组态控制技术（第4版）课件 模块四 水位控制系统设计

模块四

水位控制系统设计一、教学目标终极目标：通过一个完整的上位机组态软件、下位机PLC驱动变频器的以太网络通讯控制综合使用的设计，掌握对MCGS组态软件、COMPACTLOGIXPLC、POWERFLEX40变频器的网络控制的综合设计应用。促成目标:1．熟练使用MCGS软件设计美观实用的控制界面，重点练习通过OPC驱动设备与COMPACTLOGIXPLC实现通讯。2．会使用COMPACTLOGIXPLC进行程序设计，并配置与上位机MCGS组态软件及POWERFLEX40的通讯设置。3．对POWERFLEX40变频器进行参数设定并配置以太网通讯。4．对系统进行调试，连接变频器与电动机调试，并实现以太网通讯控制。。二、工作任务完成如图4-1所示的水塔供水的变频控制系统，系统要求采用变频器控制水泵的频率，用PLC实现系统的控制要求，用组态软件实现上位机的监控及数据采集。图4-1水塔供水的变频控制系统组成（一）系统的组成1．系统由四部分构成：水塔（高度是6m,在本项目中采用厘米做单位，即600cm）、电磁阀、水泵及变频器。2.系统的工作原理。水塔进行水的存储，通过电磁阀的打开或关闭来控制是否对外供水，水泵通过PLC算法控制变频器的控制对水塔变频补水。（二）系统的控制要求1．电磁阀的控制要求：当水塔水位大于100CM时，电磁阀打开；当水塔水位小于100CM时，电磁阀关断。

2．水泵的变频控制要求：当水塔水位小于200CM时，水泵的控制频率为50HZ；当水塔水位大于200CM小于300CM时，水泵的控制频率为40HZ；当水塔水位大于300CM小于400CM时，水泵的控制频率为30HZ；当水塔的水位大于400CM小于500CM时，水泵的控制频率为20HZ；当水塔水位大于500CM时，水泵的控制频率为0HZ。（三）工程步骤主要分四个模块：1．上位机组态控制界面的设计2．PLC程序的编辑3．变频器的设置4．系统的调试任务1上位机界面设计一、教学目标终极目标：熟练使用MCGS设计控制界面并进行调试。促成目标：（阶段性目标）1．用MCGS设计控制界面2．进行模拟调试二、工作任务1．控制界面的设计2．程序的调试三、能力训练工程的分析：包括：界面的设计分析、参数的分析、下位机的通讯分析。2.具体的操作:包括:工程数据的定义、控制界面的设计、模拟调试。四、理论知识1．组态控制软件在现代生产设备控制系统中的主要功能2．PC机、PLC、智能仪表（单片机控制系统）构成的现代设备控制系统。任务1上位机界面设计任务2PLC软件设计一、教学目标掌握COMPACTLOGICXPLC的基本设计方法，掌握ABPLC的梯形图的基本编辑方法、掌握ABOPC服务器的配置、掌握PLC工业以太网的配置方法及通过以太网实现与变频器的通讯。二、工作任务1定义需要与上位机组态软件及变频器通讯的输入输出变量。2编制梯形图实现水位控制的算法。三、能力训练（一）PLC设计的分析：包括：控制要求的分析、输入\输出参数的分析。（二）RSLOGIX5000程序的操作:包括:变量的定义、通讯模块的设置、控制程序的实现。四、理论知识COMPACTLOGIXPLC简单介绍1．

PLC形状2．PLC特点任务2PLC软件设计任务3变频器的参数设置

一、教学目标掌握变频器的连线与参数设置，掌握POWFLEX40变频器的基本使用方法及POWFLEX40变频器与PLC之间的工业以太网通讯。二、工作任务连接好变频器的动力和控制线路配置好变频器的参数三、能力训练变频器的选型要求对变频器进行选型POWERFLEX40变频器主要的命名原则变频器接线变频器的设置任务4OPC设备通讯设置及模拟测试一、教学目标掌握变频器的连线与参数设置，掌握POWFLEX40变频器的基本使用方法及POWFLEX40变频器与PLC之间的工业以太网通讯。二、工作任务连接好变频器的动力和控制线路配置好变频器的参数三、能力训练系统的分析硬件连接、软件连接、模拟测试具体操作硬件连接、软件的设置、模拟设备运行四、理论知识1．

OPC通讯设备2．现场总线技术概述任务4OPC设备通讯设置及模拟测试

谢谢观看！组态控制实用技术任务1上位机界面设计

一、教学目标终极目标：熟练使用MCGS设计控制界面并进行调试。促成目标：（阶段性目标）1．用MCGS设计控制界面2．进行模拟调试二、工作任务1．控制界面的设计2．程序的调试三、能力训练工程的分析：包括：界面的设计分析、参数的分析、下位机的通讯分析。2.具体的操作:包括:工程数据的定义、控制界面的设计、模拟调试。(一)工程分析

1.界面分析在该系统中，组态软件实现的上位机控制主要实现三个目的：（1）系统运行情况的动态模拟。本系统中主要模拟四个部件即水泵、变频器、水塔、出水阀的运行状况。水泵、出水阀采用颜色的变化方法来表示其开和关，水塔采用液位变化的方法，变频器采用显示频率的方法来表示其运行状况。水塔、水泵、出水阀之间的水位流动采用流动块来表示。（2）系统的启动和停止的控制及系统运行的危险报警。系统中启动和停止信号用按钮控件来实现，报警功能主要对水塔液位的高度进行控制，液位超过或低于一定的限定系统报警。上位机界面中关于报警部分主要有有输入框输入水位上下限参量，用报警显示工具条及报警灯来进行报警提示，同时在数据库里保存报警的相关信息。（3）系统重要参数的显示及数据保存。本系统中主要的参数是水泵的运行频率和水塔的液位高度，显示采用标签进行动态显示，同时把这两个参数的分时数据用数据组的方式存入数据库，便于日后查询。2.参量分析实现本系统的上位机控制功能，至少需要设置9个参量。具体如表4-1所示：

参量名称数据类型输入输出类型用途液位数值型输入（来自PLC）表征水塔的液位高度水泵运行频率数值型输入（来自PLC）表征水泵的运行频率水泵启动开关量输出（传给PLC）控制启动水泵液位上限数值型输出（传给PLC）液位上限的限制液位下限数值型输出（传给PLC）液位下限的限制水泵运行状态开关量输入（来自PLC）表征水泵的开停状态出水阀运行状态开关量输入（来自PLC）表征出水阀的开停状态水泵停止开关量输出（传给PLC）控制停止水泵查询数据组对象中间变量（用于数据查询）包括液位和水泵运行频率两个参量用数据的查询表4-1参数的设置3.下位机通讯的分析本系统上位机(PC机)与下位机(PLC)之间通过以太网连接。PLC采用美国罗克韦尔公司的COMPACTLOGIXPLC，PLC带有以太网通讯模块。上位机组态软件部分需要配置OPC设备实现与PLC的通讯。上位机做为OPC设备的客户端，PLC作为OPC的服务器端，进行通讯。

(二)具体操作

1.工程数据库的定义1）开关量型数据定义图4-2开关型数据型数据定义(二)具体操作

1.工程数据库的定义2）数值型数据定义在工作台状态下，点击实时数据库标签，跳出实时数据库设置页；点击新增数据对象按钮产生一个新的数据对象，双击新产生的数据对象，跳出数据对象属性设置页，设置属性，对象名称：液位；对象初值：0；小数位：0；对象类型：点选数值。如图4-2所示。同理定义液位、水泵运行频率、液位上限、液位下限等共四个数值型参数。(二)具体操作

1.工程数据库的定义3）组对象型数据定义图4-3数组型数据定义(二)具体操作

2.控制界面的制作,1）建立窗口，如图4-4所示图4-4画面的建立(二)具体操作

2.控制界面的制作,1）制作文字框图，如图4-5所示图4-5文字框的制作(二)具体操作

2.控制界面的制作,3）系统动态模拟部分界面制作图4-6水塔构件选择(二)具体操作

2.控制界面的制作,3）系统动态模拟部分界面制作

图4-7流动块的设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,3）系统动态模拟部分界面制作图4-8动画界面显示(二)具体操作

2.控制界面的制作,3）系统动态模拟部分界面制作图4-9水泵动画设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,3）系统动态模拟部分界面制作

图4-10水塔动画设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,3）系统动态模拟部分界面制作图4-11流动块设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,4）输入参数部分设置图4-13按钮设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,4）输入参数部分设置

图4-14参数输入效果图(二)具体操作

2.控制界面的制作,5）参数显示图4-15输出标签设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,5）参数显示图4-16参数显示效果图(二)具体操作

2.控制界面的制作,6）表格显示图4-17液位组存盘属性定义(二)具体操作

2.控制界面的制作,6）表格显示图4-18用户查询策略定义(二)具体操作

2.控制界面的制作,6）表格显示

图4-19用户策略设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,6）表格显示图4-20菜单定义(二)具体操作

2.控制界面的制作,6）表格显示图4-21菜单设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,6）表格显示图4-22表格数据显示效果(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-23报警指示灯定义(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-24参数报警设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-25报警显示工具条设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-26报警显示效果图4-27增加策略(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-28菜单的设置(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-29运行策略定义(二)具体操作

2.控制界面的制作,7)报警设置图4-30脚本程序(二)具体操作3.模拟运行调试1)在设备窗户设置模拟设备来模拟产生液位、水泵运行频率的值。双击设备窗口。进入设备组态状态，选择设备管理中的模拟设备。然后进行参数设置。如图4-31所示。

图4-31模拟设备设置(二)具体操作

3.模拟运行调试1)模拟运行状态下的界面如图4-32、4-33所示图4-32控制界面(二)具体操作

3.模拟运行调试1)模拟运行状态下的界面如图4-32、4-33所示

图4-33表格查询四、理论知识1．组态控制软件在现代生产设备控制系统中的主要功能监视功能。组态软件监视各设备的运行状态并进行应急的报警及相关处理仍然是组态软件重要的功能。参数的输入。各设备的常用参数的输入及系统总的启动和停止功能。设备的管理及数据采集处理。管理各单个的生产设备并收集处理关键的数据已经成为组态软件最重要的功能。任务1上位机界面设计四、理论知识2．PC机、PLC、智能仪表（单片机控制系统）构成的现代设备控制系统。现代生产设备的控制系统由PC机、PLC、智能仪表构成三层的现场网络系统。在各系统中PC机（组态软件）负责管理及数据收集管理功能。PLC负责单个设备的运行控制功能、智能仪表对单个设备的各组成部件进行分别控制。任务1上位机界面设计

谢谢观看！组态控制实用技术任务2PLC软件设计

一、教学目标掌握COMPACTLOGICXPLC的基本设计方法，掌握ABPLC的梯形图的基本编辑方法、掌握ABOPC服务器的配置、掌握PLC工业以太网的配置方法及通过以太网实现与变频器的通讯。二、工作任务1定义需要与上位机组态软件及变频器通讯的输入输出变量。2编制梯形图实现水位控制的算法。三、能力训练（一）PLC设计的分析：包括：控制要求的分析、输入\输出参数的分析。（二）RSLOGIX5000程序的操作:包括:变量的定义、通讯模块的设置、控制程序的实现。（一）PLC设计的分析1.PLC设计的分析

1）系统总的控制要求

①电磁阀的控制要求：当水塔水位大于100CM时，电磁阀打开；当水塔水位小于100CM时，电磁阀关断。②水泵的变频控制要求：当水塔水位小于200CM时，水泵的控制频率为50HZ；当水塔水位大于200CM小于300CM时，水泵的控制频率为40HZ；当水塔水位大于300CM小于400CM时，水泵的控制频率为30HZ；当水塔的水位大于400CM小于500CM时，水泵的控制频率为20HZ；当水塔水位大于500CM时，水泵的控制频率为0HZ。2）通讯的控制要求①与上位机之间进行通讯。主要需要与组态软件通讯的参数有：液位、水泵运行频率、液位上限、液位下限、水泵启动、水泵停止、水泵运行状态、出水阀运行状态。②与变频器之间的通讯。主要需要通讯的参数有：变频器启动、变频器停止、变频器运行频率。2.输入、输出的分析及定义（见表4-2）

变量名称类型性质通讯对象对应的参量WaterINT输入组态软件液位StartBOOL输入组态软件水泵启动StopBOOL输入组态软件水泵停止VALVEBOOL输出组态软件水泵运行状态BUMPBOOL输出组态软件出水阀运行状态HzDINT输出组态软件水泵运行频率WATERUPINT输入组态软件液位上限WATERDOWNINT输入组态软件液位下限Water.O.Data[0].0AB:ETHERNET_MODULE:C:0输出变频器变频器开Water.O.Data[0].1AB:ETHERNET_MODULE:C:0输出变频器变频器关Water.O.Data[1]AB:ETHERNET_MODULE:C:0输出变频器运行频率表4-2PLC定义的参数（二）RSLOGIX5000程序的操作变量的定义。双击RSLOGIX5000软件，进入软件设计界面，把文件另存为“watercontrol”文件。打开CONTROLLERWATERCONTROL文件夹，双击CONROLLERTAGS标签，打开控制器范围的变量定义界面，点击下部的EDITTAGS标签。（二）RSLOGIX5000程序的操作

2.与变频器通讯的以太网模块的设置

点开I/OConfiguration文件夹，选中1769-L32EEthernetPortLocalENB标签，按鼠标右键弹出选择菜单，点选NEWMOULDE命令，弹出模块选择界面，选择ETHERNETMOULD模块。如图4-35所示。图4-35以太网模块的配置（二）RSLOGIX5000程序的操作

2.与变频器通讯的以太网模块的设置

对以太网模块进行如下的设置：同时再回到CONROLLERTAGS标签界面，系统自动产生三个以太网参量。如图4-36所示：图4-36以太网模块参数（二）RSLOGIX5000程序的操作3.控制程序的实现（见教材）。四、理论知识1．PLC形状COMPACTLOGIXPLC的外型图4-38所示任务2PLC软件设计图4-48COMPACTLOGIXPLC外型四、理论知识2．PLC特点1）采用模块式结构：①I/O能够扩展到8个CompactI/O模块②不需要机架③DIN导轨或者面板直接安装2）网络通讯能力强大。可选网络通讯DH-485、DeviceNet和EtherNet/IP等。内置RS-232端口，支持如下方式：DF1FullDuplex/Master/Slave、DH-485、ASCII任务2PLC软件设计

谢谢观看！组态控制实用技术任务3变频器的参数设置

一、教学目标掌握变频器的连线与参数设置，掌握POWFLEX40变频器的基本使用方法及POWFLEX40变频器与PLC之间的工业以太网通讯。二、工作任务连接好变频器的动力和控制线路配置好变频器的参数三、能力训练变频器的选型要求对变频器进行选型POWERFLEX40变频器主要的命名原则变频器接线变频器的设置任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器的选型要求1）变频器与PLC之间的通讯采用以太网通讯接口。2）变频器与水泵之间的配合主要依据额定相电流。任务3变频器的参数设置

三、能力训练对变频器进行选型本套水位控制系统采用万达自吸泵，其额定参数和对应选择的POWERFLEX40的型号及参数见表4-3：表4-3变频器造型名称类型名称电压类型额定相电流额定功率水泵万达自吸泵GP125

380V/三相1.2A

220W变频器22B-D1P4N104

480V/三相1.4A

370W其主要的配合参数为额定相电流，要求变频器的相电流略大于水泵相电流。任务3变频器的参数设置

三、能力训练POWERFLEX40变频器主要的命名原则图4-39POWERFLEX40变频器命名原则任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器接线变频器与电动机接线如图4-40所示图4-40变频器接线电路任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器的设置1）变频器的数字显示界面及说明如图4-41所示；变频器的状态显示及说明见表4-4；变频器的键位名称及功能见表4-5。图4-41变频器的数字显示界面及说明任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器的设置表4-4变频器的状态显示及说明任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器的设置表4-5变频器的键位名称及功能任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器的设置2）参数的具体设置任务3变频器的参数设置

三、能力训练变频器的设置3）采用网络控制的方式的具体参数设置按照上位所提示的参数设置方法，分别把P038、P036分别设置成5、5。即启动和频率都采用网络控制的方式。

谢谢观看！组态控制实用技术任务4OPC设备通讯设置及模拟测试一、教学目标掌握变频器的连线与参数设置，掌握POWFLEX40变频器的基本使用方法及POWFLEX40变频器与PLC之间的工业以太网通讯。二、工作任务连接好变频器的动力和控制线路配置好变频器的参数三、能力训练系统的分析硬件连接、软件连接、模拟测试具体操作硬件连接、软件的设置、模拟设备运行三、能力训练系统的分析（1）硬件连接硬件连接如图4-42所示，POWFLEX40变频器、COMPACTLOGIXPLC与PC机通过以太网共同连接到以太网交换机上。变频器PLCPC机以太网交换机图4-42系统硬件结构图三、能力训练系统的分析（2）软件连接软件连接如图4-43所示，核心的通讯软件是安装在PC机上的RSLINX软件。它是变频器与PLC、PLC与组态软件之间通讯的桥梁。但变频器与PLC和PLC与组态软件这两种通讯，它们的方式不同。PLC与变频器之间采用的是通过互定义全局变量来实现通讯。而PLC与MCGS组态软件之间是通过OPC中间设备来实现通信。变频器（嵌入式软件）PLCRSLOGIX5000MCGS（OPC客户端）

RSLINX（全局变量）

RSLINX

（OPC服务器）图4-43系统软件结构图三、能力训练系统的分析（3）模拟测试

通过上位机的组态软件的模拟设备模拟产生水塔液位的数据，把这个液位数据传给PLC，PLC根据液位的高低进行频率的控制。进行整个系统的模拟运行。

三、能力训练2．具体操作1)硬件连接硬件连接，按图4-42所示采用双绞线连接好系统。2)软件连接变频器与PLC通讯只需要在PLC上定义好相关的全局变量，此部分工作在模块2已经完成。组态软件与PLC之间的通讯。

三、能力训练2．具体操作2)软件连接组态软件与PLC之间的通讯RSLINX的OPC服务器设置。双击右下角的RSLINX软件,点击DDE/OPC指令,出现如图4-44所示界面:图4-44RSLINXOPC服务器设置组态软件与PLC之间的通讯MGCGOPC客户端配置在设备管理中双击OPC设备，把OPC设备加入到选定设备中；在设备组态窗口中双击OPC设备；对OPC设备进行组态，OPC服务器选择RSLINXOPCServer，如图4-45所示。图4-45OPC设备的添加组态软件与PLC之间的通讯MGCGOPC客户端配置把PLC的数据与组态的数据进行对应，电机运行频率对应HZ，启动水泵对应START、停止水泵对应STOP，水位对应WATER。数据类型：布尔数对应为整数型、正数值对应浮点型参数，如图4-46所示。图4-46OPC通讯的参数对应图三、能力训练2．具体操作3）模拟运行组态模拟设备的配置：在工作台下进入设备组态窗口，把模块一的模拟设备先删除，然后再添加模拟设备如图4-47所示：定义模拟设备，双击模拟设备对其内部属性进行定义。最后把通道1