化控制的目的是当水池（水箱、水塔、水井）水位低于一定限度时，能够及时的补充，以保证工程人员的生活用水和机械设备用水，水泵控制通常采用限位式控制方式（如压力、水位高限和低限），常用的控制器有晶体管式、电接点压力表式以及球型液位控制器等。本文通过利用 MCGS 组态软件和 PLC 相结合，自动控制水箱水位高低。在控制方面，首先考虑到的是 PLC 的特殊性能，不仅能够起到设计时所要求的性能，而且具有稳定性好，灵敏度高等特点，对水位控制可灵活控制。
18、在数据显示方面，利用了北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的MCGS 组态软件，在液位实时显示方面起到直观的表现，而且在水位报警，实时报表，报警历史曲线以及用户设置方面可灵活设置。通过将 PLC 与组态软件的相结合，不仅在控制端能精确控制，而且在显示端也可实时显示液位信息。通过这次课程设计，我了解到组态软件给自动工业控制带来的便利之处和控制的准确性。MCGS 是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，充分利用了 Windows 图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。在以后的学习中我应该学会更好的利用 MC
19、GS 组态软件，为设计控制系统服务。参考文献15参考文献1胡寿松.自动控制原理 科学出版社 2001.2 2金以慧.过程控制清华大学出版社 2003.6 3林新春.智能变频供水控制系统设计及应用.新疆有色金属,2005.4 4张伯龙主编.可编程逻辑控制器实用教程： PLC 起步与进阶 . 北京:国防工业出版社, 2008. 65张敦寿.从杭州地区供水问题谈城镇供水体系的合理布局J;浙江建筑;1994 年 S1期6包建华.丁启胜.工控组态软件MCGS及其应用M.工矿自动化,20077MCGS用户指南Z.北京:北京昆仑通态自动化软件科技有限公司, 20038李广弟,朱月秀,王秀山编著.单片机基础. 北京:北京航空航天大学出版社,20019何立民编著.MCS-51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1999附录16附录水位控制系统演示工程
