基于PLC的水塔水位监控系统的自动化改造

【摘 要】由于我矿水塔电控系统安装较早自动化水平较低，值班劳动强度较大，另外经常由于疏忽造成水塔系统缺水或溢水。为改善上述情况，对水塔电控系统进行改造。本文通过使用PLC技术和组态软件结合设计水塔水位监控系统；通过MCGS上位机的组态制作工程画面，包括水池、水塔自动供水，水位上限和下限报警，报表的输出及查询等；使人机交互界面更直接、控制更安全、可靠。

【关键词】PLC；水位监控；组态软件

由于我矿水塔电控系统安装较早自动化水平较低，每天需要安排三班岗位人员观察水位情况并手动启停相关水泵，劳动强度较大，另外经常由于人的疏忽造成水塔系统缺水、溢水，不能提供稳定的供水。为改善上述情况，对水塔电控系统进行改造。

随着自动化水平的提高，在无人值守的情况下进行水塔自动给水已经成为发展趋势。PLC是以微处理器为核心的工业控制装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点。而MCGS组态软件是一套用于快速构造和生成计算机控制系统的组态软件，是一个很好的操作平台。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛应用。

本文控制的主要内容为：

当水池1水位低于水池1下限时，进水阀1打开向水池1进水，当水池1水位到达水池1上限时，进水阀1关闭。当水池1水位高于水池1下限时，且水塔水位低于水塔下限时，水泵1运转抽水，出水阀关闭。当水塔水位高于水塔上限时水泵1停止。水池2作为备用水池，当水池2的水位低于水池2水位下限时，进水阀2打开，当水池2水位高于水池2水位时，进水阀2关闭。当水池1出现故障时，可手动开启水泵2，给水塔供水。只要水塔水位不为零，出水阀均处于打开状态。

其中备用水池是考虑到现实的状况，因为进水阀及水泵这些供水设备有可能突然的损坏，而居民的水源不能因此中断供水，所以增加备用的水池。此备用的水池平时只用来储水，只有在特殊的情况下才能在人为操作的条件下向水塔供水。根据以上情况，特增加备用的供水系统。

1 控制内容改造

1）根据控制内容的要求，设计工艺流程图如下（图1）：

图1

2）分析水塔水位控制系统、PLC的输入输出端口设置如表1所示：

表1

3）根据上面的工艺流程和输入输出设计PLC的硬件电路如图2所示。

图2

2 水塔水位监控系统的组态设计

MCGS组态软件，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。

图3 水塔水位监控系统页面

1）MCGS组态软件的系统构成

根据控制要求，确定工程的总体框架如下：

（1）设置4个用户窗口，分别如下：

封面：用于在登陆系统时，对系统有个总的印象；（下转第81页）（上接第99页）水塔水位监控系统：在运行时，可以在此窗口下对运转设备进行操作和实时监控；水位监控：主要是对三个巨型储水设备进行实时监控，为操作者提供直观的水位信息；数据显示：此窗口的实时报表可以看到各个开关量的状态，以及储水设备当前的储水高度，实时曲线则是显示当前水位的走势，历史曲线是显示历史水位的走势。

（2）设计3个子菜单，分别为登陆用户，退出登陆，修改密码，在现实的作业过程中，必须对操作者的权限进行设限，以便是系统能更安全的运行，防止有人恶意的破坏或越权操作。

（3）在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS还为用户提供了编程用的功能构件，使用简单的编程语言，编写工程控制程序（图3）。

2）变量的设置

图4 登录运行环境

当出现异常情况时就要在上位机上有个报警的输出，这样工程人员可以进行相应的操作，或者系统自身响应报警。定义报警的具体操作如下：对于“水池1”变量，在实时数据库中，进入“水池1”属性设置，在报警属性中，选择“允许进行报警处理”；在报警设置中选择“上限报警”，把报警值设为：7.5米；报警注释为：水池1的水已达上限值；在报警设置中选中“下限报警”，把报警值设为：1米；报警注释为：水池1快没水了。在存盘属性中，选中“自动保存产生的报警信息”。实时数据库只负责关于报警的判断、通知和存储三项工作，而报警产生后所要进行的其它处理操作，就要在脚本程序里实现。当有报警产生时，用指示灯显示报警。在“对象元件库管理”，选择构件并根据报警数据的设定进行设置。至此，报警部分制作完毕。

为了整个系统能安全地运行，需要对系统权限进行管理，可以通过软件对“用户权限管理”设置“用户密码”，设置“登录用户”、“退出登录”、“用户管理”、“修改密码”、“系统运行权限”等，还可以对工程安全进行加密管理（图4）。

3 设备的通信调试

在MCGS组态软件的循环策略中输入相应的脚本程序，在MCGS组态软件开发平台上，单击“设备窗口”，再单击“设备组态”按钮进入设备组态。从“工具条”中单击“工具箱”，弹出“设备工具箱”对话框。单击“设备管理”按钮，弹出“设备管理”对话框。从“可选设备”中选中“通用设备”，找到“串口通讯父设备”选中，选中其下的“串口通讯父设备”选中或单击“增加”按钮，加到右面已选设备。再选中“PLC设备”，找到“三菱FX-232”，加到右面已选设备，本系统通过实验验证通信正常、控制可靠。

【参考文献】

[1]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[2]周美兰，等.PLC电气控制与组态设计[M].北京：科学出版社，2002.

[3]袁秀英.组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]张李冬.过程控制技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[5]严盈富，等.监控组态软件与PLC入门[M].北京：人民邮电出版社，2006.