plc课程设计模板

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1、.可编程技术课程设计（20152016学年第二学期）基于PLC的液位控制系统姓 名：张某某 学 号： 专 业： 指导老师： 赵运基 成绩评定： 2016年 5 月 3 日目录1 绪论11.1 引言11.2 课题研究的目的和意义11.3 课题液位控制系统的介绍21.3.1 课题的设计思路21.3.2 课题主要完成的工作32 基于PLC的液位控制系统的总体方案设计42.1 液位控制系统的流程42.2 液位控制系统的主要功能53 液位控制系统的硬件方案与设计63.1 上位机硬件与电气控制系统的设计63.2 PLC的选型及模块配置63.3 系统的硬件结构图73.4 下位机PLC的选型及附件的选取84

2、液位控制系统的软件设计114.1 上位机监控系统的设计114.1.1 组态软件组态王的简介114.1.2监控程序的设计步骤124.1.3监控系统的组成124.2 下位机程序设计154.2.1 PLC的程序设计154.2.2 PLC控制编程174.3 本章小结185 样机试制及实验分析195.1 样机试制195.2 调试分析195.3 本章小结20致谢21参考文献22附录23附录1：实物拍摄图23附录2：PLC串口通讯程序24附录3：组态王组态画面25摘要液位控制系统是工业生产和日常生活中必不可少的关键环节。它是在固定的容器中通过保持溶液位置在某一特定的范围内上下波动的闭环系统，有了人工设置液位

3、的特定的范围，能够保证后续的生产、生活处在低风险的环境下。液位自动控制系统经历了久远的发展历史，随着工厂企业规模的不断扩大和发展，人们生活质量的不断提高的需求，信息技术和自动控制技术的不断发展，相比于以前的人工看守、机械报警观察等方法，新一代的液位控制系统必将朝着信息化和智能化的方向快速发展。本文主要研究了一种通过可编程控制器Programmable Logic Controller（以下简称PLC）和系统组态软件组态王相结合的自动液位控制系统的设计首先对自动液位控制系统的发展现状，应用前景进行了论述，在传统液位控制系统的基础上，提出了系统的总体设计方案和基本组成结构，并对系统的相关设备，如液

4、体流量计的计算和控制原理，技术参数等进行了介绍。 然后，论文给出了液位控制系统电气控制部分的主要组成及采用PLC实现与上位机进行数据通讯，并将在上位机界面实时的显示液位，并且控制液位的流程。 最后，论文阐述了系统如何采用工控组态软件实现现场数据实时记录和监控，设计了配比系统的工艺流程、报表管理、设备监控、状态显示、故障显示及报警等功能界面，并详细介绍了每个界面的功能和使用方法，使现场的运行状况、运行数据都可以在中央控制室中掌握，并且可以通过人机界面来实现参数设置、状态控制的下达等功能。关键字：组态王；PLC；自动液位控制Abstract(这部分内容可以不要)Level control syst

5、em is in industrial production and daily life in the essential key. It is in a fixed position of the vessel by maintaining the solution in a closed-loop system fluctuate within a certain range, with manually set a specific range of liquid level, to ensure that the next follow-up of production and li

6、ving in a low-risk environment. Liquid level control system has experienced a long history of development, with the constant expansion of factories and enterprises and development, and constantly develop and continuously improve the quality of life needs of people, information technology and automat

7、ion technology, compared to the previous manual guards, mechanical alarm observation method, a new generation of liquid level control system will towards information technology and the rapid development of intelligent direction.This paper studies the design of a Programmable Logic Controller (PLC) a

8、nd system configuration software configuration Xiang combination of automatic level control systemFirst, the status of the development of automatic level control system, applications were discussed, based on the traditional level control system based on the proposed design of the overall system and

9、the basic structures, systems and related equipment, such as liquid flowmeter calculation and control principle, technical parameters were introduced.Then, the paper gives a level control system electrical control of major components and the use of PLC and PC to achieve data communications, and real

10、-time display of the level in the PC interface, and control the level of flow.Finally, the paper describes how the system uses control configuration software for field data in real-time recording and monitoring, the process was designed matching system, report management, equipment monitoring, statu

11、s display, fault display and alarm function interface, and details function and use of each interface to make the health field, operating data can be controlled by the central control room, and the man-machine interface can be implemented by parameter settings, state-controlled release and other fun

12、ctions.Keywords: Kingview PLC automatic level control1 绪论1.1 引言在工业生产中，电流、电压、温度、压力、液位、流量、和开关量等都是常用的主要被控参数，这其中，液位控制越来越重要。在社会经济飞速发展的今天，液位在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。例如小区单元楼的供水系统，如果液位控制比较低，则会出现经常断水的问题，给日常生活的我们带来不便；而如果液位控制比较高，则有储水箱或者供水水管爆裂的重大事故出现。因此液位工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的用量、平稳的液压、实时的数据观察、未来的液位

13、走势趋势是对液位控制系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活液位控制系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，并且需要留有专业的压力表或者液位观察窗。对于传统的液位储箱来说，由于所储备液体的酸碱度不同，会导致控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。可编程控制器Programmable Logic Controller（以下简称PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前液位控制的大多数方式被PLC控制取代。在科学技术日新月异的发展，国外先进技术的影响，工业自动化水平的不断提高的背景下，如何建立一个基于PL

14、C控制的且可靠安全、又易于维护的液位控制系统是值得我们研究的课题。1.2 课题研究的目的和意义近年来，计算机技术的飞速发展，对液位控制系统进行技术方面改进已经成为必然的趋势，提出了通过数据采集、自动控制、远程监视、报警、运行管理、变频调速等多方面的技术改进方法。在生产任务繁重的时候，要求系统能够加快生产速度，集中控制电机的启动、浏览生产工业流程图、作出事故报警响应、调节电机运行速度等功能，实现所需功能的集中控制，这就要求系统可以实现远程控制功能，并且实时对现场设备进行监控。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC（Personal Computer以下简称PC）机上可开发出友好的人

15、机界面，恰恰能满足这一要求。 通过多方面的研究，结合现代先进的控制技术，可采用 PLC 控制技术、调速技术、组态软件监控技术，等来对液位控制系统进行设计，形成自动液位控制系统，应用液位控制系统不仅能够提高控制的精度，相较于以往的人工控制，节省了人力物力，大大提高了人力的利用效率；相较于古老的液位机械式传感器，在一定程度上，提高控制精度，降低了事故发生的风险。1.3 课题液位控制系统的介绍液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内介质进行液位控制，使之高精度的保持在给定的数值。液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其

16、达到所要求的控制精度。液体液位的自动控制，是近年来新开发的一项新技术，是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物。1.3.1 课题的设计思路本文选择一水箱的液位控制系统为设计对象，涉及到对液位的动态控制，实时处理液位高度，液位流量计的计量、通讯及处理，液位高度的直观表达，液位报警，水泵的工作情况等，对水箱液位控制系统的分析如下：上位机液位监测系统232IF串口通讯三菱FX2nPLC 水泵将系统分为三部分，其整体结构如图1-1所示，分为上位机，下位机，串口通讯。图1-1 液位控制系统结构示意图上位机作为远程PC的监控系统，需要满足能够实时的显示出水泵的工作状态、液位的实时高度、能够

17、随时控制下位机的启动与停止、直观的显示出液位的实时趋势、直观的显示出液位的历史趋势、保存历史数据并打印、液位过低或过高及时报警并保存报警记录。下位机在没有上位机信号干扰的时候作为一个一阶闭环惯性系统，由可编程控制器自动处理液位高度，并将液位流量记录与数据存储器内部，方便与上位机进行数据通讯。串口通讯需要满足上位机对下位机数据寄存器内部的数据读取，并将数据处理后的意见实时发送给下位机，从而控制下位机的工作情况。1.3.2 课题主要完成的工作首先，对自动液位控制系统的发展现状，应用前景进行了论述，在对传统的配料系统进行研究的基础上，提出了自动液位控制系统的总体结构设计方案和基本组成，并对系统硬件、

18、性能、控制原理，技术参数等以及系统的其它相关设备进行了介绍。其次，给出了自动液位控制系统电气控制部分的主要组成及采用PLC 实现液位闭环系统的自动控制的方法，在此基础上，根据自动液位控制系统的要求对PLC 系统进行选型，硬件配置、软件设计等，从而使该配料系统可以按要求自动完成注入溶液、溶液保持、排出溶液全过程，并给出了液位控制系统各部分的控制流程。再次，通过组态王组态软件的应用，开发了配料过程监控系统，阐述了系统如何采用组态王实现现场数据实时记录和监控，设计了系统的生产工艺界面、报表、设备状态监控、参数设置、故障显示及报警等功能界面，使用户在控制室就可以通过人机界面来设置系统参数、启动和停止电

19、机，参数显示等，完成了系统的远程控制。最后，通过对液位控制系统的分析，总共实现以下两种工作状态：第一，通过上位机的手动远程控制，可以实现远程实时人工控制下位机的运行与停止；第二，在没有上位机信号干扰的时候，把下位机本身作为一个闭环系统对待，即通过预设液位的高度，下位机能自主的控制水泵的工作状态，并且将液位控制在预设范围内。2 基于PLC的液位控制系统的总体方案设计2.1 液位控制系统的流程开始自动或手动控制？预设液位高度向PLC传输指令PLC运行指令数据通讯传输脉冲数和水泵工作情况是否停止结束自动手动是否开始运行达到预设高度图2-1 液位控制系统流程图2.2 液位控制系统的主要功能论文所介绍的

20、自动液位控制系统要求下位机单独为一个闭合回路系统，其主要任务是通过系统设定的液位浮动范围来自动的控制水泵的工作状态，而对于整个液位控制系统而言，是一个半闭合的回路系统，即在上位机不干涉的情况下，下位机能稳定的运行；在上位机有特殊需求或者改变设定的液位范围的时候，下位机能随时相应并保持这种运行状态到下一次改变。液体配料控制系统设计与开发，主要包括以下功能：(1)液位系统的自动控制，手动控制功能自动控制方式由操作人员在键盘输入需要设定的液位浮动范围，系统自动完成液位控制。手动控制方式由操作人员直接在上位机或下位机上控制左右水泵的流量，操作者自己控制液位。 (2)设备运行故障状态报警和报警记录查询监

21、控软件监测各执行机构运行状态， 能够对各种故障进行应急处理并报警提示，从而快速排除故障。同时系统灵活多变的控制方式也给故障处理提供了方便。各种电机故障等信息进行应急处理并提示(3)全过程系统运行状态监控显示功能由显示器动态显示各执行机构运行状态。主要对左、右水泵和排出水泵的工作状态进行监视，并显示其功能，可及时发现问题，及时处理。(4)生产管理以及报表打印该功能用于对生产进行管理(如配方管理等)，以及报表打印功能。系统可以存储配比，并根据配方进行全自动配料。系统支持报表生成。在查询出相应数据后，可生成Excel报表。如需要打印，可在Excel中调出相应文件进行打印。3 液位控制系统的硬件方案与

22、设计3.1 上位机硬件与电气控制系统的设计上位机选择的是工业控制机，因其具有可靠性高，实时性好，扩充性好，软硬件兼容性好，系统监测和自复位的特点。工业控制机具有在粉尘、烟雾、高低温，潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTR (Mean Tune to Repair)一般为5min，连续工作10万小时以上，而普通PC的连续工作仅为1000015000小时。工业控制机对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节，(看门狗功能是普通PC所不具有的)遇险自复位，保证系统的正常运行。工控机由于采用底板+CPU卡结构，因而具有很强的输入输出功能。最多可扩

23、充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如车道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。能同时利用ISA与PCI及PICMG资源，并支持各种操作系统，多种编程语言，多任务操作系统，充分利用商用PC所积累的软、硬件资源。如今，看门狗电路已成为工业PC设计不可缺少的一部分。它能在系统出现故障时迅速报警，并在无人干预的情况下，使系统自动恢复运行。模拟系统的工业控制机选择的是：ACER-4572G系列的PC机器，内存为4G，硬盘为500G，选择的显示器是19寸彩色显示器，可清晰地显示各种图形和文字，可对系统的操作和监控等进行显示。操作系统为WINDOWS7。工业控制机由外接电源供电，保

24、证报表数据的完整记录。工业控制机外接打印机，可供打印报表使用。3.2 PLC的选型及模块配置可编程控制器随着科学技术日新月异的发展，可编程控制器的功能不断扩展和完善，其功能远远超出了原有的逻辑控制，顺序控制的范围，还具备了进行模拟量控制，过程控制以及远程通讯等强大的功能。PLC 技术发展到今天，在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络等方面的能力都已经有了大幅度的提高，渐渐成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越重要的作用。其主要特点有： 高可靠性，抗干扰能力强 、配套齐全，功能完善，适用性强 、易学易用，深受工程技术人员欢迎 、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 、体积

25、小，重量轻，能耗低等特点。在现代集成电路技术的支持下，PLC 体积越来越小，重量也越来越轻，功耗也越来越低。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。由于以上PLC的工作原理以及特点，并且考虑到模拟系统的成本问题，这次的PLC选择三菱公司的FX2N系列的PLC，并且外接的通讯扩展模块为232IF。三菱公司的PLC可以由上位机组态王直接从寄存器中读取数据，扩展模块的安装是为了验证通讯的可靠性。3.3 系统的硬件结构图系统的硬件部分分为两块：一是对整个下位机系统能否合理运行进行的检测部分，这一部分通过运用三菱FX2N型号的PLC的扩展串口通讯模块232IF来实现，通过D8120

26、对PLC通讯格式的预设确定波特率、校验位、停止位和通讯字长，然后上位机串口接收助手检测是否有数据传入，并显示数据；二是在确认整个通讯系统能够正常通讯，PLC能按照要求进行，直接通过数据线将上位机与下位机组态，实现系统功能。先来说检测部分装置的硬件电路。这部分由上位机、检测装置和执行机构组成。其结构如图3-2所示，对结构图的描述如下：系统使用三菱FX2N系列的PLC作为控制器，采用GX Developer作为PLC的编程软件,运用组态王组态软件建立人机交互界面，上位机与PLC之间的通讯采用RS232通讯协议。图3-1 系统硬件结构图PLC控制系统通过串口通讯扩展模块接收来自流量计的检测信号，对采

27、集数据进行数据分析处理，控制整个系统的自动运行。在出现事故时，系统具有报警功能。除PLC控制系统外，系统还有电源电路、RS232接口电路等。第二部分就是组态王与PLC的硬件连接部分，其原理结构图如图3-2所示图3-2组态王与PLC硬件连接原理图组态王读取的数据通过COM组件读取，COM组件与下位机PLC通过数据RS422总线连接进行数据交换。3.4 下位机PLC的选型及附件的选取（1）流量计的选取水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量的传感器。水流量传感器主要由阀体、水流转子组件、稳流组件和霍尔传感器组成，霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正

28、交。当水通过涡轮开关壳推动磁性转子转动时，产生不同磁极的旋转磁场，切割磁感应线，产生高低脉冲电平。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比，由控制器判断水流量的大小，进行调控。其电气说明：1）本产品外观轻巧灵便,体积小,便于安装。2）叶轮内部镶有不锈钢轴,永远耐磨。3）密封圈采用上,下受力的结构永不漏水。4）霍尔元件采用德国进口,灵敏度高，用灌封胶封装,防止进水,永不老化。5）环保型设计，食品级POM材质，小巧实用，可任意角调节。6）入水口为插管式，出水口为插管式式，连接更方便。7）流量范围：0.1-3L/min，工作电压：DC3-18V，额定电压DC5

29、V。8）输出电压(额定DC5V）：高电平4.5V以上，低电平0.5V以下；脉冲输出占空比5010%。水流开关在使用的技术参数见表3-1和注意的事项：1）水流开关的安装环境要避开有较强震动、带磁环境和摇晃的地方，以免水流开关产生误动作，为了避免颗粒、杂物进入水流开关，在进水口安装过滤网。2）当磁性材料靠近水流开关时，其特征可能有所变化。3）水流开关须配合继电器使用，因为光耦管的功率较小（通常为10W和70W）容易烧毁。继电器的最大功率为3W，功率大于3W会出现常开和常闭的现象。4）流量范围：0.1-6L/min。表3-1 流量计基本参数基本参数最大工作电流 15mA（DC 5V）工作电压范围 D

30、C4.5 5V-24V负载能力 DC518 V使用温度范围 10 mA（DC 5V）允许耐压 35%90%RH（无结霜状态）保存温度 -25+ 80保存湿度 25%95%RH水压 1.75Mpa以下（2）水泵的选取水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。衡量水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水

31、的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。本文所选取的水泵为自吸式离心泵，自吸泵是靠泵自身的特殊结构而产生自吸作用的单级单吸离心泵，称为自吸离心泵。和普通离心泵相比，在泵体结构上有显著差别：一是泵进口位置提高，有时还装上吸入阀；二是在出水侧设置了一个气水分离室。自吸泵与普通离心泵相比，具有结构紧凑、使用操作简单，不但省去了起动前灌大量引水的麻烦，也省去了进水管低阀，减少了进水阻力，增加泵的出水量。自吸泵较多的是应用在轻小型喷灌机组和管道灌机组上。其具体工作参数如表3-2所示：表3-2 水泵工作参数基本参数水泵尺寸： 90毫米*40毫米*35毫米出水口直径： 内径6毫米，外径8.5毫

32、米工作电压： DC12V，工作电流：0.5-0.7A（功率必须达到6W以上）流量： 1.5-2L/Min（左右），最大吸程：2米扬程： 垂直最大为3米寿命： 最大可达2500H，水温：可达80254 液位控制系统的软件设计液位控制系统的软件设计主要是指上位工控机的监控部分和下位机PLC的控制程序部分。上位监控部分的设计采用了组态软件组态王作为开发工具。组态王能完成不同领域的自动化生产中画面显示和过程控制任务，它提供图形显示、信息生成及生产数据存档和记录等多种功能模块。它强大的接口驱动软件、快速的图形更新特性及可靠的数据存储功能保证了其高度的适用性。PLC控制程序的编程采用了GX Develop

33、er 8.83编程软件作为开发工具，结构化的程序设计使PLC按工艺要求实现了对现场设备的控制。4.1 上位机监控系统的设计在设计本系统的监控系统时我们必须选择合适的工具，此工具必须能与PLC通信而且能提供友好的界面。PLC与上位计算机的通信可以利用高级语言编程写程序实现，但用户必须熟悉互连的PLC及PLC网络采用的通信协议，严格按照通信协议规定为计算机编写通信程序，所以对用户的要求比较高。如果选用专业工业控制组态软件实现PLC与上位计算机的通信则相对比较简单，因为工控组态软件一般都提供不同设备的通信驱动程序，用户可以不必熟悉PLC网络的通信协议，另外工控组态软件提供的强大工具使用户开发应用程序

34、也变得非常简单。本次设计中我们选用了北京亚控公司的工控组态软件组态王来进行监控系统的设计。4.1.1 组态软件组态王的简介组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它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

35、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。4.1.2监控程序的设计步骤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。1) 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。2) 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、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言

36、以及设定运行系统配置等的系统组态工具。 3) 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。通常情况下建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：第一步创建新工程为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。第二步定义硬件设备并添加工程变量添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量包括内存变量和I/O变量。 第三步制作图形画面并定义动画连接按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。 第四步编写命令语言通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。 第五步进行运行系统的配置对运行系统、报警、历史数据记录、网

37、络、用户等进行设置是系统完成用于现场前的必备工作。 第六步保存工程并运行。4.1.3监控系统的组成本项目的监控系统使用了一系列的监控界面，这些界面之间存在着一些相互调用的关系，这些调用关系构成了一个网状结构的监控程序，以下将分监控系统界面、参数设置界面、报警信息、故障统计、报表设计等几个部分来阐述监控系统的设计。(1)监控系统界面在监控系统主界面中显示了整条生产线的示意图。当监控系统处在运行模式并且生产线运行正常时，主界面中的各个图形对象正常显示。当生产线出现故障或者报警时，与故障或报警的实际发生部位相对应的主界面中的图形对象会改变颜色或者闪烁，同时在监控界面中弹出窗口显示故障或报警信息，以提

38、醒操作人员对其进行相应的处理。通过主界面中相应的按钮可以自由切换到主监控界面，还可以切换到系统参数设置等其他界面。在主监控界面中分别详细地表示了本部分的运行状况，通过各自的主界面可以清楚地对其每个部件的工作情况进行实时监控，对于某些特殊的部分还可以另外添加独立的监控界面。下图4-1就是本文设计的上位机界面。其中有系统运行的模拟画面，其中两个水泵分别为水泵1号和水泵2号，后面的启动停止按钮分别控制相应的水泵的停止与运行。绿颜色线条为管道，管道上方有流量计，用于计数流过的液体流量，其中当前液位显示水箱中液位的高度，并且在画面左侧有水箱显示液位高度。左下角的退出系统为退出整个监控系统，左上角的画面选

39、择用作切换画面。图4-1 本文上位机界面示例(2)参数设置界面监控系统中的参数设置通常分两类：一类是监控系统本身的参数，另一类就是控制系统中的一些控制参数。监控系统本身的参数有系统日期、系统时间、机台名称、机台号和与网络配置有关的一些参数，另外监控系统中集成的用户权限管理也在本参数设置中实现。在HMI(human machine interface，人机接口)应用内的安全体系必须允许每个操作人员完成自己的任务，同时确保过程监控的完整性。本项目我们采用了在WIN7操作系统下运行监控系统，我们利用了组态王自身的用户管理实现了对操作系统的安全性设置。在组态模式下我们在用户管理器中添加了不同权限的用户

40、，每个用户根据其权限设置可以使用或更改监控系统中的某些参数或功能， 这些功能有：更改用户权限、手动设置变量标签的输入值、自动，手动过程控制的切换、编辑监控画面、在不同画面中切换、确认，锁住，释放报警、修改存档数据等等。通过合理地设置用户权限可以防止用户对某些重要功能的访问和对重要参数的修改。在运行模式下，使用具备用户管理权限的用户名和密码登陆监控系统后可以在用户管理界面中对各个用户进行管理，包括用户的添加删除、密码设置、访问权限的添加修改等等。通过参数设置界面用户可以对与生产线运行相关的一些控制参数、常量等进行设置，及时根据具体情况调整机器的运行参数， (3)报警信息用组态王组态的监控系统可以

41、实现表示位报警和模拟量报警功能。位报警是根据标签指定位的状态产生相应的报警信息，可用于对开关量的判断。模拟量报警是对标签的极限值进行监测：如果标签值高于指定的上限值(可以是一个常数或者是另一标签的当前值)，则产生上限报警：如果标签值低于指定的下限值(常数或者另一标签的当前值)，则产生下限报警。产生的报警信息通常采用弹出窗口的形式显示与监控画面的顶端，直到相应的报警被确认或者报警被消除时才消失，操作人员可根据报警信息快速找到故障原因并进行相应处理；报警信息出现的同时将监控系统自动切换到发生报警的监控画面，并将出现报警的部位以闪烁的形式显示于监控画面中，这样更直观地为操作人员提供了报警信息。当有多

42、个报警同时发生时将优先显示优先级较高的那个报警。基于PROFIBUS现场总线的PROTOS控制系统的设计报警过程中用到的报警信息是预先组态好的，组态报警信息时需要定义信息行格式，信息等级，信息窗口和应答方式等等。报警信息的生成是响应过程值输入预先定义的位变量或模拟值的极限制。除了完成对控制系统中出现的异常状况进行报警外，监控系统还可以对自身一些异常情况进行报警，如存档数据库空间不足、打印机连接等等。报警信息将存放于硬盘的报警档案中，档案库可以存储所有的报警信息，也可以根据报警等级、序号、时间和日前，信息文字，或其他参数进行筛选后存储。有两种信息档案库的类型：1)短期档案库是一种循环的数据库，用

43、于存放预先定义好数目的报警信息，当该档案库满了，新的信息将覆盖最老的信息，总是保持档案库的大小尺寸恒定。2)顺序档案库保存所有生成的信息，必须具有备份策略，即定期地移走档案库的内容并把它们存到个外部媒体上。报警信息可以用表格的形式显示于监控画面上或由打印机输出。(4)故障统计本项目中的控制系统和监控系统需要定期地进行维护，监控系统中提供的故障统计功能可以为维护带来方便。故障统计中以表格的形式对各个故障，报警信息进行了统计，对各类报警，故障发生的时间、数量、频率、以及在总故障中占的比重等分别进行了统计，故障统计中对生产线的由于故障发生的停机情况也进行了统计，通过分析停机原因我们可以发现系统中容易

44、发生故障的地方，通过采取相应的措施降低系统的故障率，从而提高使生产率。生产过程中的各种数据均可以在监控系统中以报表的形式加以输出，通过组态王中的报表设计器可以快速组态所监视过程的报表，报表设计器与图形设计器界面类似，报表可以是图形格式也可以是文本格式或两种均有。每个报表都包括报表布局和打印作业，报表布局决定了报表的样式和所包含的数据是什么，打印作业决定了该报表什么时间按什么时间表进行打印，以及打印的数据范围、使用的打印机等。报表除了直接打印外还可以打印到监控系统中的一个文件中去。4.2 下位机程序设计液位控制系统的下位机为闭合回路控制系统。其主要原理是通过PLC本身的自动循环执行系统来保证下位

45、机稳定的运行，通过FX2N-232IF模块与上位机的数据通讯，实时的在上位机中显示出当前的工作状态，并由上位机传输控制信号来改变下位机下次执行PLC程序中控制液位的高度。4.2.1 PLC的程序设计PLC的程序设计由以下几个方面组成（如图4-2）：(1)主程序主程序完成对整个系统的控制。编程时，把功能相对独立的部分编制成一个子程序，主程序一次调用各个子程序来完成其控制功能，主程序通过调用不同的函数实现总体的功能。主程序要执行的功能有：运行前的检测，故障排查，左水泵程序控制，右水泵程序控制，排出泵程序控制。其中左右流量计等机构动作控制式在给容器的控制程序块。 (2)初始化予程序初始化子程序在上位

46、机发出复位命令且不是顺序启动和同时启动条件下调用，该子程序主要完成对各控制清零的功能。以便于上位机实施控制。(3)上电控制子程序上电控制子程序的功能和初始化子程序基本相同，其作为一个独立的模块，完成在系统开始上电时，将各控制位清零，以便系统重新开始各种操作，防止误动作。(4)电机运行控制 电机运行方式分为自动控制和手动控制。实际生产过程中，整个系统的电机均处于联锁运行方式。在联锁方式下运行时，电机可以顺序启动、顺序停止、同时启动、同时停止以及单机启动和单机停止。所谓的单机运行就是指手动控制时各台电机的单独启动和停止，不需要严格的启停顺序，该操作(手动)通常只是用于安装设备、系统调试及检修设备时

47、。联锁命令和单机运行命令都是由上位机下达再由下位机不同模块来执行。图4-2PLC串程序指令图4.2.2 PLC控制编程本论文中下位机与上位机的串口通讯采用16位数据通讯。在通讯过程中，下位机需要向上位机发送水泵的工作状态，流量计的脉冲数目。水泵的工作状态我同过下位机向上位机发送不同的ASCII码来判断是否在工作，流量计的脉冲数通过PLC内部的16计数器来计数并存储于PLC内部寄存器内（D200-D500），然后通过串口通讯传输到上位机中，实时显示液位高度。(一) 系统配置如图4-3所示图4-3 液位系统配置图示(二) 设置通讯格式如表4-1所示表4-1组态王、PLC、PC机通讯参数设置设置项缺

48、省值波特率9600数据位长度7停止位长度1奇偶校验位偶校验(三) 控制程序设计图4-4 控制程序部分示例如图4-4所示，Y3和Y4为两个水泵工作线圈，X3和X4为水泵按钮开关。PLC上电时M8002与M8000触点动作，C0和C1计数器复位，并将数据发送至D1和D2数据寄存器中，由组态王直接读取。4.3 本章小结本章首先解释了设计监控系统的意义以及组态的含义：（1）对该监控系统的结构和功能进行了介绍；（2）对PLC的串口通讯进行了详细叙述，首先设置PLC数据传输的格式，然后设置传输的起始位和结束位，然后设定水泵的工作状态，当一种状态实现，则向上位机发送对应的工作情况；（3）对组态王组态软件与P

49、LC 的通讯进行介绍，通过介绍组态系统的设计步骤，并结合项目介绍了组态系统的基本结构，较详细地说明了监控系统的设计过程。设计好的监控系统将于PLC控制系统同步工作，为控制系统提供了友好的人机界面，为操作和维护等工作提供了极大的方便。下位机PLC设计包含PLC及其相关模块的硬件选型和连接结构，绘制了控制程序流程图。5 样机试制及实验分析5.1 样机试制依照系统思路，制作如图5-1样机。图5-1 样机图样 图中可以明显看出两个水泵，分别是输入和输出水泵。中间没有封口的瓶子为模拟水箱；旁边白色盒子为PLC。5.2 调试分析调试是在生产线上各单元设备能正确动作的开始。调试的基本步骤：硬件的接线完全正确

50、通电正常网络的组态I/O强制检修运行方式手动运行方式自动方式。调试的关键在于通讯的正确,并且可以在上位机上进行操作管理。首先进行组态网络的调试,将所有PLC控制柜的电源和通讯线连接完成，并按照设计的组态网络地址进行地址分配。计算机通过网络对PLC系统进行组态，上位机组态软件与主PLC的通讯调试。网络调通之后，对所有的I/O点进行强制，再次验证PLC接线和地址分配的正确性，在强制调制时可以通过上位机观察各个点的状态。当PLC组态完成强制正确之后，可以开始连接PLC并且观察它的通讯状态。调制PLC分为两部分进行：先采用测试信号模拟现场设备状态，输入给单片机和可编程逻辑控制器，进行调试。这部分我用通

51、讯串口助手作为上位机，在设置完格式之后，PLC向上位机发送数据，并发送接触器触点工作情况。调试正确后，去掉测试信号，直接使用现场信号，先进行软件手动调试，同时可以检测控制与现场的连线是否畅通：在软件和手动正常后，再进行自动控制调试。调试过程中，首先检查了系统数据采集设备、通信转换模块硬件的电气标准与现场两者的匹配。所以根据实际情况，改变布线结构，电源线和信号线实行隔离措施，消除干扰。接着，调试计算机程序，依次向单片机、可编程逻辑控制器输入测试信号，验证监控界面显示是否正确。由于对现场实际情况理解不够，根据用户实际要求，在监控界面上增加了各个阀门状态的动态显示。由于阀门的状态只进可编程逻辑控制器

52、的输入端，所以计算机要通过与可编程逻辑控制器的通信来获得阀门的各种状态，必须更改计算机串口与可编程逻辑控制器之间的通信协议，增加各个阀门的状态信号，使之满足实际需要。因此，重新定义了通信协议，并在此基础上增加了冗余，如果再需要增加其他状态信息，就可以很方便的更改，而不需再更改通信协议。然后，调试可编程逻辑控制逻辑是否正确给可编程逻辑控制。监控界面设计以及系统调试器输入各种测试信号，通过计算机下发控制命令(软件手动和自动控制命令)，查看输出是否正确。最后，以上模拟调试成功后，直接连接现场信号进行调试。首先调试软件手动控制。直接进行液位控制。液位控制系统自运行以来情况良好，见图5-2调试结果图，没

53、有出现大的液位溢出或过低失误事故。由此证明本系统的设计基本成功的符合了设计的初衷，本上满足了系统对液位控制精度的要求。5.3 本章小结液位自动控制系统采用了当前运用广泛、技术成熟先进的现场总线控制。这种系统摒弃了集中控制系统的危险集中、位置集中的缺点，从整体技术上提高了系统的可靠性，并充分利用当前的PLC各个功能。该项目自运行以来，运行稳定可靠，配料精度较高；运用迭代学习控制算法，取得满意的称量结果，满足了设计要求和生产需要。现摘录部分生产数据，从表中的数据可以看出，所有的数据都在精度允许的范围内，不过并不像前面仿真的那样，逐渐接近设定值并稳定在设定值附近。这是由于现场情况复杂多变，理想的稳定

54、料流可以说是不存在的。致谢本设计在赵运基老师的悉心指导和严格要求下完成，在完成课程设计的过程中，赵老师不辞辛劳地为我指导迷津，帮助我开拓思路，精心点拨。整个过程中，每遇到难题，都能得到赵老师的帮助尤其是在系统具体的设计和调试过程环节。赵老师的待人平和、工作认真，治学严谨，大家有目共睹，他不仅在课程设计阶段提供了帮助，更为我大四学年的学习提出了诸多宝贵意见。这一切都将潜移默化地影响着我，为以后进入工作岗位树立了良好榜样，给我以终生受益无穷之道，在这里衷心的感谢赵老师。本课程设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师，他们的悉心教育和指导使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，正是有了

55、他们的热心帮助和支持，才使我的课程设计顺利完成。大三学年年伴随着这次课程设计的完成也即将结束，再次感谢赵老师及曾经给予我帮助的各位老师。参考文献1 郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术南京：东南大学出版社，200375782 李树雄可编程序控制器原理及应用教程北京：北京航空航天大学出版社，2003：32-343 于庆光，可编程控制器原理及系统设计Theory and System Design of Programmable Controller北京：清华大学出版社，2004：56584 徐世许可编程序控制器原理应用网络合肥：中国科学技术大学出版杜，2000：101-1025 陈字可编程控制

56、器基础及编程技巧广州：华南理工大学出版社1999，2：1531566 景泉可编程控制器技术教程北京：高等教育出版社，2001：1415，33367 殷洪义可编程序控制器选择、设计与维护北京：机械工业出版社，2003：1431458 Reason JCommunications Alternatives for Distribution AutomationElectric World1993：36389 莫正康，电力电子应用技术北京：机械工业出版社，2005：15018910 叶树林分布式自动配料控制系统的研制仪表技术与传动技术，2003：353811 皮壮行可编程序控制器的系统设计与应用实例北京：机械工业出版社，200013814612 林英芸，杨熠普在组态王中实现串行通讯的两种方法电子测量技术，20064，29(2)：115117附录附录1：实物拍摄图附录2：PLC串口通讯程序附录3：组态王组态画面