顧曙敏，王洪福

（江蘇廣播電視大學(xué) 武進(jìn)學(xué)院，常州 213149）

1 組態(tài)技術(shù)介紹

組態(tài)軟件是近幾年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域興起的一種新型的軟件開發(fā)工具，開發(fā)人員通常不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態(tài)軟件包中的工具，通過(guò)硬件組態(tài)（硬件配置）、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖形圖象組態(tài)等工作即可完成所需要應(yīng)用軟件的開發(fā)工作。它具有二次開發(fā)簡(jiǎn)便、開發(fā)周期短、通用性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)，完成不同的工作。主控窗口是工程的主窗口或主框架。設(shè)備窗口用于連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)整體。運(yùn)行策略主要完成工程運(yùn)行流程的控制。MCGS能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、曲線和報(bào)表輸出等功能。

2 水塔水位控制系統(tǒng)

當(dāng)水位低于水池低水位界時(shí)，S1液位傳感器輸出信號(hào)為1（即S1為ON），控制水泵電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)，水池開始進(jìn)水，同時(shí)定時(shí)器也進(jìn)行定時(shí)，4s后，如果S1的輸出信號(hào)仍為ON，表示進(jìn)水管內(nèi)沒(méi)有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)水位達(dá)到S2位置時(shí)，S2液位傳感器輸出信號(hào)為1（即S2為ON），電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)行。當(dāng)水塔水位低于水塔低水位界時(shí)，水塔液位傳感器S3輸出信號(hào)為1（即S3為ON），且S1輸入信號(hào)為0時(shí)（即水池內(nèi)有蓄水），水泵電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)（即S4為1），電動(dòng)機(jī)M2停止工作。水池和水塔的進(jìn)水也可由手動(dòng)進(jìn)行控制。水塔水位控制示意圖如圖1所示。

圖1 水塔水位控制示意圖

表1 PLC控制水塔水位的輸入/輸出分配表

3 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

3.1 PLC控制水塔水位的輸入/輸出分配表

根據(jù)控制要求及控制分析可知，該系統(tǒng)需要8個(gè)輸入點(diǎn)和3個(gè)輸出點(diǎn)，輸入/輸出分配表如表1所示。

3.2 PLC控制硬件設(shè)計(jì)

由控制要求可知水塔水位的工作流程。打開電源，首先對(duì)水池進(jìn)行水位檢測(cè)，若水位低于最低水位時(shí)，M1電動(dòng)機(jī)工作，自來(lái)水從進(jìn)水口流入，若進(jìn)水口內(nèi)沒(méi)有水流入時(shí)，表故障，產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)達(dá)到最高水位時(shí)，M1電動(dòng)機(jī)停止工作。當(dāng)水塔水位低于最低水位，且水池內(nèi)有水時(shí)，M2電動(dòng)機(jī)工作。當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)，M2電動(dòng)機(jī)停止工作。

M1和M2電動(dòng)機(jī)均可手動(dòng)控制，加上電源的開關(guān)控制，因此共需要4個(gè)控制按鈕，S1～S4液位傳感器可理解為行程開關(guān)，信號(hào)為1表示為觸點(diǎn)閉合，信號(hào)為0表示觸點(diǎn)斷開。M1和M2電動(dòng)機(jī)分別由KM1和KM2控制 。水塔水位的PLC硬件圖如圖2所示。

圖2 水塔水位的PLC硬件圖

3.3 PLC控制程序設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)水位控制，需設(shè)置3個(gè)定時(shí)器。 T0為4s延時(shí)的定時(shí)器，定時(shí)預(yù)置值為40。T1和T2為報(bào)警閃爍，定時(shí)預(yù)置值為5。PLC控制水塔水位的梯形圖（LAD）如圖3所示。

4 組態(tài)技術(shù)在水塔水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

4.1 監(jiān)控界面

圖3 水塔水位梯形圖

水塔水位控制系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示。上位機(jī)監(jiān)控界面是給用戶最直觀的顯示, 在水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要直觀地看到水池和水塔的水位升降、水泵1和水泵2的工作情況和管道中的水流情況。界面有手動(dòng)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)該轉(zhuǎn)換開關(guān)打在自動(dòng)時(shí)，水塔水位控制系統(tǒng)根據(jù)水位情況自動(dòng)上水和停止；當(dāng)該轉(zhuǎn)換開關(guān)打手動(dòng)時(shí)，水塔水位就可以根據(jù)用戶要求工作。按下水池按鈕時(shí)，水池就手動(dòng)上水，按下水塔按鈕時(shí)，水塔就手動(dòng)上水。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象

圖4 水塔水位系統(tǒng)監(jiān)控界面

將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的各種開關(guān)型或數(shù)值型變量和監(jiān)控畫面中相對(duì)應(yīng)的按鈕、指示燈等相連接，以便能使動(dòng)畫按照要求動(dòng)起來(lái)。水塔水位系統(tǒng)變量定義如表2所示。

表2 水塔水位系統(tǒng)變量定義

4.3 模擬動(dòng)畫設(shè)計(jì)

MCGS實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗口中圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，圖形對(duì)象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫效果。水塔水位控制系統(tǒng)中需要制作的動(dòng)畫效果的部分包括水箱中水位的升降、水泵、閥門的啟停和水流效果顯示動(dòng)畫設(shè)計(jì)。

4.4 腳本程序編寫

用戶腳本程序是由用戶編寫的、用來(lái)完成特定操作和處理的程序。腳本程序包括水塔水位控制系統(tǒng)的控制流程。

4.5 報(bào)警分析

報(bào)警分析是水塔水位控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。當(dāng)水位低于水池低水位界時(shí)，S1液位傳感器輸出信號(hào)為1（即S1為ON），控制電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)，水池開始進(jìn)水，同時(shí)定時(shí)器也進(jìn)行定時(shí)，4s后，如果S1的輸出信號(hào)仍為ON，表示進(jìn)水管內(nèi)沒(méi)有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報(bào)警。

5 PLC與上位計(jì)算機(jī)間的通訊

在本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，上位計(jì)算機(jī)組態(tài)系統(tǒng)與PL C是通過(guò)設(shè)置RS232串行通訊建立連接。需要在MCGS設(shè)備窗口中首先添加一個(gè)通用串口父設(shè)備，在父設(shè)備下面創(chuàng)建一個(gè)與所用三菱FX2N系列PLC機(jī)型相符的子窗口,設(shè)置子設(shè)備PLC的屬性。

通訊參數(shù)設(shè)置時(shí)，父設(shè)備與對(duì)應(yīng)PLC的硬件通訊設(shè)置要求一樣。三菱PLC常用通訊參數(shù)設(shè)置：串口端口號(hào)為COM1,波特率9600bit/s, 遠(yuǎn)程地址（FX2N-32WR）設(shè)定為2，本機(jī)地址（上位機(jī)）設(shè)定為0。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)水塔水位控制系統(tǒng)的要求，利用組態(tài)技術(shù)及PLC構(gòu)成了簡(jiǎn)單可靠的水塔水位控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)了下述功能：可在計(jì)算機(jī)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)控制；系統(tǒng)控制過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫顯示，在計(jì)算機(jī)屏幕上可直觀地觀察到水塔水位工作情況；系統(tǒng)可按設(shè)定的控制規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行，也可手動(dòng)控制水塔水位控制。系統(tǒng)正常工作可靠，系統(tǒng)控制方案還具有較強(qiáng)的通用性，可在PLC教學(xué)中推廣?；赑LC的控制系統(tǒng)在MCGS中得到實(shí)現(xiàn)，能以仿真動(dòng)畫的形式直觀地看到被控對(duì)象的運(yùn)行情況及程序的執(zhí)行結(jié)果，其模擬效果逼真，人機(jī)界面生動(dòng)友好，可極大地增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高編程技巧和動(dòng)手能力。

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