□陳 鵬

隨著實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(jiān)督其工作過程，力控組態(tài)軟件與PLC 結(jié)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(tài)軟件實(shí)現(xiàn)水塔的水位控制和組態(tài)監(jiān)控。

一、水塔控制系統(tǒng)概述

有一水塔控制系統(tǒng)，初始狀態(tài)時(shí)水塔、水池均為空著的，此時(shí)4 個(gè)液位指示燈L1．L2．L3．L4 均亮。當(dāng)控制開關(guān)閉合后:

第一，若水池當(dāng)前液位低于水池下限位時(shí)(S1 =OFF)，電磁閥通電打開，開始往水池里進(jìn)水，若進(jìn)水時(shí)間超過5S，水池液位仍然未超過水池下限位(未能使S1 =ON)，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，報(bào)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(shuō)明此時(shí)系統(tǒng)工作正常。

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

第四，電磁閥關(guān)閉后，若此時(shí)水塔還未裝滿(但已經(jīng)超過水塔下限水位)，水塔下限指示燈L3 滅，電機(jī)M 繼續(xù)工作向水塔供水;當(dāng)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(shí)，電機(jī)M 不斷地把水池的水抽走，導(dǎo)致水池的液位已經(jīng)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(dòng)控制模擬圖

二、PLC 外部接線圖

根據(jù)系統(tǒng)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(jù)系統(tǒng)的控制要求，畫出控制流程圖，如圖3 所示。

五、組態(tài)設(shè)計(jì)

(一)步驟。組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一般分為五個(gè)步驟，分別是:定義外設(shè)I/O 連接、定義數(shù)據(jù)庫(kù)的變量、建立組態(tài)畫面、建立動(dòng)畫連接、調(diào)試運(yùn)行。

這五個(gè)步驟既獨(dú)立又交錯(cuò)，可以按照順序開發(fā)設(shè)計(jì)，也可以在其過程中部分交叉設(shè)計(jì)。但是，在開發(fā)系統(tǒng)構(gòu)造應(yīng)用之前，要仔細(xì)規(guī)劃，重點(diǎn)要考慮如下三個(gè)方面:一是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際場(chǎng)景及相關(guān)控制設(shè)備，用什么樣的圖形畫面來(lái)模擬表達(dá)?二是控制對(duì)象的各種屬性需要數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量來(lái)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(chuàng)建一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，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(dòng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬運(yùn)行，以及如何讓操作者直觀、準(zhǔn)確地輸入設(shè)備的控制指令?

(二)設(shè)計(jì)過程。

1．定義外設(shè)I/O 連接。雙擊項(xiàng)目導(dǎo)航器的工程項(xiàng)目欄中的“I/O 設(shè)備組態(tài)”，在彈出的畫面中單擊“PLC”前面的“+”，展開菜單并找到“SIEMENS”，點(diǎn)擊“SIEMENS (西門子)”前面的“+”，出現(xiàn)西門子系列的各型號(hào)PLC，選擇雙擊“S7 - 200(PPI)”，在彈出的畫面中定義并填寫I/O 設(shè)備的名稱及設(shè)備的地址編號(hào)，填寫后點(diǎn)擊“下一步”選擇與I/O 設(shè)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(shè)備的連接與設(shè)計(jì)

2．定義數(shù)據(jù)庫(kù)變量。首先雙擊Draw 導(dǎo)航器中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”，啟動(dòng)組態(tài)程序DbManager，彈出數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)界面。然后在數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)界面里，單擊菜單欄中的“點(diǎn)”，出現(xiàn)“新建”菜單欄，單擊后出現(xiàn)“請(qǐng)指定區(qū)域、點(diǎn)類型”向?qū)Ы缑妗?/p>

在“請(qǐng)指定區(qū)域、點(diǎn)類型”向?qū)Ы缑胬?，雙擊“區(qū)域．．．00”中的“數(shù)字I/O 點(diǎn)”，出現(xiàn)界面后在“點(diǎn)名”和“點(diǎn)說(shuō)明”中輸入對(duì)應(yīng)的文字。

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

3．建立工程組態(tài)畫面。在“力控”組態(tài)應(yīng)用中，監(jiān)控畫面圖像對(duì)象的制作是最重要的一部分。從現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)傳送到裝有“力控”組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)中，操作人員能夠通過力控組態(tài)仿真的畫面對(duì)象實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

本次需要的畫面對(duì)象有:水塔、水池、水泵、電磁閥、自動(dòng)開關(guān)、報(bào)警燈、供出水管等。在“圖庫(kù)”里或精靈圖庫(kù)中都可以找到，將它拖到窗口中，如圖6 所示。

圖5 數(shù)字I/O 點(diǎn)

圖6 組態(tài)界面

4．建立動(dòng)畫連接。動(dòng)畫連接是建立實(shí)際設(shè)備與組態(tài)畫面之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的重要步驟，所有的數(shù)據(jù)都可以通過數(shù)據(jù)庫(kù)變量進(jìn)行動(dòng)畫連接。HMI 的每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)變量對(duì)應(yīng)于區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)DB 的一個(gè)點(diǎn)參數(shù)，并通過點(diǎn)參數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的通信連接。動(dòng)畫連接就是將數(shù)據(jù)庫(kù)變量與畫面中的圖形對(duì)象兩者間建立一種關(guān)系，使得變量的值發(fā)生變化時(shí)，界面上被監(jiān)控的圖形對(duì)象也會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，提供實(shí)時(shí)變化的動(dòng)畫效果。設(shè)計(jì)者創(chuàng)建一個(gè)圖形對(duì)象，并建立該圖形對(duì)象與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的動(dòng)畫連接，就相當(dāng)于賦予該圖形對(duì)象以“生命”，讓它“生動(dòng)”起來(lái)。動(dòng)畫連接使圖形對(duì)象能夠隨著數(shù)據(jù)庫(kù)變量的值進(jìn)行同步改變，比如字符、顏色、大小、位置等。定義變量和制作動(dòng)畫連接這兩件工作可以相互獨(dú)立完成。

5．調(diào)試。接通PLC 電源，并將開關(guān)打到“RUN”位置，運(yùn)行PLC;點(diǎn)擊組態(tài)管理器中的“運(yùn)行”圖標(biāo)，進(jìn)入組態(tài)運(yùn)行。進(jìn)入組態(tài)控制界面，根據(jù)控制要求進(jìn)行調(diào)試。

六、結(jié)語(yǔ)

由PLC 及組態(tài)軟件構(gòu)成的水塔水位控制系統(tǒng)具有控制直觀、實(shí)時(shí)的特點(diǎn)，同時(shí)還可以具有報(bào)警及其它功能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shè)備結(jié)合用于恒壓供水系統(tǒng)、水庫(kù)控制系統(tǒng)等，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

［1］廖常初．S7—200 PLC 編程及應(yīng)用［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007

［2］力控組態(tài)軟件使用手冊(cè)． 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(lián)網(wǎng)［M］．北京:中國(guó)勞動(dòng)出版社，1998