毕业设计（论文）基于PLC的水电站橡胶坝监控系统的设计.doc

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1、 南京理工大学泰州科技学院毕业设计说明书(论文)作 者:XXX学 号：学院(系):电子电气工程学院专 业:电气工程及其自动化题 目:基于PLC的水电站橡胶坝监控系统的设计高级工程师指导者： 评阅者： 2011 年 5 月毕业设计说明书（论文）中文摘要水电站橡胶坝主要用于渠系上作为进水闸、分水闸、节制闸，能够方便地 蓄水和调节水位和流量；用于沿海岸作防浪堤或挡潮闸，由于不受海水浸蚀和海生生物的影 响，比金属闸门效果好；用于城区园林工程，采用彩色坝袋，造型优美，线条流畅，可为城市建设 增添一道优美的风景。本文介绍了采用S7200型PLC作为系统的控制器，对水电站橡胶坝实现全自动控制的系统，组态王用

2、于PLC控制系统的人机界面组态软件，在该软件平台上自行设计开发了橡胶坝控制系统中的动态监测组态画面，在计算机上监测整个系统的设备运行状况，同时进行参数设定和指令控制等功能。关键词 橡胶坝 组态王 PLC 监控系统毕业设计说明书（论文）外文摘要Title The Design of Rubber Dam Hydropower AbstractRubber Dam Hydropower as a canal system is mainly used for intake, sub-gate, sluice, water storage and the ability to easily adju

3、st the water level and flow; Used as a breakwater along the coast or tidal gates, due to erosion from water and marine organisms, better than the effect of the metal gate;For the urban garden project, using color bar bags, sleek, flowing lines, can add a beautiful urban landscape construction.This a

4、rticle describes the type of PLC with S7-200 controller as a system,Rubber Dam for hydropower to achieve automatic control system, Kingview PLC control system for human-machine interface configuration software,The software platform designed and developed the control system of rubber dam in the dynam

5、ic monitoring of the configuration screen, Computer equipment to monitor the health of the whole system，while the parameter settings and commands to control other functionKeywords Rubber Dam Kingview PLC Monitoring System目 录 . .1 绪论 11.1 可编程逻辑控制器的产生与发展 11.2 橡胶坝的背景及意义 11.3 传感器 12 水电站橡胶坝监控系统简介 32.1 系统

6、组成 32.2 系统工作原理 63 设计方案的确定 63.1 系统硬件的选择 63.2 监控软件的选择 63.3 设计思路 64 硬件部分的设计 84.1 硬件的选型 84.2 了解本课题所用传感器类型及工作 84.3 硬件电路接线图 105 软件部分的设计 135.1 程序的流程图 135.2 I/O分配表及PLC梯形图 146 组态软件对现场状态监控的实现 156.1 组态王6.53的简介 156.2 S7-200系列PLC的网络通信协议 166.3 顺序功能图法 196.4 组态软件与PLC通信的设置 196.5 变量与数据的定义 256.6 水电站橡胶坝系统监控程序 25结束语 28致

7、谢 29参考文献 30附录A 31绪论随着经济的迅猛发张和科技的快速进步，人们开始用橡胶坝来进行控制上游水位，这样既可以利用此橡胶坝来发电，也可以起到防洪的作用。橡胶坝使用简单、方便，设计也比较简单，但它的作用非常大的。所以橡胶坝越来越被人们所认识，不久后将被广泛的运用。本设计通过充水和排水的设计，通过水位传感器感受到上游水位的上涨达到警戒水位时发出警报，然后通过水泵和阀门向橡胶坝内充水，当坝内水位达到最大时向下游排水通过冲击电机使电机转动产生电压。本设计主要有硬件和软件两大部分组成。1.1 可编程逻辑控制器的产生和发展随着制造业和过程工业的发展，越来越多的现场监控和处理工作，将需要自动化程度

8、更高的控制系统来进行完成。1969年美国数字设备公司(DEC)研制出第一台控制器，创造性的引入了程序控制功能，使其控制系统较继电-接触器控制系统更精确、可靠与稳定。如今，许多大中型控制系统都采取PLC控制系统与硬件系统相结合的方法应用在工业生产上。本设计采用PLC控制水电站橡胶坝运行过程，因其有高可靠性、应付突发事件；编程简单，操作方便；体易控制，能耗低等优点，使得水电站橡胶坝运气起来更快、更好，从而提高机充、自排、机排及发电的效率。1.2 橡胶坝背景及意义可编程控制器(PLC或PC)是一种具有极高可靠性的新型的通用工业自动化控制装置，具有配置灵活、可靠性高等优点。运用PLC对水电站橡胶坝进行

9、控制，控制其自排、机排、机充等运行动作。本设计利用水位传感器检测上游水位的高度以及坝袋内的水位高度从而保证了水电站橡胶坝的安全运行其动作。通过组态王演示，从而实现运行稳定可靠、操作简单、控制方便、提高运行的效果。1.3 传感器 在当今信息时代发展的过程中，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件传感器或只能传感器，已经成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。例如：在设备的自动控制中都有用到传感器来进行速度、压力等的检测和控制。毫无疑问，传感器促进了现代科技的进步。本课题在控制系统实现中多次出现水位上涨的现象，与此对应应该选用水位传感器来进行监控。2 水电站橡胶坝监控系统简介2.1 系

10、统的组成本系统由水泵A(水泵B备用)、(A、B、C、D、E)阀、止回阀A(止回阀B备用)、橡胶坝袋、发电机和4个水位传感器组成。2.2 系统的工作原理该系统主要通过PLC来进行监控。当上游水位在上涨时，开启A阀、C阀、止回阀A，通过水泵A向橡胶坝袋内充水，此时坝袋内水位在不断地上涨，当达到坝内警戒水位时水位传感器感受到信号，然后把信号传送给系统，通过系统开启E阀，当E阀开启后有大量的水排出冲击发电机，使发电机产生三相交流电压。如果遇到暴雨，上游水位在持续上涨时当达到警戒水位时警报灯亮，此时通过系统打开A阀、B阀、C阀、D阀、E阀、止回阀A和水泵A。当不需要排水时，通过系统关闭所有阀门以及水泵。

11、这样就能达到水电站橡胶坝水位监控的目的。2.2.1 系统的控制要求(1) 按下运行按钮，此时系统处于工作状态。(2) 上游水位传感器检测到水位是否达到3m，若是，开启A阀、水泵A、止回阀A、和C阀。(3) 橡胶坝袋内的水位传感器检测到水位是否达到设定值，若是，开启E阀，水冲击发电机，发电机产生电压。(4) 上游水位传感器达到警戒水位时，开启开启A阀、水泵A、止回阀A、和C阀、D阀和B阀。(5) 按下停止按钮，系统全部停止。2.2.2 系统的运行过程橡胶坝的坝体由水充胀橡胶坝袋构成，跨于河道两岸之上。由两台电动机拖动水泵充进行充、排水。水泵、阀门和坝体平面示意图如图2.1系统运行图所示。图2.1

12、 系统运行图橡胶坝运行中的常用术语和工况：(1) 机充：开启A阀、C阀 和水泵A(B 备用)，向坝袋内充水。(2) 自排：开启C阀、D阀 或单独开启E阀，利用坝袋自身的压力将水排出。(3) 机排：开启B阀、D阀和水泵A（B 备用），将坝袋中的水抽出。(4) 溢流：上游水位高于坝袋高度，水从坝袋顶部流过。根据水电站的发电情和橡胶坝自身特点。规定如下原则：(a) 正常情况下坝袋和上游水位（即水库水位）都维持在一定的高度。(b) 当上游水位持续升高时，应当自排，自排过程中水位没有显著下降则用机排(c) 上游水位在短时间内显著升高，或机排。(d) 自排或者机排之后，上游水位下降到正常范围内，或者机排完

13、毕，则机充至正常运行高度。(5) 橡胶坝在正常运行中还会出现以下情况：(a) 坝顶的少量溢流有时能够引起谐振，使坝袋与坝体的水泥基础之间摩擦加剧，从而导致坝袋破损，应当自排少量坝袋中的水。(b) 由于种种原因（自排、泄漏、热胀冷缩等），坝袋内部和外部的压力之比会超出橡胶坝技术规范所规定的数值，或者因坝袋高度不够，使溢流增大影响发电落差，此时应自排或机充。2.2.3 橡胶坝系统中，主要技术指标：(1) 给定值（为正常坝高，可设定为8m）。(2) 达到自排的上游水位（可设定为6m）。(3) 达到机排的上游水位（可设定为9m）。(4) 达到充水的上游水位(3m)。3 设计方案的确定3.1 系统硬件的

14、选择由于本课题研究的是水电站橡胶坝监控系统，对分拣的准确性和安全性的要求很高，同时为了操作方便，程序的调试和修改方便，所以采用了PLC控制为具体方案。利用PLC实现水位控制和发电，根据上游水位和坝袋内水位高低进行控制，系统由机排、机充、自排和电气控制等四部分组成。机排由A阀、C阀、水泵A、和止回阀A来控制，机充和自排都是由阀门和水泵来控制的。电气控制由西门子的可编程控制器、传感器和电源等部件组成。通过传感器采集信号，由PLC控制，实现对水泵、阀门进行复杂的控制，程序中加入警报器，水位一旦达到警戒水位就会报警，然后通过传感器传送给控制系统，最后实施相应的动作。这样使得系统更加系统化，直观化。3.

15、2 监控软件的选择组态王开发监控软件是一种新型的工业自动控制系统，同时具有经济、易于扩展、开发周期短、开放性好、适应性强等优点。一般情况下把该系统划分为三个层次：管理层、监控层和控制层，组态开发要考虑到数据、画面、动画和编程，这几方面问题。本研究课题采用组态王6.53，利用组态王软件和PLC进行通信，使用King View组态软件在上位机上完成水电站橡胶坝工作过程动态仿真，将水电站橡胶坝控制系统的控制器的各种数据采集到上位机，现场操作人员根据数据然后实施相应的操作。这样操作人员不需要深入生产现场，就可以获得实时数据进行操作，则既优化了控制现场作业，又提高了运行效率。所以在设计水电站橡胶坝监控系

16、统时，为了能实行动态仿真以及对系统进行监控。我选用组态王6.53。3.3 设计思路硬件部分可以详细地分为：控制部分、电动部分、传感器部分和电源部分。控制部分采用S7200型PLC进行控制；电动部分主要有阀门、位开关和水泵；传感器主要由水位传感器组成；电源部分电动机采用220伏电源，PLC控制采用24伏直流稳压电源。软件部分的设计主要用V4.0 STEP7 Micro WIN sp3编程软件完成，通过设计PLC梯形图完成控制求，程序设计分为6个部分：系统启动和停止、调用程序、阀门开启与关闭、传感器动作和停止、发电机发电、水泵以运行与停止。4 硬件部分的设计4.1 硬件的选型PLC：在满足本课题的

17、要求和学校的条件允许的情况下，本系统选用西门子PLC S7-200系列，其主机型号为CPU 224 XP，由14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点组成，可连接成7个扩展模块，其最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。程序和数据存储空间是20K字节，它有6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。应用领域极为广泛，覆盖所有关于检测方面的，自动化控制涉及工厂及农业方面的，包括各种数控机床、机械、电气设施、民用设施、环境保护设备等。4.2

18、 了解本课题所用的传感器的类型及工作原理通过对水电站的橡胶坝监控系统的了解。本课题采用运用PLC开发小型水电站橡胶坝的自动控制系统和组态王软件对橡胶坝的拦水工作状态进行实时监控。水位传感器主要用于监测水位，主要工作原理就是当水位上升时传感器检测到该信号时进行转换成可接受的的信息，然后通过传感器将信号传送给监控系统。坝袋内的所承受的压力是有压力传感器来检查的，但在本课题中运用水位传感器来代替压力传感器来检测水位，这样方便、迅速。压力传感器是将水位(压力)作用于单晶硅膜片上(扩散有应变片)，由于硅压阻应变片感受到坝袋内水压的变化，就会输出与水位成线性关系的标准的直流电压的水位传感器。它所选用的传感

19、器是压阻式传感器来检测。压阻式水位传感器的信号处理电路原理如图4.2所示。恒流源提供给应变电桥一个问定直流电流，电桥输出的直流电压信号与水压相关，其微小电压量通过输出放大环节后，由电压/电流转换电路转化为标准直流输出信号(4 mA 20mA)，由于该电流信号与后续处理电路的接口十分简单，而且当长线传输时导线的电阻是不会造成测量误差的，它的抗干扰能力也变得更强。图4.1 压阻式水位传感器测量电路原理压阻式水位传感器输出电流信号与所测的水位的关系为：该式中，H为实际检测水位高度；Ho为基准值，如果传感器安装位置的水位的初始高度：K为传感器的比例系数；Io为没有坝袋内水压作用时，传感器输出电流的初始

20、值，该值一般为4mA左右；Ii为水位传感器对应不同水位时的电流输出值，它的变化范围为4 mA 20mA。当进行水位测量时，对应不同的水位高度，传感器输出不同的电流，对该电流进行检测后，由上式进行转换和计算即可以获得实际水位高度值。4.2.1 上游水位传感器1首先该水位传感器用来检测上游水位的高度。先把参数设置好的传感器固定在上游3m处。 当上游水位上涨到3m高时 ，传感器接受到信号，通过采用最直接的数字的方法，也就是数字化的采样方法，运用数字电路采集感应点的信号，通过这种方法可以直接将水位高度变成与之相对应的水位数字量，它的最大的特点就是可以避免外界的环境因素的干扰，而且所采集的精度视其为等精

21、度，即使测量的精度不随着传感器的量程的变化而变化。然后智能信息处理的一部分可以对采集信号负责处理，之后对采集到的水位信号进行有效的分析，比较，当在软件的识别的计算中，它的最重要的部分是干扰识别部分，在保证数据采集正确的前提下，其水位传感器的信息处理的算法可以去发现采集部分的器件是否损坏，当在一些特定的环境干扰下，可以最大限度的对所受干扰的信息可以进行恢复，大大提高了传感器的可靠性，可用性及可维护性。4.2.2 上游水位传感器2先把该水位传感器固定在上游水位9m处，当上游水位持续上涨时，此时水位传感器感受到信号，然后通过水位传感器工作原理对其信号进行采集、转换，经过处理后将得到监控系统能识别的新

22、信号，最后传送给监控系统，通过监控系统操作执行相应的运行动作。其详细过程是：通过采用最直接的数字的方法，也就是数字化的采样方法，运用数字电路采集感应点的信号，通过这种方法可以直接将水位高度变成与之相对应的水位数字量，它的最大的特点就是可以避免外界的环境因素的干扰，而且所采集的精度视其为等精度，即使测量的精度不随着传感器的量程的变化而变化。然后智能信息处理的一部分可以对采集信号负责处理，之后对采集到的水位信号进行有效的分析，比较，当在软件的识别的计算中，它的最重要的部分是干扰识别部分，在保证数据采集正确的前提下，其水位传感器的信息处理的算法可以去发现采集部分的器件是否损坏，当在一些特定的环境干扰

23、下，可以最大限度的对所受干扰的信息可以进行恢复，大大提高了传感器的可靠性，可用性及可维护性。4.2.3 坝袋内水位传感器1该水位传感器是用来检测坝袋内的水位的，当坝袋内水位上涨的时候坝袋内所承受的压力是越来越大此时，可以用压力传感器来进行检测，可是由于压力传感器把所采集的信号进行转换时比较复杂，所以选择水位传感器比较简单，该水位传感器通过把感受到的信号传送到控制器里然后把水位信号与设定的信号进行比较，最后把得出的信号传送给监控系统，其监控系统执行相应的动作。4.2.4 坝袋内水位传感器2该水位传感器是用来检测坝袋内的水位的，当坝袋内水位上涨的时候坝袋内所承受的压力是越来越大此时，可以用压力传感

24、器来进行检测，可是由于压力传感器把所采集的信号进行转换时比较复杂，所以选择水位传感器比较简单，该水位传感器通过把感受到的信号传送到控制器里然后把水位信号与设定的信号进行比较，最后把得出的信号传送给监控系统，其监控系统执行相应的动作。4.3 硬件电路接线图根据实际PLC模块，I/O分配表和I/O接线图，连接PLC各模块，并通过PC机联机，实现程序控制要求。4.3.1 电气控制系统接线图 该图是通过把编好的程序与组态王界面相连接，进行动画的仿真。在连接时首先要在实验室把线接好其接线的原理要根据图4.2电气控制接线图来进行的。最后接好线后，操作一下看接线是否有问题。没有就可以进行运行了。图4.2 电

25、气控制接线图4.3.2 I/O接线图PLC输入输出接口接线图，如图4.3输入输出接口接线图所示。在实验室中使用的是PLC224模块，此模块的I/O总数为24点，其中输入点14点，输出点10点；可带7个扩展模块；用户程序的存储器容量位8KB；内置高速计数器，具有PID控制器的功能；有2个高速脉冲输出端和1个RS-485通信口；具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由口协议的通信能力；运行速度快、功能强，适用于要求较高的中小型控制系统。在接线图中，按下按钮I0.1，系统运行，按钮I0.2是停止按钮；当上游水位达到3m时I0.3闭合开始机充向坝内注水，此时当坝高达到3m时I0.4闭合开始自排，当上游

26、水位继续上涨机充后水达到9m时I0.5闭合开始机充，此时坝高达到6m后闭合I0.6开始机排，机排结束后可以向坝袋内注水此时闭合I0.0开始机充。系统接线图4.3如下。 图4.3 输入输出接口接线图5 软件部分的设计5.1 程序的流程图程序主要根据水电站橡胶坝装置控制系统的要求进行编制。具体如流程图5.1 。图5.1 橡胶坝的运行流程图5.2 I/O分配表根据控制要求与设计方案，列出I/O分配表，如表5.1所示。表5.1 I/O分配表输入输出运行开关上游水位传感器1上游水位传感器2坝内水位传感器3坝内水位传感器4结束开关排水结束后机充I0.1I0.3I0.4I0.5I0.6I0.2I0.0A阀B

27、阀C阀D阀E阀水泵A止回阀A水泵B止回阀B上游指示灯上游危险警报灯发电指示灯水坝危险警报灯发电机Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6控制系统的PLC控制程序梯形图（见附录1）6 组态软件对现场状态监控的实现6.1 组态王6.53的简介产品概述：King view 是亚控公司推出的第一款针对中小型项目推出的用于监视与控制自动化设备和过程的SCADA产品。也是亚控公司的第一款产品。自King view问世以来，以其易学易用、功能齐全、物美价廉的产品优势使其畅销不衰，年均销售量超过1万套，累计销量10万余套 。在中国及亚洲其

28、为最著名的组态软件产品。S7-200 PLC支持多种通信协议,如点对点接口(PPI)、多点接口(MPI)和PROFIBUS。它们都是基于字符的异步通信协议，带有起始位、8位数据、偶校检和1个停止位。通信帧由起始和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。只要波特率相同，三个协议可以在网络中同时运行，不会相互影响。在水电站橡胶坝控制系统中，控制器S7-200 PLC将利用点对点PPI(Point-to-Point)协议与安装在上位计算机中的工业控制组态软件进行通信。网络上的S7-200 CPU224 PLC作为从站，组态软件组态王6.53作为主站。在PLC控制程序中，将水电站橡胶坝

29、控制系统运行现场的各项参数放入用户数据存储区的指定区域中，通过组态王6.53中的I/O变量采集或刷新这些存放在PLC用户数据存储区中的数据。这样，PLC就可以与上位计算机利用通信进行数据的交换，为实现上位计算机对水电站橡胶坝控制系统现场数据的监控创造了条件。组态王软件的设计思想：(1) 构造出基本的控制画面：对画面中的每一个对象进行属性的定义，比如：颜色、高度、移动等。在设置中可以进行静态和动态的设置，动态的对象是要根据后台的命令语言来运行。组态中还具有报警、报表组态及历史曲线等功能，可以使现在演示的效果更加的逼真，能够更好的实现现场的控制。(2) 构造数据库系统：数据库是实现组态动画演示的重

30、要组成部分，对于画面中每个元素的组成都要在其中对应，对于组态画面中的静态属性可以设置内存属性，这样在演示的过程中静态属性在系统投入运行后，依然可以和原来的组态界面一致；而需要通过外界PLC来进行控制的，设为动态属性，对应与组态中的离散变量，这种对象的动态属性随表达式值的变化而实时改变。(3) 后台命令语言的编写：后台命令语言是实施动画效果的重要手段。后台命令语言的编写必须要依据控制系统的设置与要求。在控制命令中使用C语言来对组态进行步与步之间的控制，彼此之间不能冲突。(4) 组态王与PLC之间的连接：在水电站橡胶坝控制系统中使用的PPI接口，把程序下载到PLC中，同时获取下载地址，同组态王相连

31、接，进行通信。6.2 S7-200系列PLC的网络通信协议6.2.1 S7-200 PLC本课题水电站橡胶坝PLC控制系统采用的是S7-200 PLC9,该系列PLC属于小型可编程序控制器，具有低廉的价格、良好的扩展性、紧凑的设计及其极强的指令系统和通信功能，既可以用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的工业自动化控制系统。甚至在一些大型网络控制系统中也可充分的发挥其作用。6.2.2 S7-200 PLC 系统的组成西门子公司的S7-200 PLC系统是采用叠装式结构的小型可编程控制器，其硬件系统采用整体式和积木式组成，即主机中有一定量的I/O端口数，同时还能扩展各种功能块，具有功能强大

32、、适应性强、可靠性高等优点。S7-200系统可编程控制器由个人计算机(PC)或编程器、STEP 7-Micro/WIN32编程软件及通信电缆、基本单元(S7-200 CPU模块)、扩展单元等组成。(1) 基本单元(S7-200 CPU模块)基本单元也可称为主机，由电源、数字量输入/输出单元、中央处理单元(CPU)组成。以上单元被紧凑地装在一独立的装置中，主机也可以构成一独立控制系统。(a) 中央处理器单元(CPU) 一个主机模块皆有一个或多个CPU。若有多个CPU，则当中必有一个主CPU，其他的为辅助CPU，相互协调工作，则很大的提高了系统运算功能和速度，从而缩短程序执行时间。中央处理单元是P

33、LC的核心部件，负责完成数字运算、逻辑运算以及协调系统内部各部分的工作。(b) 电源单元主机模块中配有锂电池，为了防止掉电时用户数据和程序的丢失，即保存数据及程序，同时，电源单元完成将外界提供的电压源转换成PLC的工作电源供给PLC。(c) I/O单元I/O单元也叫输入/输出单元，输入/输出单元是PLC与外部操作现场输入信号及负载的接口，PLC与其之间的联系由输入/输出单元来实现。接口包括通信接口、存储器接口、扩展接口和编程器接口等等。其中输入/输出扩展接口为了扩展输入/输出类型和点数的部件，其有双口存储器接口、串行接口和并行接口等形式。(d) 存储器单元PLC的所有功能都是在系统程序的管理下

34、来实现的，可编程控制器的存储器单元主要用于存储工作状态数据、系统程序和用户程序。其形式和种类有多种：从安装形式、用途、存储器种类来分别划分为，IC卡、存储器板等；数据存储器、用户存储器和系统程序存储器；ROM、RAM等。(e) 外部设备单元可编程控制器的外部接口设备种类多样，大至可以分为：输入/输出设备、存储设备、编程设备和监控设备。PLC一般带有通信口，S7-200主机模块上都至少有一个或多个通信口，若有两个通信口，当中一个与编程器连接，则另外一个与上位机连接。S7-200上的是RS-485通信口，通过专业的PC/PPI电缆才可与计算机相连。(f) LED指示灯单元CPU模块上有LED指示灯

35、，用于指示运行(RUN)、PLC电源(POWER)、电池电量不足(BATT)等工作状态。(2) 编程器或个人计算机编程器或个人计算机(PC)配有STEP 7-Micro/WIN32编程软件后，用户即可进行编程、调试和监视等工作。(3) STEP 7-Micro/WIN32编程软件STEP 7-Micro/WIN32编程软件建立于Windows的应用软件之上，支持Windows95/98/2000/NT4.0工作环境，用于创建、编程、用户调试程序、系统组态等等。软件开发环境如图6.1 PLC编程界面。图6.1 PLC编程界面(4) 通信电缆个人计算机(PC)与PLC通过通信电缆来实现通信。(5)

36、 人机界面人机界面是专用操作员界面，用户可以通过操作界面实现各种控制和调试任务。6.2.3 PLC的工作过程(1) 输入采样阶段在此阶段PLC将逐个扫描每一个输入端口，然后将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区中，直到下一个循环开始才会被重新扫描。(2) 程序执行阶段当中央处理器在系统程序管理下扫描用户程序时，按照自上而下、先左后右的顺序依次读取梯形图中的指令。以图6.2的用户程序为例，CPU首先读到的是常开触点I0.3,然后当M0.0得电后按钮闭合，Q1.2、Q0.1、Q0.6、Q0.7、Q0.3、Q0.1相继得电并将其保存到输出映像寄存器中。图6.2 运行程序 (3) 输出刷新在此阶段

37、，系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，再经过输出接口，由输出端子输出，然后驱动外部负载。其中输出锁存器一直会将上一次的状态保持到下一个循环扫描周期的开始，而输出映像寄存器的状态则在程序执行阶段是动态的。6.3 顺序功能图法顺序功能图法是根据工艺流程图，然后再依据顺序功能图设计顺序来设计的控制程序。在顺序功能图中，实现转换时，首先要使前级步的活动结束然后才可使后续步的活动开始，步与部之间没有重叠，在设计的顺序功能图中，如果某一转换的所有的前级步都是活动步且满足相应的转换条件，则实现转换，即由有向连线与相应转换符号相连的所有后续步变为活动步，而由有向连线与相应转换符号相连的所有前级

38、步将变为不活动步。像这种很有规律的设计方法，尤其在设计复杂的顺序功能图和梯形图时，就不容易出错，而且很容易掌握。6.4 组态软件与PLC的通信设置(1) 建立新工程双击“组态王6.53”图标19，启动组态王工程管理器，选择“文件” 菜单下“新建工程”或单击工具栏“新建”按钮，弹出对话框如图6.3新建工程向导。图6.3 新建工程向导单击“下一步”，弹出对话框，在图中选择工程的所在目录，单击“下一步”， 在对话框中输入“工程名称”，以及写入“工程描述”，单击“完成”，则新建工程完毕，添加所设工程，如图6.4工程管理器。图6.4 工程管理器(2) 建立组态画面双击“工程名称”，弹出界面，双击“新建”

39、，弹出对话框，输入“画面名称”，单击“确定”完成，进入开发系统。如图6.5新建新的画面。图6.5 新建的新画面在开发系统中，用户可以根据需要利用“工具箱”、“图库”中的工具来绘制工作现场，图库中有传感器、电动机、管道等等。如图6.6开发系统中的图库和工具。图6.6 开发系统中的图库和工具完成以上运行动作后可以在界面进行画图工作在设计每个部件的时候首先必须先建立数据量。然后才能涉及其动作。如图6.7动画界面。图6.7 动画界面然后单击文件里的“切换到Explorer”然后就返回到工程浏览器的界面单击“命令语言.”按钮，弹出画面命令语言对话框。如图6.8工程浏览器界面。.图6.8 工程浏览器界面在

40、完成以上步骤后编辑相应的命令语言。选择“文件/全部存”菜单命令。if(开始按钮=1)上游水位=上游水位+0.5;A下游水位=A下游水位+0.2;时间=时间+1;if(上游水位=3)A阀=1;C阀=1;水泵A=1;止回阀A=1;上游指示灯=1;if(上游水位=3.5)坝高=0.5;if(上游水位=4.0)坝高=1;if(上游水位=4.5)坝高=1.5;if(上游水位=5) 坝高=2;if(上游水位=5.5)坝高=2.5;if(上游水位=6)坝高=3;if(坝高=3)E阀=1;发电指示灯=1;电压=380;发电机=1;上游指示灯=0;A阀=0;C阀=0;水泵A=0;止回阀A=0;if(上游水位=6

41、.5)坝高=3.5;电压=380;if(上游水位=7)坝高=4;电压=380;if(上游水位=7.5)坝高=4.5;电压=380;if(上游水位=8)坝高=5;电压=380;if(上游水位=8.5)坝高=5.5;电压=380;if(上游水位=9)坝高=6;电压=380;水坝危险警报灯=1;发电指示灯=0;if(坝高=6)D阀=1;B阀=1;A阀=0;C阀=0;水泵A=1;止回阀A=1;A阀=1;C阀=1;水泵A=1;止回阀A=1;if(上游水位=9.5)坝高=5.5;if(上游水位=10)上游危险警报灯=1;坝高=5;A阀=1;C阀=1;水泵A=1;止回阀A=1;D阀=0;B阀=0;E阀=0;

42、发电机=0;if(结束按钮=1)上游危险警报灯=0;水坝危险警报灯=0;上游水位=0;A下游水位=0;坝高=0;A阀=0;C阀=0;水泵A=0;D阀=0;止回阀A=0;E阀=0;B阀=0;时间=0;(3) 运行和调试组态王工程已经初步建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件/切换到View”菜单命令，进入组态王运行系统。然后在组态运行系统中选择“画面/打开”命令，从“打开画面”窗口选择“Test”画面。显示出组态王运行系统画面，即可看到动态变化。6.5变量和数据的定义变量和数据定义如下图6.9变量和数据定义所示。图6.9 变量和数据定义6.6 水电站橡胶坝系统监控程序监控软

43、件的现场运行界面如下图所示。现场运行界面以动画和图像的方式显示了水电站橡胶坝现场的各种动作。将包括机排、机充、发电、自排等动作通过组态王6.53中丰富的动画连接定义和通过I/O变量采集来的现场数据联接起来，编写各个模拟现场动作的动画程序，实现了水电站系统现场运行监视。该运行界面的运行动作分别由机充、机排、自排、开始、结束以及发电组成。图6.10 机充图该图显示的是当闭合运行按钮后，上游水位开始上涨，当涨至3m时开启A阀、水泵A、止回阀A和C阀开始进行机充向坝袋内充水。图6.11 自排图该图当坝高达到3m时开启E阀进行自排。图6.12 机排图该图当上游水位继续上涨时必须要自排，此时要开启B阀和D阀。图6.13 运行停止该图完成一切动作后按下结束按钮后所有动作停止。结束语本课题是水电站橡胶坝PLC控制系统的设计及组态联机的实现，