張宜軍

【摘 要】由于我礦水塔電控系統(tǒng)安裝較早自動化水平較低，值班勞動強度較大，另外經(jīng)常由于疏忽造成水塔系統(tǒng)缺水或溢水。為改善上述情況，對水塔電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。本文通過使用PLC技術(shù)和組態(tài)軟件結(jié)合設(shè)計水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)；通過MCGS上位機的組態(tài)制作工程畫面，包括水池、水塔自動供水，水位上限和下限報警，報表的輸出及查詢等；使人機交互界面更直接、控制更安全、可靠。

【關(guān)鍵詞】PLC；水位監(jiān)控；組態(tài)軟件

由于我礦水塔電控系統(tǒng)安裝較早自動化水平較低，每天需要安排三班崗位人員觀察水位情況并手動啟停相關(guān)水泵，勞動強度較大，另外經(jīng)常由于人的疏忽造成水塔系統(tǒng)缺水、溢水，不能提供穩(wěn)定的供水。為改善上述情況，對水塔電控系統(tǒng)進(jìn)行改造。

隨著自動化水平的提高，在無人值守的情況下進(jìn)行水塔自動給水已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。PLC是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點。而MCGS組態(tài)軟件是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機控制系統(tǒng)的組態(tài)軟件，是一個很好的操作平臺。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

本文控制的主要內(nèi)容為：

當(dāng)水池1水位低于水池1下限時，進(jìn)水閥1打開向水池1進(jìn)水，當(dāng)水池1水位到達(dá)水池1上限時，進(jìn)水閥1關(guān)閉。當(dāng)水池1水位高于水池1下限時，且水塔水位低于水塔下限時，水泵1運轉(zhuǎn)抽水，出水閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位高于水塔上限時水泵1停止。水池2作為備用水池，當(dāng)水池2的水位低于水池2水位下限時，進(jìn)水閥2打開，當(dāng)水池2水位高于水池2水位時，進(jìn)水閥2關(guān)閉。當(dāng)水池1出現(xiàn)故障時，可手動開啟水泵2，給水塔供水。只要水塔水位不為零，出水閥均處于打開狀態(tài)。

其中備用水池是考慮到現(xiàn)實的狀況，因為進(jìn)水閥及水泵這些供水設(shè)備有可能突然的損壞，而居民的水源不能因此中斷供水，所以增加備用的水池。此備用的水池平時只用來儲水，只有在特殊的情況下才能在人為操作的條件下向水塔供水。根據(jù)以上情況，特增加備用的供水系統(tǒng)。

1 控制內(nèi)容改造

1）根據(jù)控制內(nèi)容的要求，設(shè)計工藝流程圖如下（圖1）：

圖1

2）分析水塔水位控制系統(tǒng)、PLC的輸入輸出端口設(shè)置如表1所示：

表1

3）根據(jù)上面的工藝流程和輸入輸出設(shè)計PLC的硬件電路如圖2所示。

圖2

2 水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計

MCGS組態(tài)軟件，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強、高性能、高可靠性等突出特點，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

圖3 水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)頁面

1）MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)控制要求，確定工程的總體框架如下：

（1）設(shè)置4個用戶窗口，分別如下：

封面：用于在登陸系統(tǒng)時，對系統(tǒng)有個總的印象；（下轉(zhuǎn)第81頁）（上接第99頁）水塔水位監(jiān)控系統(tǒng)：在運行時，可以在此窗口下對運轉(zhuǎn)設(shè)備進(jìn)行操作和實時監(jiān)控；水位監(jiān)控：主要是對三個巨型儲水設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控，為操作者提供直觀的水位信息；數(shù)據(jù)顯示：此窗口的實時報表可以看到各個開關(guān)量的狀態(tài)，以及儲水設(shè)備當(dāng)前的儲水高度，實時曲線則是顯示當(dāng)前水位的走勢，歷史曲線是顯示歷史水位的走勢。

（2）設(shè)計3個子菜單，分別為登陸用戶，退出登陸，修改密碼，在現(xiàn)實的作業(yè)過程中，必須對操作者的權(quán)限進(jìn)行設(shè)限，以便是系統(tǒng)能更安全的運行，防止有人惡意的破壞或越權(quán)操作。

（3）在運行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實現(xiàn)各種人機交互操作。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件，使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序（圖3）。

2）變量的設(shè)置

圖4 登錄運行環(huán)境

當(dāng)出現(xiàn)異常情況時就要在上位機上有個報警的輸出，這樣工程人員可以進(jìn)行相應(yīng)的操作，或者系統(tǒng)自身響應(yīng)報警。定義報警的具體操作如下：對于“水池1”變量，在實時數(shù)據(jù)庫中，進(jìn)入“水池1”屬性設(shè)置，在報警屬性中，選擇“允許進(jìn)行報警處理”；在報警設(shè)置中選擇“上限報警”，把報警值設(shè)為：7.5米；報警注釋為：水池1的水已達(dá)上限值；在報警設(shè)置中選中“下限報警”，把報警值設(shè)為：1米；報警注釋為：水池1快沒水了。在存盤屬性中，選中“自動保存產(chǎn)生的報警信息”。實時數(shù)據(jù)庫只負(fù)責(zé)關(guān)于報警的判斷、通知和存儲三項工作，而報警產(chǎn)生后所要進(jìn)行的其它處理操作，就要在腳本程序里實現(xiàn)。當(dāng)有報警產(chǎn)生時，用指示燈顯示報警。在“對象元件庫管理”，選擇構(gòu)件并根據(jù)報警數(shù)據(jù)的設(shè)定進(jìn)行設(shè)置。至此，報警部分制作完畢。

為了整個系統(tǒng)能安全地運行，需要對系統(tǒng)權(quán)限進(jìn)行管理，可以通過軟件對“用戶權(quán)限管理”設(shè)置“用戶密碼”，設(shè)置“登錄用戶”、“退出登錄”、“用戶管理”、“修改密碼”、“系統(tǒng)運行權(quán)限”等，還可以對工程安全進(jìn)行加密管理（圖4）。

3 設(shè)備的通信調(diào)試

在MCGS組態(tài)軟件的循環(huán)策略中輸入相應(yīng)的腳本程序，在MCGS組態(tài)軟件開發(fā)平臺上，單擊“設(shè)備窗口”，再單擊“設(shè)備組態(tài)”按鈕進(jìn)入設(shè)備組態(tài)。從“工具條”中單擊“工具箱”，彈出“設(shè)備工具箱”對話框。單擊“設(shè)備管理”按鈕，彈出“設(shè)備管理”對話框。從“可選設(shè)備”中選中“通用設(shè)備”，找到“串口通訊父設(shè)備”選中，選中其下的“串口通訊父設(shè)備”選中或單擊“增加”按鈕，加到右面已選設(shè)備。再選中“PLC設(shè)備”，找到“三菱FX-232”，加到右面已選設(shè)備，本系統(tǒng)通過實驗驗證通信正常、控制可靠。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]