力控軟件與PLC 在水塔水位控制中的應用

□陳 鵬

隨著實時數據瀏覽和管理的需求日益高漲，我們需要在自己的辦公室里監督其工作過程，力控組態軟件與PLC 結合能夠很好地滿足此類控制需要，本文主要介紹使用PLC 和力控組態軟件實現水塔的水位控制和組態監控。

一、水塔控制系統概述

有一水塔控制系統，初始狀態時水塔、水池均為空著的，此時4 個液位指示燈L1．L2．L3．L4 均亮。當控制開關閉合后:

第一，若水池當前液位低于水池下限位時(S1 =OFF)，電磁閥通電打開，開始往水池里進水，若進水時間超過5S，水池液位仍然未超過水池下限位(未能使S1 =ON)，說明系統出現故障，報警指示燈L5 亮。

第二，若5S 之后水池液位超過水池下限位(S1 =ON)，水池下限位的指示燈L1 滅，說明此時系統工作正常。

第三，當系統檢測到水池的液位超過下限位(S1 =ON)的信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限(S3 =OFF)，電機M 開始工作，向水塔供水;當系統檢測到水池的液位超過水池上限液位(S2 =ON)時，水池上限指示燈L2 滅，電磁閥關閉。

第四，電磁閥關閉后，若此時水塔還未裝滿(但已經超過水塔下限水位)，水塔下限指示燈L3 滅，電機M 繼續工作向水塔供水;當水塔蓄水超過水塔上限(S4 =ON)，水塔上限指示燈L4滅。

第五，由于給水塔供水時，電機M 不斷地把水池的水抽走，導致水池的液位已經低于水池上限(S2 =OFF)，水池上限指示燈L2 亮。

本次水塔供水周期完成。

圖1 水塔水位自動控制模擬圖

二、PLC 外部接線圖

根據系統的控制要求及輸入/輸出(I/O)分配表，繪制PLC的外部接線圖，如圖2 所示。

圖2 PLC 外部接線圖

三、PLC 控制水塔水位的I/O 分配表

表1 PLC 的I/O 分配表

四、程序流程圖

根據系統的控制要求，畫出控制流程圖，如圖3 所示。

五、組態設計

(一)步驟。組態軟件設計一般分為五個步驟，分別是:定義外設I/O 連接、定義數據庫的變量、建立組態畫面、建立動畫連接、調試運行。

這五個步驟既獨立又交錯，可以按照順序開發設計，也可以在其過程中部分交叉設計。但是，在開發系統構造應用之前，要仔細規劃，重點要考慮如下三個方面:一是工業現場的實際場景及相關控制設備，用什么樣的圖形畫面來模擬表達?二是控制對象的各種屬性需要數據庫中的變量來反映，比如液位、壓力以及代表操作者指令的變量，比如“按鈕”等。如何創建一個實時數據庫，以滿足這種需要?三是使用什么樣的方法，使畫面上的圖素動起來，實現現場設備的模擬運行，以及如何讓操作者直觀、準確地輸入設備的控制指令?

(二)設計過程。

1．定義外設I/O 連接。雙擊項目導航器的工程項目欄中的“I/O 設備組態”，在彈出的畫面中單擊“PLC”前面的“+”，展開菜單并找到“SIEMENS”，點擊“SIEMENS (西門子)”前面的“+”，出現西門子系列的各型號PLC，選擇雙擊“S7 - 200(PPI)”，在彈出的畫面中定義并填寫I/O 設備的名稱及設備的地址編號，填寫后點擊“下一步”選擇與I/O 設備通信的COM口最后形成如圖4 所示。

圖3 控制流程圖

圖4 I/O 設備的連接與設計

2．定義數據庫變量。首先雙擊Draw 導航器中的“實時數據庫”，啟動組態程序DbManager，彈出數據庫組態界面。然后在數據庫組態界面里，單擊菜單欄中的“點”，出現“新建”菜單欄，單擊后出現“請指定區域、點類型”向導界面。

在“請指定區域、點類型”向導界面里，雙擊“區域．．．00”中的“數字I/O 點”，出現界面后在“點名”和“點說明”中輸入對應的文字。

將所有的輸入、輸出用同樣的方法新增到數字I/O 點，最后新增后的點如圖5 所示。

3．建立工程組態畫面。在“力控”組態應用中，監控畫面圖像對象的制作是最重要的一部分。從現場采集的數據傳送到裝有“力控”組態軟件的計算機中，操作人員能夠通過力控組態仿真的畫面對象實現監控。

本次需要的畫面對象有:水塔、水池、水泵、電磁閥、自動開關、報警燈、供出水管等。在“圖庫”里或精靈圖庫中都可以找到，將它拖到窗口中，如圖6 所示。

圖5 數字I/O 點

圖6 組態界面

4．建立動畫連接。動畫連接是建立實際設備與組態畫面之間對應關系的重要步驟，所有的數據都可以通過數據庫變量進行動畫連接。HMI 的每個數據庫變量對應于區域數據庫DB 的一個點參數，并通過點參數的數據實現與設備的通信連接。動畫連接就是將數據庫變量與畫面中的圖形對象兩者間建立一種關系，使得變量的值發生變化時，界面上被監控的圖形對象也會同時發生變化，提供實時變化的動畫效果。設計者創建一個圖形對象，并建立該圖形對象與數據庫變量的動畫連接，就相當于賦予該圖形對象以“生命”，讓它“生動”起來。動畫連接使圖形對象能夠隨著數據庫變量的值進行同步改變，比如字符、顏色、大小、位置等。定義變量和制作動畫連接這兩件工作可以相互獨立完成。

5．調試。接通PLC 電源，并將開關打到“RUN”位置，運行PLC;點擊組態管理器中的“運行”圖標，進入組態運行。進入組態控制界面，根據控制要求進行調試。

六、結語

由PLC 及組態軟件構成的水塔水位控制系統具有控制直觀、實時的特點，同時還可以具有報警及其它功能。該系統結構簡單、成本低廉，不僅可以用于水塔供水控制，還可以與其它工控設備結合用于恒壓供水系統、水庫控制系統等，具有較高的實用價值。

［1］廖常初．S7—200 PLC 編程及應用［M］．北京:機械工業出版社，2007

［2］力控組態軟件使用手冊． 北京三維力控科技有限公司，2012

［3］宋伯生．可編程序控制器配置·編程·聯網［M］．北京:中國勞動出版社，1998