陳 曦 ,丁躍澆,肖 翀

(湖南理工學院 信息與通信工程學院,湖南 岳陽 414006)

基于PLC和組態(tài)王的單容水箱液位定值控制實驗

陳 曦 ,丁躍澆,肖 翀

(湖南理工學院 信息與通信工程學院,湖南 岳陽 414006)

以S7-200PLC為控制器,單容水箱為被控對象,設計了單容水箱液位定值控制實驗.液位信號通過液位傳感器測量變送至PLC,經PID控制算法對數據進行處理,輸出控制信號至執(zhí)行器,執(zhí)行器為電動調節(jié)閥.運用組態(tài)王軟件設計了單容水箱液位定值控制實驗的人機界面,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控.

單容水箱;液位控制;PLC;組態(tài)王

引言

單容水箱液位定值控制實驗是過程控制實驗教學中的一個典型實驗項目,具有很強的代表性.學生通過實驗可以了解相關的過程控制儀表(包括檢測元件及變送器、調節(jié)器和執(zhí)行器),掌握單容水箱液位的建模方法和控制系統(tǒng)的設計方法(包括PID控制算法設計、控制參數整定).本文選用北京華晟高科教學儀器有限公司的A3000過程控制實驗裝置,實現(xiàn)對單容水箱液位定值控制.該系統(tǒng)以S7-200 PLC為控制器,采用組態(tài)王組態(tài)人機畫面實現(xiàn)對過程的監(jiān)測與控制.

1 實驗系統(tǒng)的組成

單容水箱液位定值控制實驗系統(tǒng)組成結構如圖1所示.控制器采用S7-200PLC,被控對象為單容水箱,水箱的液位經液位傳感器測量變送至PLC,PLC對數據進行處理,根據控制要求進行運算,結果經模擬量輸出給執(zhí)行器,執(zhí)行器為電動調節(jié)閥.

圖1 單容水箱液位定值控制實驗系統(tǒng)組成結構

上位計算機通過PC/PPI電纜和下位機PLC串口通信,上位機安裝有STEP7-MicroWin 編程軟件和組態(tài)王監(jiān)控軟件,可以進行控制算法編程,并為過程控制實驗提供良好的人機界面,可以在實驗時進行參數的設定修改以及響應曲線的在線顯示,進行整個實驗系統(tǒng)的監(jiān)控.

2 控制功能的實現(xiàn)

2.1 單回路控制

本實驗裝置可以對單容水箱液位實現(xiàn)單回路定值控制,控制系統(tǒng)如圖2所示.檢測變送器將被控量轉換為4～20 mA 信號,通過PLC 模擬量輸入通道A/D轉換為6400～32000的數字量,PLC控制程序對輸入信號采樣、濾波,與設定值比較后進行PID運算輸出操作量,經D/A轉換為4～20mA信號給電動調節(jié)閥.

圖2 單回路液位定值控制

2.2 控制程序流程

系統(tǒng)控制功能由S7-200PLC實現(xiàn),控制程序利用STEP7-MicroWin32軟件編寫調試,程序流程如圖3所示.初始化程序對設定值、PID控制參數、定時中斷時間等進行初始化設定,并啟動周期定時中斷,中斷(采樣)時間到,則進入中斷程序,進行采樣濾波、量程轉換,實現(xiàn)要求的控制算法.PID控制算法利用S7200的PID指令實現(xiàn).

圖3 控制程序流程圖

3 運用組態(tài)王設計人機界面

3.1 主畫面的設計

液位控制系統(tǒng)仿真實驗的主畫面是利用組態(tài)王所提供的圖庫和畫圖工具繪制完成的.在工程瀏覽器左側的“工程目錄顯示區(qū)”中選擇“畫面”選項,在右側視圖中雙擊“新建”圖標,彈出新建畫面對話框如圖4所示.單擊“確定”組態(tài)王軟件將產生命名為“單容水箱液位定值控制實驗”的界面.接下來在此界面中利用組態(tài)王的工具箱、調色板、圖庫管理器繪制液位控制系統(tǒng)的組成元件,并進行連接,生成畫面如圖5所示.至此“單容水箱液位定值控制實驗”主畫面就建立起來了.選擇“文件”菜單的“全部存”命令將所完成的畫面進行保存.

圖4 新建工程

圖5 主畫面設計

3.2 定義外部數據和數據庫變量

本實驗以西門子提供的“S7-200PLC”為外部設備,PPI電纜為通信連接,如圖6所示.外部設備定義完之后,可以在工程瀏覽器右側看到新定義的外部設備S7-200PLC.實驗的I/O變量可以通過新建的外部設備與上位機組態(tài)王進行通信.

數據庫是組態(tài)王最核心的部分,在運行系統(tǒng)運行時,現(xiàn)場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上,操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達實驗現(xiàn)場,所有的這一切都是以實時數據庫為核心,所以說數據庫是聯(lián)系上位機和外部設備的橋梁.數據庫中變量的集合形象地稱為“數據詞典”,數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息包括基本類型的內存變量、I/O變量.以水箱液位為例,在工程瀏覽器樹型目錄顯示區(qū)點擊“數據詞典”圖標,在右側雙擊“新建”圖標,即可進入“定義變量”對話框進行變量的定義,如圖7所示.圖7是用以上方法定義的所有變量.

圖6 定外部設備

圖7 定義數據庫變量

3.3 建立動畫連接

動畫連接的是建立畫面的圖素與數據庫變量之間的對應關系.對于已建立的實驗主畫面中的單容水箱,學生可以在計算機監(jiān)控界面上直接看到單容水箱液位隨控制信號變化而變化的圖像.結合A3000過程控制實驗現(xiàn)場系統(tǒng)的實際單容水箱的液位,可以將監(jiān)控畫面中的水箱液位動態(tài)變化與實際現(xiàn)場的水箱液位進行比較,有助于學生從理論和實際兩方面,更加全面認識實驗的本質.打開“液位控制系統(tǒng)仿真實驗”主畫面,如圖5所示.雙擊“水箱”彈出動畫連接對話框,如圖8所示.這樣建立連接后水箱液位的高度隨變量“水箱液位”的值變化而變化.

圖8 動畫連接對話框

3.4 實時趨勢曲線

為方便對實驗數據進行控制、管理和查閱,則需建立實時趨勢曲線.實時趨勢曲線隨時間的變化而自動卷動,以快速反映變量的新變化.時間軸不能回卷,不能查閱變量的歷史數據.單容水箱液位定值控制的實時曲線如圖9所示.

圖9 單容水箱液位定值控制的實時曲線

4 結束語

本實驗將目前廣泛運用的工控軟件組態(tài)王與可編程邏輯控制器PLC相結合.利用組態(tài)王實現(xiàn)友好的人機界面,結合PLC的強大控制能力,很好的闡述了實驗的本質.通過本實驗可以使學生對過程控制系統(tǒng)有比較全面的認識和理解,更重要的是能讓學生將過程控制領域的理論知識與工程實踐得到有機的結合.

[1]丁躍澆,譚桂仁.基于智能SLPC的液位監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].控制工程,2004,(04):404～406+409

[2]張玲霞,李學軍,李 杰.基于組態(tài)王的液位控制系統(tǒng)仿真實驗[J].長春大學學報,2010,(04):61～64

[3]任俊杰,李紅星,李 媛.基于PLC和組態(tài)王的過程控制實驗系統(tǒng)[J].實驗室研究與探索,2010,(05):16～18

A Level Control Experiment of Single Capacity Water Storage Based on PLC and King-View

CHEN Xi,DING Yue-jiao,XIAO Chong
(College of Information and Communication Engineering,Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang 414006,China)

With S7-200PLC as a controller,single capacity water storage as a controlled object,the level control experiment of single capacity water storage is composed.PLC receiving level signal from liquid level sensor,processes data with PID control algorithm,and then outputs control signal to electric regulator as an actuator.Using the King View to design a human-machine interface on the level control experiment of single capacity water storage realizes the real-time monitoring of the whole system.

single capacity water storage;liquid level control ;PLC ;King View

TP273

A

1672-5298(2011)01-0076-03

2010-12-02

陳 曦(1985?),男,天津人,湖南理工學院信息與通信工程學院教師.主要研究方向:過程控制與智能控制