基于PLC与组态王的液态混合模拟.doc
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电气信息工程学院
大作业/论文
12—13学年第一学期
课题名称基于PLC与组态王的
液态混合模拟
姓名
学号09813215
班级09东电气
（2）班
成绩
基于PLC与组态王的液态混合模拟
摘要：
介绍了利用组态王6.5软件制作人机界面的一个液态混合模拟系统，利用三菱FX2系列可编程控制器实现控制，用组态王人机界面监控液态混合模拟系统的运行情况。
首先分析了液态混合模拟系统的要求，然后进行了可编程控制I/O点的分配、编写了组态王控制程序、绘制了原理图；同时，实现了PLC与上位机组态王软件的通讯、设备的连接与配置、数据库的构造、图形界面的设计、动画连接的建立、报警窗口的建立和曲线图的建立等；最后调试成功。
实践证明，PLC和组态王6.5软件结合可以方便的实现自动化监控系统的设计、检测，并且具有良好的应用价值。
关键词：
仿真动画组态王液态混合模拟
Abstract:
ThepaperintroducesaLiquidhybridsimulationsystemwhichusesKingview6.5softwaretomakeman-machineinterface.ItmakesthecontrolrealizewiththeuseofprogrammablelogiccontrollerofMitsubishiFX2series,alsomonitoringtheoperationalconditionsoftheLiquidhybridsimulationsystemwiththeKingviewman-machineinterface.Firstofall,itwillanalyzetherequirementsofLiquidhybridsimulationsystem,andthen,theallocationoftheI/Opointofprogrammablecontroller,theredactionofcontrolprogramofKingviewandthedrawingofschematicdiagram.Meanwhile,itmakesthecommunicationbetweenPLCanduppercomputeroftheKingviewsoftware,theattachmentandallocationofdeviceandthestructureofdatabase,thedesignationofgraphicalinterface,theestablishmentofanimationconnection,alarmingwindowandcurvechartrealize.Atlast,itisthesuccessofdebugging.ThepracticeprovesthattheconnectionofPLCandKingview6.5softwarecanrealizethedesignationandexaminationofAutomaticmonitoringsystemconvenientlyandhasgoodapplicationvalueanddataacquisition.
Keywords:
simulationanimationKingviewLiquidhybridsimulation
1.引言
随着我国社会主义市场经济的发展，现代工业日新月异，人们对自动化监控系统的要求越来越高。
作为一种组态软件，组态6.5可构造一个有效的监控和数据采集系统，并以图形界面清晰准确、设计开发过程简单易学的特点广泛应用于各种工程领域。
此仿真软件的设计开发主要是为实验教学服务的，它可以摆脱硬件模拟的限制，利用仿真软件和PLC即可完成实验任务。
此仿真软件可以实现对PLC控制系统的仿真和双向控制功能，即实现控制室与被控对象的双向控制，这将成为现代化控制形式的一个趋势。
目前，此仿真软件良好，已基本达到设计要求。
基于三菱FX2系列PLC控制的液态混合模拟系统为例，如何在组态王中设计开发一个液态混合模拟系统[1]。
2.系统框图
图1系统框图
3.组态王软件包的介绍
组态王的最新版本（6.53）是亚控公司根据当前自动化技术的发展趋势，保持了组态王早期版本的功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。
组态王6.53提供了丰富的简捷、易用的配置界面，提供大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供简单易用的接口；该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性可用性有了很大的提高[3]。
（1）组成“组态王”是在PC机上建立工业控制对象的人机接口的智能软件包，运行于中文WINDOWS环境下。
“组态王”软件包由画面制作系统TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW两部分组成，TOUCHMAK和TOUCHVEW是各自独立的WINDOWS应用程序，均可独立使用：
两者又相互依赖，在TOUCHMAK系统中设计开发的画面应用程序必须在TOUCHVEW运行环境中才能运行。
（2）功能①强大的图形编辑功能，充分利用WINDOWS图形功能完备、界面设计美观的特点，可绘制各种工业界面；②提供16种动画连接方式，以满足任意的动画连接需要；③实时数据库，“组态王”已实时数据库为核心的运行机制，奠定了其强大的组态能力和极佳通用性的基础；④提供了一类C语言，使用客户可以根据自己的特殊需要编写一段程序；⑤实时的趋势判断能力，便于进行数据跟踪分析；⑥DDEI/O服务程序，“组态王”遵循WINDOWS下的标准动态数据交换（DDE）协议，借助于DDE与其它软件联系[5]。
4.液体混合模拟硬件介绍
（1）模拟构成此模拟式一液体混合模型，设有启动按钮和停止按钮、液面传感器L1开关液面传感器L2开关、液面传感器L3开关、温度传感器T开关、液体A阀门Q1指示灯、液体B阀门Q2指示灯、液体C阀门Q3指示灯、搅拌电机指示灯、加热器指示灯及混合液体出口指示灯。
（2）运行要求正确连接PLC与PYS3液态混合模拟模块的实际接线，实现PLC与组态王之间的正常通信，在组态王中绘制液态混合模拟的监控系统。
①按下启动按钮液体A阀门Q1打开，液体A流入容器，当液面到达L3时，L3接通，关闭液体A阀门Q1，打开液体B阀门。
②当液面到达L2时，关闭液体B阀门Q2，打开液体C阀门Q3。
Q5搅匀电机启动，开始对液体进行搅匀。
③当液面到达L1时，关闭阀门Q3。
并开启加热器Q4。
④当温度传感器到达设定温度时，加热器Q4停止加热。
⑤通过一段时间的延时，搅匀电机停止工作，出水阀门Q6打开，将搅匀的液体放出。
⑥当液面下降时，液面传感器L1，L2，L3由接通依次变为断开，再过3s后，容器放空，混合液体阀门Y4关闭，开始下一周期。
⑦当按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态）。
对混合液体出口Q6计数，并且绘制液体混合模拟系统的报警窗口，次数大于3次进行报警，大于10将计数自动清零。
对液体混合模拟系统建立混合液体出口Q6次数的实时曲线显示。
对液体混合模拟系统建立混合液体出口Q6次数的历史曲线显示。
完成以上指标的同时要求画图美观，对液体混合模拟系统可以直观的控制和监视，达到实验的要求。
5.PLC控制系统设置
5.1I/O分配
如根据上述控制要求，系统I/O分配如图2所示
输入
输出
器件
说明
器件
说明
X0
启动开关
Y0
液体A阀门Q1
X1
停止开关
Y1
液体B阀门Q2
X2
液面传感器L1
Y2
液体C阀门Q3
X3
液面传感器L2
Y3
加热炉Q4
X4
液面传感器L3
Y4
搅匀电动机Q5
X5
温度传感器T
Y5
混合液体阀门Q6
图2PLC模拟控制液态混合I/O地址表
5.2PLC外部连接图的设计
PLC外部连接图如图3所示
图3液态混合控制线路电气接口图
6.软件流程图
图4软件流程图
根据混合液态模拟运行要求设计流程图如图4所示。
7.仿真软件实现功能
（1）功能用组态王软件中的工具箱可绘制出静态画面，对控制的图素进行变量定义及动画连接。
当PLC模拟开关动作时，PLC通过DDE（动态数据交换）传递给组态王画面，则对应的变量图素产生动画效果。
在画面中可显示混合液态及液面位置、温度、搅拌电机、加热器、混合液体出口等各种必要的信息。
此系统除了实现PLC对“组态王”画面的控制，还要实现“组态王”画面对PLC控制。
即可实现双向控制，即仿真画面上的按钮能控制混合液态模型的动作，也可用模型控制画面。
（2）仿真软件静态图在组态王工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”，新建一个名为“混合液态”的新画面，在此画面上绘制各种图素。
绘图时运用工具箱中的一些基本元素，如直线、椭圆、折线、文本和按钮等等，如图5所示。
图5组态监控画面
8.组态监控系统实现
本设计中，混合液态监控系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6.5组态王软件。
8.1PLC与上位机组态王之间的通信
组态王6.5把每台与之通信的设备（包括PLC、智能模块、板卡、智能仪表、变频器等）看作外部设备，它内置了大量的设备驱动作为组态王与外部设备的通信接口。
在开发过程你只需根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程即可。
运行期间，组态王就可通过通信接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令[1]。
（1）工程的创建创建新工程，在工程名称输入“混合液态”工程名称，将新建的工程设为组态王的当前工程。
利用厂家提供的专用PLCUSB编程电缆，将PLC通过编程口与上位机组态王串口（COM口）连接，进行串行通信。
设置工程浏览器左侧大纲项“设备/COM1”，用组态软件进行实时监控首先要完成通讯连接，组态王通讯参数应与PLC的通讯参数设置保持一致。
为设备选择连接串口,根据PLC与上位机连接选择的串行口。
（2）构造数据库数据库是“组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，创建各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全有组态王内部变量代替。
这样，PLC的实际输入输出状态能反映在组态监控界面上，借助PLC的CPU通信功能，系统的运行就可以真正的监控，如图6所示。
图6组态王数据变量定义
8.2动画连接
（1）动画连接就是将画面上创建的各个图素与所建立的相应变量关联，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表现出来。
本系统中要进行动画连接的图素有启动按钮、停止按钮、液态传感器L1、L2、L3开关等。
为实现模拟系统的动画效果，在进行动画连接时除了设置各项参数外，还必须编写时间命令语言和应用程序命令语言。
在画面的应用程序命令语言对话框中输入如下命令语言：
（1）启动开关X0==1\\本站点\Y0==1;
（2）停止开关X1==1\\本站点\Y15==1;
（3）液面传感器X2==1\\本站点\Y2==0;
\\本站点\Y3==1;
\\本站点\Y10==1;
（4）液面传感器X3==1\\本站点\Y1==0;
\\本站点\Y2==1;
\\本站点\Y4==1;
\\本站点\Y11==1;
\\本站点\电机旋转==1;
（5）液面传感器X4==1\\本站点\Y0==0;
\\本站点\Y1==1;
\\本站点\Y12==1;
（6）液体A阀门Y0==1if（\\本站点\液面高度<50）
\\本站点\液面高度=\\本站点\液面高度+5;
（7）液体B阀门Y1==1if（\\本站点\液面高度<75）
\\本站点\液面高度=\\本站点\液面高度+5;
（8）液体C阀门Y2==1\\本站点\循环标志=1;
if（\\本站点\液面高度<100）
\\本站点\液面高度=\\本站点\液面高度+5;
（9）混合液体阀门Y5==1\\本站点\报警次数=\\本站点\报警次数+1;
if（\\本站点\报警次数==10）
\\本站点\报警次数=0;
画面的事件命令语言是整个监控系统的关键部分，控制PLC时也可以在组态王中可以实时监视。
8.3程序运行
设置好一切参数，配置好运行系统后，就可以启动运行环境了。
在开发系统中单击工具条“View”按钮或快捷菜单中“切换到View”在组态王工程浏览器命令后，进入组态王运行系统，如图所示。
图7液态混合运行画面
9.一些程序设计体会
（1）搅拌电机旋转
图8搅拌电机事件命令语言
对于电机的旋转顺逆时针即可，沿一个方向旋转不停地加10，旋满360°又回到起始点。
（2）搅拌电机延时停止
图9停止延时事件命令语言
当温度传感器到达设定温度时，加热器Q4停止加热，加热器Q4为0，搅拌电机Q5为0停止旋转，出水阀门Q6为1，等待液面传感器的指令。
（3）停止按钮的设定
图10停止按钮事件命令语言（a）
图11停止按钮事件命令语言（b）
停止按钮为本个实验的难点，要求当按下停止按钮后，要将当前的混合操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态）；如果没有按下停止按钮容器放空，混合液体阀门Y4关闭，开始下一周期。
那么对于混合液体阀门Y5为判断停止还是继续下一循环的标志，在停止按钮为1时，Y5=1且液面高度=1时，应该停止所有动作；但停止按钮为0，Y5=1且液面高度=1时，应该进行下一循环。
但如果刚开始没有按开始按钮那么这样的事件命令语言就会自行循环，所以关联了Y14，只有按了开始后Y14=1，这样就可以判断停止按钮的命令语言。
10.报警和曲线的建立
10.1报警窗口的建立
在工具箱中新建一个报警窗口，双击报警窗口的菜单栏，命名报警窗口，选择各项属性。
定义数据库中的“报警次数”的报警组名，报警限等属性相关联到报警窗口，在报警窗口的条件属性中也要选择对应的报警组，这样就可以实时报警，在选择文件下的“切换到View”，进入运行系统，打开菜单栏下“画面”中的打开“混合液态”可以观察到如图12所示的报警窗口。
图12报警窗口的数据显示
10.2监控曲线的建立
（1）实时趋势曲线的建立
在工具箱中很容易找到实时趋势曲线并新建一个，双击“实时趋势曲线”将曲线表达式相关联到“报警次数”即可，但是有一点特别要值得注意的是，液体出口Q6次数的最大最小值要进行设定。
（2）历史趋势曲线的建立
在工具箱中并没有历史趋势曲线，选择“通用插入控件”可以查找到历史趋势曲线，如图所示，对“报警次数”的记录一定要选择如图所示的数据变化记录，右击“历史趋势曲线”选择控制属性，才可以在曲线中选择到如图所示的增加曲线，选择确定，进行运行系统，可以观察到混合液态的历史趋势曲线，如图13所示。
图13历史趋势曲线
11.结论
设计综合了计算机和PLC的长处；计算机作为上位机提供了良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，PLC作为下位机执行可靠有效的分散控制。
监控系统不仅可以接受多种PLC发出的控制信号，亦可向PLC发出各种命令信号，还可以与PLC之间进行各种状态数据的传输。
基于组态王的对混合液态的PLC控制系统的设计正确，实现了混合液态的自动控，加强了远程监控的能力，提高了控制系统好的准确性和稳定性[4]。
参考文献
[1]李宁.基于西门子S7-200和组态王6.53的交通灯监控系统设计.南宁：
大众科技，2009.
[2]韩晓新，邢绍邦.三菱FX系列PLC基础及应用.北京：
机械工业出版社，2010.
[3]韩晓新，邢绍邦，刘海燕.从基础到实践——PLC与组态王.北京：
机械工业出版社，2011.
[4]李胜多.基于PLC和组态王的搬运机械手控制系统的设计.青岛：
农机研究，2010.
[5]刘艳，孙晓瑛.四层楼电梯PLC控制系统的仿真动画软件.北京：
清华大学电机系电工学实验室，2000.
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