基于PLC的水塔水位監控系統的自動化改造

張宜軍

【摘 要】由于我礦水塔電控系統安裝較早自動化水平較低，值班勞動強度較大，另外經常由于疏忽造成水塔系統缺水或溢水。為改善上述情況，對水塔電控系統進行改造。本文通過使用PLC技術和組態軟件結合設計水塔水位監控系統；通過MCGS上位機的組態制作工程畫面，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。

【關鍵詞】PLC；水位監控；組態軟件

由于我礦水塔電控系統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水泵，勞動強度較大，另外經常由于人的疏忽造成水塔系統缺水、溢水，不能提供穩定的供水。為改善上述情況，對水塔電控系統進行改造。

隨著自動化水平的提高，在無人值守的情況下進行水塔自動給水已經成為發展趨勢。PLC是以微處理器為核心的工業控制裝置，它將傳統的繼電器控制系統與計算機技術結合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點。而MCGS組態軟件是一套用于快速構造和生成計算機控制系統的組態軟件，是一個很好的操作平臺。通過對現場數據的采集處理，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，在自動化領域有著廣泛應用。

本文控制的主要內容為：

當水池1水位低于水池1下限時，進水閥1打開向水池1進水，當水池1水位到達水池1上限時，進水閥1關閉。當水池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運轉抽水，出水閥關閉。當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，當水池2的水位低于水池2水位下限時，進水閥2打開，當水池2水位高于水池2水位時，進水閥2關閉。當水池1出現故障時，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。

其中備用水池是考慮到現實的狀況，因為進水閥及水泵這些供水設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。根據以上情況，特增加備用的供水系統。

1 控制內容改造

1）根據控制內容的要求，設計工藝流程圖如下（圖1）：

圖1

2）分析水塔水位控制系統、PLC的輸入輸出端口設置如表1所示：

表1

3）根據上面的工藝流程和輸入輸出設計PLC的硬件電路如圖2所示。

圖2

2 水塔水位監控系統的組態設計

MCGS組態軟件，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業監控網絡等功能。具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，經過各種現場的長期實際運行，系統穩定可靠。

圖3 水塔水位監控系統頁面

1）MCGS組態軟件的系統構成

根據控制要求，確定工程的總體框架如下：

（1）設置4個用戶窗口，分別如下：

封面：用于在登陸系統時，對系統有個總的印象；（下轉第81頁）（上接第99頁）水塔水位監控系統：在運行時，可以在此窗口下對運轉設備進行操作和實時監控；水位監控：主要是對三個巨型儲水設備進行實時監控，為操作者提供直觀的水位信息；數據顯示：此窗口的實時報表可以看到各個開關量的狀態，以及儲水設備當前的儲水高度，實時曲線則是顯示當前水位的走勢，歷史曲線是顯示歷史水位的走勢。

（2）設計3個子菜單，分別為登陸用戶，退出登陸，修改密碼，在現實的作業過程中，必須對操作者的權限進行設限，以便是系統能更安全的運行，防止有人惡意的破壞或越權操作。

（3）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。MCGS還為用戶提供了編程用的功能構件，使用簡單的編程語言，編寫工程控制程序（圖3）。

2）變量的設置

圖4 登錄運行環境

當出現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行相應的操作，或者系統自身響應報警。定義報警的具體操作如下：對于“水池1”變量，在實時數據庫中，進入“水池1”屬性設置，在報警屬性中，選擇“允許進行報警處理”；在報警設置中選擇“上限報警”，把報警值設為：7.5米；報警注釋為：水池1的水已達上限值；在報警設置中選中“下限報警”，把報警值設為：1米；報警注釋為：水池1快沒水了。在存盤屬性中，選中“自動保存產生的報警信息”。實時數據庫只負責關于報警的判斷、通知和存儲三項工作，而報警產生后所要進行的其它處理操作，就要在腳本程序里實現。當有報警產生時，用指示燈顯示報警。在“對象元件庫管理”，選擇構件并根據報警數據的設定進行設置。至此，報警部分制作完畢。

為了整個系統能安全地運行，需要對系統權限進行管理，可以通過軟件對“用戶權限管理”設置“用戶密碼”，設置“登錄用戶”、“退出登錄”、“用戶管理”、“修改密碼”、“系統運行權限”等，還可以對工程安全進行加密管理（圖4）。

3 設備的通信調試

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

【參考文獻】

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[5]嚴盈富，等.監控組態軟件與PLC入門[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[責任編輯：楊玉潔]