【正文】 進程不斷加快，水資源短缺和污染已經成為制約國民經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。 設計一個雨水利用自動控制系統(tǒng)，包括雨水罐上、中、下三種液位的不同控制，并且使用 MCGS 進行組態(tài)監(jiān)控。 2 雨水利用自動控制系統(tǒng)的硬件設計 PLC 技術是工業(yè)自動化的重要手段 ，它可以實現邏輯控制、順序控制、定時、記數、算術運算、數據處理、數據通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。 PLC 控制系統(tǒng)為模塊化結構，維護更換方便，并可顯示故障類型。為了降低成本，因此，本文決定選用一臺中等規(guī)模的 S7— 200（ CPU222） PLC 做主機單元。因此本文確定選用德國西門子公司生產的 S7— 200 系列 PLC?？梢詽M足今后的調整和擴展。 1. 外部輸入器件的選擇 由于外部輸入器件都采用開關量的輸入方式，因此在選型上不需要 A/D 轉換裝置。 ②液位傳感器采用 SL3002 型金屬浮球液位開關。 ③按鈕開關采用 LA36 按鈕 適用于交流 50HZ 或 60HZ、 380V及以 下的電氣線路中 2. 外部輸出器件的選擇 外部輸出即為負載，它的選擇對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響，因此要選用安全、可靠的設備。 ②水泵選用 YLB 系列單相離心水泵。安裝地點的污染等級為 3 級； 安裝類別（過電壓）為 III類。 PLC 技術的邏輯控制功能通過軟件編程實現，柔性強，控制功能多，控制線路大大簡化。可以采用 PLC 技術設計信號通信電路，操作更簡便、可靠，指示更清晰 [6][7]。 STEP7 Micro／ WIN32 編程軟件要求個人計算機操作系統(tǒng)為 Windows95 以上版本，硬件配置為： IBM486 以上兼容機．內存 8MB 以上， VGA 顯示器，至少 50MB 以上硬盤空間，光驅，鼠標， PC／ PPI 電纜 [8]。 語句表 STL 類似于計算機的匯編語言，是 PLC 最基礎的編程語言。 本文編程確定選用梯形閣 LAD 編程語言，以便形象、直觀地反映所實現的邏輯關系。 ，編輯器具有語法錯誤檢查功能，并在出錯處有標志，焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 12 便于用戶修改錯誤。 主界面 啟動 STEP7Micro/WIN32 編程軟件后，其主界面如圖 31 所示，一般包括以下幾個區(qū)：主菜單（ 8 個主菜單項），工具欄（快捷按鈕），導引條（快捷操作窗口），指令樹（快捷操作窗口），輸出窗口和用戶窗口（可同時或分別打開圖中的 5 個用戶窗口）。圖 32 所示為一個新建程序的指令樹，系統(tǒng)默認初始設置如圖所示。 利用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件編輯和修改控制程序是設計的一項重要工作，本節(jié)介紹梯形圖編輯器的編輯操作。 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 15 圖 36 主程序控制流程圖 Fig 36 The control flow chart of the main program 雨水利用自動控制系統(tǒng)梯形圖設計 根據上面所示的流程圖，控制程序的梯形圖如下圖 37 所示。 STEP7 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 17 Micro／ WIN32 編程軟件提供了三種編程語言，即梯形圖 LAD，語句表 STL 及功能塊圖 FBD，每種語言都有自己的特點。它特別適合于熟悉計算機原理和熟悉 PLC 的結構原理和工作過程的程序員，用它可以編寫出梯形圖 LAD 或功能塊圖 FBD 無法實現的程序，程序執(zhí)行速度最快 [9][10]。 4 系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控設計 MCGS 組態(tài)軟件簡介 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows 平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于 Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2021 等操作系統(tǒng)。 。主要內容包括：定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口（封面窗口退出后接著顯示的窗口）名稱，指定存盤數據庫文件的名稱以及存盤數據庫，設定動畫刷新的周期。為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效地調度和控制，通常要在主控窗口內編制菜單。動畫制作分為靜態(tài)圖形設計和動態(tài)屬性設置兩個過程。在運行策略窗口內，從策略構件箱中，選擇所需功能策略構件，構成各種功能模塊（稱為策略塊），由這些模塊實現各種人機交互操作。 。此項操作在設備窗口內進行。在實際組態(tài)中，有些焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 19 過程是交織在一起進行的，用戶可根據工程的實際需要和自己的習慣，調整步驟的先后順序，而并沒有嚴格的限制與規(guī)定。 如下圖 43 所示，單擊“保存”按鈕，工程建立完畢。 變量分配即數據對象定義前需對系統(tǒng)進行分析，確定需要的變量。其中一部分為系統(tǒng)內部建立的數據對象。 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 22 圖 46 數據對象屬性設置 Fig 46 Data object the attribute establish ④將“對象名稱 ” 該為：啟動按鈕：“對象初值”改為： 0；“對象類型”改為：開關型；“對象內容注釋”欄添入： 雨水利用自動控制信號， S1 輸入， 1 有效。 畫面設計與編輯 在 MCGS 組態(tài)平臺上，單擊 “ 用戶窗口 ” ，在 “ 用戶窗口 ” 中單擊 “ 新建窗口 ”按鈕，則產生新 “ 窗口 0” ， 如圖 47所示。 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 24 圖 49 動畫制作窗口 Fig49 Animations create window way 單擊工具條中的 “ 工具箱 ” 按鈕，則打開動畫工具箱 。 為了快速構圖和組態(tài)， MCGS 系統(tǒng)內部提供了常用的圖元、圖符、動畫構件對象，稱為系統(tǒng)圖形對象 ， 如下圖 410 所示 。 設置框圖顏色 設定文字框顏色：選中文字框，按工具條上的 （填充色）按鈕，設定文字框的背景顏色（設為無填充色）；按 （線色）按鈕改變文字框的邊線顏色（設為沒有邊線）。 圖 411 雨水利用控制器參考畫面 Fig 411 Rain waters make use of a controller reference appearance 組態(tài)監(jiān)控程序設計 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 26 組態(tài)監(jiān)控程序是由用戶腳本程序實現的， 用戶腳本程序是由用戶編制的、用來完成特定操作和處理的程序，腳本程序的編程語法非常類似于普通的 Basic 語言，但在概念和使用上更簡單直觀，力求做到使大多數普通用戶都能正確、快速地掌握和使用。 圖 412 設置循環(huán)策略的循環(huán)時間 Fig 412 establish circulating time of circulating strategy 在策略組態(tài)中，單擊工具條中的 “ 新增策略行 圖標，則顯示如下圖 413： 圖 413 新增策略行 Fig 413 Add a strategy line 在策略組態(tài)中，如果沒有出現策略工具箱，請單擊工具條中的 “ 工具箱 ” 圖標，彈出 “ 策略工具箱 ” ，如下圖 414： 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 27 圖 414 策略工具箱 Fig 414 Strategy tool boxes 單擊“策略工具箱”中的“腳本程序”，把鼠標移出“策略工具箱”，會出現一個小手，把小手放在 上，單擊鼠標左鍵，則顯示如圖 415 所示。本構件可以產生標準的正弦波，方波，三角波，鋸齒波信號，且其幅值和周期都可以任意設置。在“通用設備”中打開“模擬數據設備”，雙擊“模擬設備”，按確認后，在“設備工具箱”中就會出現“模擬設備”，雙擊“模擬設備”，則會在“設備窗口”中加入“模擬設備”。在“設備調試”中您就可看到數據變化。在具 體進行工程設計中，用戶只要一次性將所用的設備進行添加即可。 雙擊設備窗口中的圖標，系統(tǒng)進入設備組態(tài)窗口。在基本屬性中通信協(xié)議定義如下：通信波特率為 6～ 9600，數據位位數為 3～ 8 位，停止位位數為 1 位，數據校驗方式為偶校驗，串口端號為 COM1。在基本屬性中，定義最小采樣周為 lms，其他參數可以采用默認值。 ③通道連接。當通道連接完成后，就可以進行設備調試。MCGS 還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，來保護用 MCGS 組態(tài)軟件 進行開發(fā)所得的成果，開發(fā)者可利用這些功能保護自己的合法權益。 MCGS 系統(tǒng)按用戶組來分配操作權限的機制，使用戶能方便地建立各種多層次的安 全機制。 系統(tǒng)權限管理 為了整個系統(tǒng)能安全地運行，需要對系統(tǒng)權限進行管理，具體操作如下： 1. 用戶權限管理 在菜單“工具”中單擊“用戶權限管理”，彈出“用戶管理器”。 在“系統(tǒng)管理”下拉菜單下，單擊工具條中的“新增菜單項” 圖標，會產生“操作 0”菜單。在“菜單屬性”中把“菜單名”改為：登錄用戶。雙擊“操作 1”菜單，彈出“菜單屬性設置”窗口。在屬性設置窗口的“腳本程序”頁中，輸入代碼 !Edit users()（ MCGS 內部函數）。該函數的功能是修改用戶原來設定的操作密碼。 6. 系統(tǒng)運行權限 在 MCGS 組態(tài)平臺上單擊“主控窗口”，選中“主控窗口”，單擊“系統(tǒng)屬性”，彈出“主控窗口屬性設置”窗口。 工程加密 在“ MCGS 組態(tài)環(huán)境”下如果不想要其它人隨便看到您所組態(tài)的工程或防止競爭對手了解到您的工程組態(tài)細節(jié)，可以為工程加密。 焦作大學機電系畢業(yè)設計 1 引言 35 MCGS 全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件為用戶建立全新的過程控制系統(tǒng)提供了一整套解決方案。 本文以城市節(jié)水為背景，設計了一個小型的雨水利用控制系統(tǒng)，以目前比較先進的 S7200 可編程控制器控制技術為依托，對系統(tǒng)進行自動化操作，并通 過MCGS 組態(tài)監(jiān)控對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)控仿真，真正達到無人化操作的目的。其采用的編程軟件 STEP7 Micro／ WIN32，具有簡單易懂，編程方便等優(yōu)點。還可設置故障報警，操作加密，管理權限等，防止錯誤操