基于PLC与组态液位控制系统的设计

基于PLC与组态液位控制系统的设计

（一）主要内容：

本课题是以水箱的液位高度、水流量以及调节阀的控制为设计依据，以PLC的指令控制、MCGS组态相应的监控画面为基础开发研究基于PLC与组态的液位控制系统

（二）拟解决的主要问题：

1.PLC控制系统的程序设计；

2.组态软件界面的设计；

3.水箱液位的调节控制；

（三）预期目标：

根据项目的需求进水阀与出水阀能够开启和关闭，保持水流的通畅，必须实现对液位控制功能。

（四）研究目标：

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：查阅文献、市场调研、收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成系统架构，进行结构设计几软件设计；

第三阶段：进行硬件的安装与软件的调试，

第四阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。

（五）工作方法及措施：

工作方法：本课题主要使用实验法。

措施：基于PLC应用技术与自动控制原理的学习，以及在校的PLC实训所获得实践经验，在教师的指导下，以PLC、组态应用技术为基础，设计开发液位控制系统。

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1论文研究的目的，背景和意义 1

1.2论文研究的主要内容及工作简述 2

2 可编程序控制器（plc） 4

2.1 PLC的特点和优势 4

2.2 PLC的工作原理与功能 5

2.3 PLC的基本结构 6

2.4PLC的选择 7

3监控系统MCGS 8

3.1 MCGS通用监控系统的构成 8

3.2 MCGS通用监控系统主要功能 9

4水箱液位比值控制系统的制作流程 10

4.1 MCGS组态软件画面的制作 10

4.2 PLC程序的编写流程 13

4.3通讯的连接 16

4.4水箱量程的确定 21

4.5 PLC状态图调试及组态结果的检查 22

4.6组态操作结果 23

结论 25

致谢 26

参考文献 27

1绪论

1.1论文研究的目的，背景和意义

在最几年中，液位控制系统的方式方法越来越多，技术在越来越进步，功能与操作方式也变得简单了。但是我们生活中有许多类型的水箱，各式各样的水位控制要求，有些项目都没有达到自动化水平，还有有些是需要一些精密的仪器等电气设备相结合应用的，但目前都没有充分合理相结合以及充分的发展，目前自动化程序是比较低级。

目前我们就是要引入工业生产的自动化控制以解决人工控制的控制精准度，改善控制速度和灵敏度，这样就比较方便我们提高工作效率。在液位自动化控制系统中，一个最重要的参数就是液位。一个系统的稳定性，直接影响工业生产的安全与否、生产效率的高低等一系列的问题。人工手动或自动或进出口操作池进行液位控制液位控制阀，保持液位在正常生产状态的范围内。由于每个过程在生产系统中的影响，液位和稳定性的变化受到大的影响，生产操作人员必须不断监测工作中液位的变化，不能忽视，因此显着增加经营者的生产劳动强度。

九十年代，电脑已渗透到工业，农业，国防，科研部门和民用各个方面的生活，工业过程电脑控制是重要的，具有计算机技术应用开发的视野。今天的信息时代，工业控制行业正在经历一场新的革命，各种新型控制设备不断出现，提高产品价格的性能和可靠性进一步下降。作为另一个工业控制软件领域的重要组成部分，也引起了越来越多的工程技术人员的关注，正在向工业化发展。

长期开发是工业控制开发周期的特点，控制对象也是比较复杂，控制过程也是多次繁复的，需要一些特定的工程和软件交织在一起共同组成合理的搭配。设备管理和主要编程人员我们也要控制固定的，随意的变动可能会给控制系统带来很大的不便，影响到工业的正常生产。为此许多企业和专家对这些问题进行了积极的探索。我们用的传统的液位控制系统的方式都是单回路控制的，但是随着现代化的发展我们要跟随大部队的脚步后面，我们要及时跟新设备及设备的控制要求，必须要有高精度的控制要求即：准确的液位控制。

在当下极其普遍的液位控制系统，各式各样类别繁多，其中也许大型的复杂的系统，它们都有许多共同的特点，时滞性大，实时性，非线性，我们要突破这些现有的特点，学会创新，与时俱进。以上的几点都是控制PID的效果，我们为了更直观更明了的看到液位的控制情况及显示，我们采用PLC跟组态的共同控制。

目前工业自动化领域崛起了有一种新型的软件开发工具就是配置软件，这些配置软件的软件开发又向着大小型化发展。配置软件的发展软件越来越快，其功能也越来越强大，都是随着计算机软件的发展，力量和行业配置软件得到了发展。商业软件技术也越来越成熟，例如：高级的动画技术、计算公式等大型的数据库都已经运用在配置软件中。具体的说明和代码都不需要开发人员具体的准备，来完成配置软件的开发工作都是使用的配置软件包的工具，需要硬件配置，硬件配置，数据配置，图形配置等软件包相结合共同开发。使用的配置软件MCGS（监控和控制生成系统一般监控系统）液位监控系统开发，通过使用计算机数据采集，处理，根据MCGS实时曲线输出的水平来改变参数值，使系统输出稳定到设定值，从而提高工作效率。使用MCGS软件能够保证稳定可靠运行的整个程序，而且我们在界面中可以清晰看清水位的状态及流动的曲线图据可靠的时效性。实践证实该系统可以同时定义多个用户，可以减少成本，开发更多的少量的输入软件。

目前，MCGS配置软件已经在石油，化工，电力等工程领域取得成功应用。基于MCGS开发的液位监控系统。 MCGS为用户提供广泛的可选性能，使用液位复合比前馈反馈控制系统，不同系统可以通过MCGS配置调试和各种系统参数设置进行，大大提高了工艺参数设置的效率，大大降低了生产工人的劳动强度。

水箱系统可以组合成单回路控制，级联控制，比率控制和前馈控制等控制系统，这都是由MCGS为用户提供了许多的可选性能，可以通过MCGS配置调试进行不同的系统和各种系统参数设置，大大提高了过程参数设置的效率。

1.2论文研究的主要内容及工作简述

可编程程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）具有抗干扰能力强、可靠性高、控制系统结构简单，使用方便功能丰富等有点，在工业现场存在着电磁干扰、电源波动、机械振动等，这些一素都会影响到计算机的正常运行，丛而PLC 从软件和硬件两个方面进行了一系列抗干扰措施。

PLC在控制过程中已经涉及到方方面面，在工业自动化领域以经成为了主流控制系统了。但是在大多的控制方面上依然延续着PID的控制方法，还有的开发人员把PID的算法做成模块式，插在PLC的硬件中等。根据当前应用的情况来看，PLC的功能还只是将最基本的控制功能应用着，比如：PID反馈控制、顺序控制和数据采集。

不过就目前的工程过程变得日益的复杂以及控制要求的逐渐提高，许多研究控制算法的人也将控制算法开发到更深层领域中去，其次也是也来越多的PLC产品出现在我们视角中，控制系统的方式也越来越开放了。但目前PLC的编程展现的都是梯形图，还想低级，所以先进的控制算法现在PLC当中想要实现还是有一定得难度的。三菱PLC的编程系统FX中提供了比较丰富的功能模块，使先进控制策略在三菱的PLC上得到较好的实现。

我们的设计出发角度是从工业控制的实际应用，通过将PLC及PLC的程序和MCGS组态软件的连接才得以实现，这样就可在应用水平和应用范围提高和扩展了组态软件和PLC，丛而提高控制要求和水平。

本课题的设计是在组态软件MCGS的环境中制作出以个关于上下水箱控制的动态画面连接，然后通过PLC进行程序编写，在确保安全的情况下或通讯接口设备通讯良好的条件下，将MCGS与PLC两个软件进行连接操作这样才会保证一个良好的动画效果在我们面前演示，我们操作人员只需要在计算机中进行一些的简单的改动和数据操作就可以进行对上下水箱的液位控制。而操作人员的操作意识也是从MCGS组态的动画界面得到检测效果得知上下水箱的液位变化情况，这也是本设计的最终目的。这么做主要是提高了安全性的同时也减少了生产工作人员的劳动强度。这对实现先进控制的工程化、实用化、转化社会生产力，对缩短控制系统开发周期，加快先进控制技术的广泛应用，提高我国的工业自动化水平有着重大意义。

参考文献

[1]虞帮义等. MCGS组态软件及其在大运河工程模型试验中的应用[M] .泥沙研究. 2001,46-49

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[3]肖凤华. 螺杆制冷压缩机组微电脑控制系统设计与实现[D] . 武汉: 武汉大学,2004

[4]SIEMENS（Chinese）Limited Company Automation and Actuation group．三菱 English System handbook［DB］

[5]主编：王永华副主编：宋寅卯陈玉国郑安平．现代电气控制及PLC应用技术[J]北京:北京航空航天大学出版社．ISBN7-81077-346-1．2003．9