水塔水位控制课程设计

过程控制及自动化仪表设计报告

题目：水塔水位控制系统

院系：电气信息工程系专业：电气工程及其自动化组长：学号：

组员 1 ：学号：

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指导教师：

2012年09月28日

水塔水位控制系统设计报告

一、选题目的和意义：

1、目的：了解组态王软件的组成和设计步骤。通过实例（报警指示灯、水塔水位）的学习，掌握组态王和PLC联合构建监控系统的方法和设计过程。

2、意义：水塔水位控制是指应用在家用、机关单位、消防、学校、工厂等的水塔上进行水位控制的仪器。一般要求是全自动型，能实现无人值守，缺水自动补水，水满能自动停止进水。并且要求水塔水位控制器安全性能好，稳定可靠。

本实验主要是利用了PLC和组态王两种工具。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。他采用可以编程的存储器，用来在其内部执

行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或

模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

学生姓名任务分工学生姓名任务分工学生姓名任务分工

二、主要研究内容：

下图是对水塔水位控制的示意图，整个系统主要由以下的硬件组成：S1、S2、S3、S4四个传感器，都是对水位进行监测并能够把监测信号反馈到相应的控制机构，控制机构接到传感器的反馈后进行信号的比较和分析，再由控制机构发出调整指令并作用于执行电机M1和M2及打开或者关闭管路上的阀门。当然这其中还针对实际存在的延时问题设置了及时报警装置。

整个系统工作过程描述如下：当水池水位低于水池水位界（S4为ON表示），阀门Y打开进水（Y为ON）定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀门Y关闭（Y为OFF）。当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔水位界时S2为ON，电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔水位界时电机M停止。

三、设计的方法及步骤：

1、水塔水位控制系统的工作过程:

设水塔、水池的初始状态都为空着的。当水池液位低于下限液位是，传感器S4此时为ON,电磁阀打开，开始往池里注水，4S后，若水池液位没有超过水池下限液位时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位传感器S4为OFF，表示水位高于下限水位。系统检测到此信号是，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵开始工作，向水塔供水，当水池液面高于上限水位，则传感器S3为OFF电磁阀关闭。但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位超过水塔下限水位，则传感器S2为OFF，水泵继续工作，从水池抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，则水塔上限液位传感器S1为OFF，水泵停止。但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水池液位已经低于水池上限。一个供水周期结束。

当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵停止启动。

2、组态王监控的构建

使用组态软件构建实时监控系统，采集现场生产数据，并以动画形式直观地显示在监控画面上。

利用组态软件构监控系统，是现代化生产过程中实现对生产过程进行可视化监控以及对各种生产过程参数进行采集、保存和再利用的常用方法，目前，组态软件提供商很多，比如，美国Wonderware公司的InTouch软件，德国Siemens的WinCC，北京三维公司的ForceControl(力控)等。此报告以水塔水位控制系统为例介绍组态王软件的使用。

四、实验设计（相关原理框图）：

1、PLC程序设计

根据系统的控制要求，结合实际情况和理论分析，进行I/O口的分配及PLC梯形图。

输入信号水池低水位S4 Ｉ0.3 水池低水位S4 Ｉ0.2 水池低水位S2 Ｉ0.1 水池低水位S1 Ｉ0.0

输出信号

阀门Y Q0.1

电动机M Q0.0

I/O分配表

硬件接线图

梯形图程序

2、组态王监控的构建

（1）组态王的结构

“组态王6.5”是运行于Microsoft WindowsXP/NT/2000中文平台上的全中文界面的人机界面软件（HMI）窗体框架结构，界面直观易学易用。采用了多线程、COM 组件等新技术，实现了实时多任务且软件运行稳定可靠。

“组态王6.5”软件包由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统（内嵌于工程浏览器）和运行系统四部分组成。工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，在工程浏览器中可以查看、配置工程的各个组成部分，画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统和工程运行系统来完成。

1）工程管理器：是计算机内的所有应用工程的统一管理环境。工程管理器具有很强的管理功能，可用于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出等功能。

2）工程浏览器：是应用工程的设计管理配置环境，进行应用工程的程序语言的设计、变量定义管理、连接设备的配置、开放式接口的配置、系统参数的配置、WEB 发布管理、第三方数据库的管理等。

3）画面开发系统：是应用工程的开发环境。在这个环境中完成画面设计、画面连接、程序编写等工作。

4）运行系统：是组态王6.5软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在运行系统中运行才能实时反应现场的运行情况。运行系统负责从控制设备中采集数据，并存在于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来，同时可以变成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视、存储功能，并按实际需求记录到历史数据库中。

组态王作为一个开放型的通用工业监控系统，支持工控行业中大部分国内常见的测量控制设备。。遵循工控行业的标准，采用开放接口提供第三方软件的连接（DDE/OPC/ACTIVE X等）。复杂的通信协议源代码、无须编写大量的图形生成、数据统计处理程序代码就可以方便快捷地进行设备的连接、画面的开发、简单程序的编写从而完成一个监控系统的设计。

使用组态王的一般步骤

应用工程需要在组态软件中进行完整、严密的组态，组态软件才能正常的工作。建立应用工程大致可分为以下五个步骤：

1）设计图形界面。

2）定义设备驱动。

3）构造数据库变量。

4）建立动画连接。

5）运行和调试。

需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这五个部分常常是交错进行的。

（2）组态王的程序设计

在组态王中，一共用了六个指示灯作为信号的显示，它们分别是阀Y,水塔的高水位S1，水塔的低水位S2，水池的高水位S3，水池的低水位S4，水泵M,这些指示灯的作用是显示当前（即实际工作中）的工作状态，便于对整个系统实现检查和监控调整。另外还有一个水池，用来积蓄从外部输送到水塔的水。水泵是实现把水从水池中不断地根据检测到的水塔水位额信号，并居于PLC控制指令输送水到水塔中实现补充。

在组态王开发系统中动作的画面都是静态的，通过实时数据库实现变量与现场状况同步变化。数据库变量的变化通过“动画连接”——所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化。

阀Y的变量是一个离散型变量，在组态王中离散变量只有两个取值：0和1，代表两种状态，是用来控制阀的打开和关闭的，当水池水位低于水池低水位界（S4为ON 表示），阀Y打开进水（Y 为ON）定时器开始定时，4秒后如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）.

水塔的高水位S1,水塔的低水位S2,水池的高水位S3，水池的低水位S4，四个都是I/O离散变量，数据类型为bit型，分别用来检测水位是否处于要求的状态，一旦超过了界限将会发生信号的转换。

水泵M指示灯用来表示电机M是否处于运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。反之启动运行。它也是一个I/O离散变量，数据类型为bit型。

水池和水塔的变量类型定义为内存整数，最大是100，最小值是0，变化灵敏度和初始值都是0.通过动画连接，可以形象直观的看到水的流动情况和水位的升降状况。

水池和水塔的变量类型定义为内存整数，最大是100，最小是0，变化灵敏度和初始值都是0。通过动画的连接，可以形象直观地观察到水的流动情况和水位的升降情况。

对管道要设置流动状态，并对相应的管道选择流动状态的条件，条件一般有0，0~10，-1~ -10，-255四个，分别是不产生流动，有起点到终点流动（对不同的值，流动的速度不一样），由终点向起点流动，停止流动。两个管道的流动都是选择相应的水池和水塔的变量作为流动参数。

（3）组态王的界面设计

五、结果及讨论：

基于PLC和组态王的水塔水位控制模拟系统运用了简单、可靠的设计思路，实现了无人监控、缺水自动补水、水满自动停止进水等一系列功能。这套系统结构简单、成本低廉，能够应用于多数有关于水位的控制，工业液面的控制，具有较高的应用

价值。

经过事先对组态王的一些书面和视频资料的学习和了解，我对组态王的设计方法有了初步的认识，这对我以后的系统设计中起了很大的作用。刚开始设计系统时

遇到了一些问题，比如水管流动，液位控制，程序的修改以及按钮的设计等，但在

我们的学习和修改中这些问题都被一一解决了，有些部分还得到了很好的改进，这

个水箱液位控制系统应该完善了很多。从组态王软件设计中我们学到了很多，学到

了图形的建立，程序的设计，模块化的修改和定义语言，我相信这次实训会给我以

后的学习中带来很大的收获。为以后的工作学习就业打下来良好的基础。

六、指导教师的意见：

签名：

XXXX年XX月XX日成绩评定：

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