【正文】 硬件設備與MCGS組態(tài)軟件的連接完成。圖 65選中“基本屬性”中的“設置設備內(nèi)部屬性”，出現(xiàn)圖標，單擊圖標，彈出“西門子S7－200PLC通道屬性設置”對話框。圖 541 給定值的設定在液位自動控制的過程中我們需要輸入所需要達到的液位值，即給定值，才能在閉環(huán)控制系統(tǒng)中通過plc的控制達到要求，故我們需要在畫面中制作一個可以輸入給定值的給定框，具體步驟如下：首先我們需要在實時數(shù)據(jù)庫中建立一個數(shù)據(jù)，命名為給定值 圖 542單擊“用戶窗口”標簽，在“用戶窗口”中雙擊“單容水箱液位控制系統(tǒng)”進入，在“工具箱”中單擊“輸入框” 圖標，拖放到適當位置調(diào)整大小。在存盤屬性中，選中“自動保存產(chǎn)生的報警信息”。 圖 518 圖 519在用戶窗口中，雙擊單容水箱控制系統(tǒng)窗口進入，選中水泵右側(cè)的流動塊雙擊，則彈出流動塊構(gòu)件屬性設置窗口。在本設計中我們有3個變量，定義如下：液位 數(shù)值型泵 開關(guān)型閥 開關(guān)型具體設置步驟如下：[1] 單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”窗口標簽，進入實時數(shù)據(jù)庫窗口頁。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）。編寫程序調(diào)試工程：利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù)，檢查動畫顯示和控制流程是否正確。此項操作在設備窗口內(nèi)進行。工程項目系統(tǒng)分析：分析工程項目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程，弄清系統(tǒng)的控制流程和監(jiān)控對象的特征，明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式，分析工程中的設備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應關(guān)系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。復選框：帶有“□”標記的屬性設定器件。鼠標雙擊Windows桌面上“MCG組態(tài)環(huán)境”圖標，或執(zhí)行“開始”菜單中的“MCGS組態(tài)環(huán)境”菜單項，彈出的窗口即為MCGS的工作臺窗口，設有：標題欄：顯示“MCGS組態(tài)環(huán)境工作臺”標題、工程文件名稱和所在目錄；菜單條：設置MCGS的菜單系統(tǒng)。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設備指令。專門用來放置不同類型和功能的設備構(gòu)件，實現(xiàn)對外部設備的操作和控制。MCGS組態(tài)通用監(jiān)控系統(tǒng)軟件是集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設備控制與輸出、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身，并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與設備輸出，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問題的方案，在自動化的各個領(lǐng)域起著極其重要的作用。它的必然發(fā)展趨勢是功能的模塊化和標準化。隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，微型計算機技術(shù)和計算機網(wǎng)絡通信技術(shù)迅速發(fā)展，有可能用微型計算機實現(xiàn)分散控制，并用上位計算機對生產(chǎn)過程進行集中控制、監(jiān)視和管理，從而構(gòu)成分散型計算機控制系統(tǒng)（圖1）。②過程接口：又稱過程輸入輸出設備，是由許多與工業(yè)對象相互作用的裝置組成。⑥工廠管理或調(diào)度：對車間或全廠的自動生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程進行調(diào)度管理。圖34雙位控系統(tǒng)的過程曲線獲取給定值G采集反饋值FG F關(guān)閉出水閥開啟出水閥圖 35二位控制程序流程圖 工控主機的介紹用于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程控制和管理的計算機，又稱過程計算機。掃描周期執(zhí)行的任務依賴于CPU的工作模式，S7200 CPU有兩種操作模式：STOP模式和RUN模式。S7200系列是專為工業(yè)場合設計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由CPU、電源、存儲器和專門設計的輸入輸出接口電路等組成。 安裝簡單，維修方便PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。成熟的商用軟件技術(shù)如高級動畫技術(shù)、分布式運算、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)等逐漸在組態(tài)軟件上得到應用。近年國際主流企業(yè)紛紛在中國建立生產(chǎn)基地，既增強了研發(fā)能力也增添了競爭因素，現(xiàn)在我國液位計產(chǎn)品已很全面，基本覆蓋所有行業(yè)，滿足各行業(yè)產(chǎn)生需要，技術(shù)革新較快，但在產(chǎn)品生產(chǎn)工藝上仍然有很大提高的空間。 如果采用檢測儀表和自動控制裝置來代替人工控制，就成為過程控制系統(tǒng)。本文的主要研究內(nèi)容：控制系統(tǒng)方案的選擇，系統(tǒng)硬件配置，二位式控制算法介紹，組態(tài)軟件MCGS與硬件的連接和仿真的實現(xiàn)。，設計上述閉環(huán)控制系統(tǒng)。在液位控制系統(tǒng)中采用PLC作為控制器，可以代替大量繼電器實現(xiàn)邏輯控制，相對傳統(tǒng)液位控制大幅降低了能耗。簡單控制系統(tǒng)有著共同的特征，它們均有四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器。新技術(shù)、新器件、新材料和新工藝及新軟件的開發(fā)應用，使得液位計的測量準確度越來越高，液位的測量范圍越來越廣。目前,MCGS組態(tài)軟件已經(jīng)在石油、化工、電力等多種工程領(lǐng)域獲得成功的應用。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。輸入輸出接口電路都采用了電氣隔離技術(shù)，具有很高的可靠性和極強的抗干擾能力。該系統(tǒng)的工作原理是當被控制的液位測量值HP=H小于給定值HS時，即測量值〈給定值，且當e=HSHP≥dF時，調(diào)節(jié)閥處于開度狀態(tài)。此后計算機控制在工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣的應用（見數(shù)字控制系統(tǒng)）。④極高的可靠性：避免因計算機故障而引起質(zhì)量事故或生產(chǎn)事故。③人機接口：用于手動控制和監(jiān)視工廠狀態(tài)的操作開關(guān)以及工作狀態(tài)顯示裝置統(tǒng)稱為人機接口或操作員接口。圖 37 多級計算機控制系統(tǒng)　　多級計算機控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)使分散控制系統(tǒng)在工廠按地區(qū)安裝模塊的成本大為降低。圖 42MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。一個應用系統(tǒng)有三個固定的運行策略：啟動策略、循環(huán)策略和退出策略。所謂動畫屬性，實際上是反映圖形大小、顏色、位置、可見度、閃爍性等狀態(tài)的特征參數(shù)。鼠標單擊標簽按鈕，即可將相應的窗口激活，進行組態(tài)操作；工作臺右側(cè)還設有創(chuàng)建對象和對象組態(tài)用的功能按鈕；組態(tài)工作窗口：是創(chuàng)建和配置圖形對象、數(shù)據(jù)對象和各種構(gòu)件的工作環(huán)境，又稱為對象的編輯窗口。設備構(gòu)件工具箱：進入設備窗口，鼠標點擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開設備構(gòu)件工具箱窗口，其中設有與工控行業(yè)經(jīng)常選用的監(jiān)控設備相匹配的各種設備構(gòu)件。 設計菜單基本體系：為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效地調(diào)度和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。經(jīng)過此步操作，即在MCGS組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。鼠標雙擊“Mcgs組態(tài)環(huán)境”圖標，進入MCGS組態(tài)環(huán)境。如下圖：圖 511從“對象元件庫管理”中的“儲藏罐”中選取17號罐，按“確認”，則所選中的罐在桌面的左上角，可以改變其大小及位置。泵、調(diào)節(jié)閥、倆個開關(guān)型變量，屬性設置只要把對象名稱改為：泵、調(diào)節(jié)閥；對象類型選中“開關(guān)”，其它屬性不變。圖 521在菜單項“文件”中選“進入運行環(huán)境”或直接按“F5”或直接按工具條中圖標，都可以進入運行環(huán)境。如下圖：圖 527雙擊，再雙擊彈出如下圖 圖 528此時按“F5”或直接按工具條中圖標，進入運行環(huán)境，您會發(fā)現(xiàn)報警顯示已經(jīng)輕松地實現(xiàn)了。從“工具條”中單擊“工具箱”，彈出“設備工具箱”對話框。“通道連接”如圖設置：圖 68在“設備調(diào)試”中就可以在線調(diào)試“西門子S7200PPI”，如圖：圖 69如果“通訊狀態(tài)標志”為0則表示通訊正常，否則MCGS組態(tài)軟件與西門子S7_200 PLC設備通訊失敗。對于大多數(shù)簡單的應用系統(tǒng)，MCGS的簡單組態(tài)就可完成。MCGS系統(tǒng)對設備采集通道的數(shù)據(jù)可以進行八種形式的數(shù)據(jù)處理，包括：多項式計算、倒數(shù)計算、開方計算、濾波處理、工程轉(zhuǎn)換計算、函數(shù)調(diào)用、標準查表計算、自定義查表計算，各種處理可單獨進行也可組合進行。圖 64計算機串行口是計算機和其它設備通訊時最常用的一種通訊接口，一個串行口可以掛接多個通訊設備（如一個RS485總線上可掛接255個ADAM通訊模塊，但它們共用一個串口父設備），為適應計算機串行口的多種操作方式，MCGS組態(tài)軟件采用在串口通訊父設備下掛接多個通訊子設備的一種通訊設備處理機制，各個子設備繼承一些父設備的公有屬性，同時又具有自己的私有屬性。圖 536由于窗口大小空間的限制，為了能更清楚的觀察實時曲線的變化情況，我們可以將其切換顯示在另一個窗口中。在“滑動輸入器構(gòu)件屬性設置”的“刻度與標注屬性”中,把“主劃線數(shù)目”改為：5，即能被10整除，其它不變。設置好后，按確定，再按確定，變量連接成功。當用戶想修改流動塊時，先選中流動塊（流動塊周圍出現(xiàn)選中標志：白色小方塊），鼠標指針指向小方塊，按住左鍵不放，拖動鼠標，就可調(diào)整流動塊的形狀。圖形對象放置在用戶窗口中，是構(gòu)成用戶應用系統(tǒng)圖形界面的最小單元，MCGS中的圖形對象包括圖元對象、圖符對象和動畫構(gòu)件三種類型，不同類型的圖形對象有不同的屬性，所能完成的功能也各不相同。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過MCGS組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構(gòu)件庫，在用戶窗口內(nèi)“組合”成各種復雜的畫面。編寫控制流程程序：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。進入用戶窗口的組態(tài)窗口，執(zhí)行“工具”菜單中的“對象元件庫管理”菜單命令，或者打開系統(tǒng)圖形工具箱，選擇“插入元件”圖標，可打開對象元件庫管理窗口，進行存放圖形的操作，參見后面章節(jié)。窗口標簽：不同屬性的窗口分頁排列，窗口標簽作為分頁的標記，各類窗口分頁排列，鼠標單擊窗口標簽， 即可將相應的窗口頁激活，進行屬性設置。MCGS把各種網(wǎng)絡形式，以父設備構(gòu)件和子設備構(gòu)件的形式，供用戶調(diào)用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設置。（2） MCGS系統(tǒng)可以與廣泛的數(shù)據(jù)源交換數(shù)據(jù)，有強大的數(shù)據(jù)庫連接能力，可以和更多的自動化設備相連接；與其它應用程序交換數(shù)據(jù)，充分利用計算機豐富的軟件資源。MCGS用實時數(shù)據(jù)庫來管理所有實數(shù)。鑒于實用性價格等綜合因素的考慮，監(jiān)控主機我們選擇產(chǎn)自哈爾濱工業(yè)大學中遠工控有限公司的HITZY2500 過程控制主機，其主要功能特點如下：具有雙DC24V冗余輸入，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入24V與內(nèi)部電源DCDC完全隔離 ；　能夠?qū)崿F(xiàn)電源檢測報警；其內(nèi)部電源冗余設計，高度可靠 ；可以實現(xiàn)在線內(nèi)部單元檢測，報警 ；具有高度隔離冗余雙總線接口（）；詳細的狀態(tài)LED指示 ，更能簡單的控制組態(tài)下載 ；具有彩色液晶顯示。生產(chǎn)管理級主要進行生產(chǎn)的計劃和調(diào)度，指揮監(jiān)控級工作。在這種控制系統(tǒng)中，通常采用雙機工作方式或用一臺計算機作后備或設置模擬量調(diào)節(jié)器作為關(guān)鍵控制回路的備份,以提高系統(tǒng)工作的可靠性(見直接數(shù)字控制系統(tǒng))。①巡回檢測和數(shù)據(jù)處理：對數(shù)以百計的過程物理參數(shù)周期性地或隨機地進行測量顯示、打印記錄，對于間接指標或參數(shù)可進行計算處理。根據(jù)給定值加上dF與測量的液位相比較調(diào)節(jié)閥發(fā)出控制信號，從而達到控制水箱液位的目的。即檢查是否有編程器、計算機等的通信請求，若有則進行相應處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通訊任務。一個完整的系統(tǒng)組成：（1） 基本單元包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是PLC的主要部分。PLC的主要特點可概括如下: 高可靠性(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離；(2)各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms；(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；(4)采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源；(5)對采用的器件進行嚴格的篩選；(6)良好的自診斷功能；(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。長期以來，軟件的通用性和可維護性一直困擾著工程技術(shù)人員。由于受各工藝流程生產(chǎn)系統(tǒng)中的影響，液位的變化和穩(wěn)定性也受到較大影響，為此生產(chǎn)運行人員在工作中要時時監(jiān)測液位的變化，而不得有半點疏忽，這樣就較大地增加了生產(chǎn)運行人員的勞動強度。通過以上的器件設備、PID控制算法和PC編程軟件等，實現(xiàn)對液位的自動控制。隨著科技的快速發(fā)展，無論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中，PLC具有廣泛的應用。設計（論文）起止時間年月日至年月日設計（論文）地點自動化教研室指 導 教 師 簽 名 年 月 日 系（教研室）主任簽名 年 月 日 學 生 簽 名 年 月 日 摘要本次畢業(yè)設計的課題是基于PLC S7200液位控制系統(tǒng)的設計。作為單容水箱液位的控制系統(tǒng)，控制方式采用了二位式，控制核心為S7200系列的CPU226以及PLC內(nèi)部A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，檢測元件及執(zhí)行器。但就以各類型水罐、水池的液位控制來說，許多項目沒有達到自動化的程度，有的在設計上雖然設置有較為精密儀表和其它電氣設備，但是沒有達到充分的開發(fā)和合理的配置，自動化程序較低,有許多電氣及儀表裝置，在系統(tǒng)中只起到了液位顯示及報警功能，其液位控制全憑生產(chǎn)運行人員根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，人為地手動或電動操作水罐或水池的進出口閥門來實現(xiàn)液位控制，使其液位保持在正常的生產(chǎn)狀態(tài)范圍內(nèi)。工控軟件的特點是開發(fā)周期長，被控對象復雜多樣，且軟件與具體工程和設備交織在一起。可編程控制器在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件也需根據(jù)控制要求進行設計編制。 s7200結(jié)構(gòu)S7200 PLC硬件系統(tǒng)的配置方式：主機中包含一定量的輸入/輸出點,同時還可以擴展I/O模塊和各種功能模塊。在掃描周期的信息處理階段，CPU自動檢測并處理各通訊端口接收到的任何信息。它由液壓傳感器測定輸出。它們被用于工業(yè)控制對象的實時控制和工廠、企業(yè)的信息管理，能完成如下 6項功能。　工業(yè)控制計算機系統(tǒng)主要由主機、過程接口和人機接口等部分組成?！≡诠I(yè)控制計算機系統(tǒng)發(fā)展的初期，多采用一臺較大型的計算機對生產(chǎn)過程集中進行監(jiān)視和控制。在某些場合下，監(jiān)控級還能兼做直接控制級的一些工作。此任務是一個比較簡單常規(guī)