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【摘 要】用西门子PLC作为水塔水位控制的核心，通过传感器检测水塔的实际水位，将水位信息传至PLC的控制模块，经A/D转换进行数据比较，来控制水泵的动作，同时显示水位具体信息。采用组态王进行组态设计，建立PLC与上位机监控软件之间的通讯，建立数据库和设计相应的组态画面，最后建立动画连接。
【关键词】水位控制；组态；可编程控制器
一、水塔水位控制系统
水塔水位控制系统以PLC作为控制核心，利用水的导电性连续测量水位的变化，把测量到的水位变化参数转换成相应的电信号，上位机应用组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示，使水位保持在适当的液位，维持水压恒定，从而提高供水系统的可靠性。
二、PLC水塔水位控制系统的硬件设计
（一）水塔水位控制系统的设计要求
图1 水塔水位控制装置图 图2部分梯形图
水塔水位控制装置如图1所示。设水塔、水池初始状态都为空，4个液位指示灯全灭。当执行程序，扫描到水池液位低于水池下限液位时，水池下限位指示灯S4亮，水阀打开，开始往水池进水；定时器开始定时，4秒后若S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障；若水池液位已经超过了下限位，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于下限，水泵开始工作，向水塔供水；当水池的液位超过上限时，水池上限指示灯S3亮，水阀关闭。但水塔现在还没有装满，此时水塔液位已经超过下限水位，则水塔下限指示灯S2亮，水泵继续工作，在水塔水满时，水塔上限指示灯S1亮。但刚刚给水塔供水时，水泵已把水池的水抽走了，此时水池上限指示灯S3灭，水塔供水完成。
（二）水塔水位控制系统的水位传感器
采用LC-SW1型水位传感器，其由全密封隔离膜充油传感器和内置高性能微处理器构成，可对传感器的非线性、温度漂移等进行全范围内的数字化修正处理，并有HART通信协议输出和模拟输出。具有精度高、稳定性好的特点。
（三）水塔水位控制系统的I/O接口分配
经过对系统控制要求中输入和输出的分析，系统I/O点数为4个输入、2个输出，所以在机型上选用西门子公司的S7-200 CPU 224CN型的PLC，可以满足系统控制的要求。控制系统PLC的输入/输出接口分配如下。1）输入信号：I0.0为水塔高水位传感器S1；I0.1为水塔低水位传感器S2；I0.2为水池高水位传感器S3；I0.3为水池低水位传感器S4。2）输出信号：Q0.0为抽水机M；Q0.1为电磁阀Y。
三、水塔水位控制系统的PLC程序设计
梯形图的设计采用西门子编程软件STEP7 MicroWIN V4.0来实现，水塔水位控制系统的程序包含子程序调用、清零复位、水塔水位控制、信号锁存、超时报警、报警输出、电磁阀工作等程序，部分梯形图如图2所示。
四、水塔水位控制系统的组态设计
（一） PLC与组态王之间的通讯设置。通过对监控系统要求的分析，采用组态王6.53对监控系统进行设计[3]。计算机与CPU模块的通信是用PC/PPI编程电缆实现的。根据计算机使用的串行通信接口，设置相应的通信参数，波特率为9600b/s，偶校验，通信接口为RS232，数据位为8，停止位为1。
（二）数据库的建立。数据库是组态王软件的核心，在工程管理器中，选择“数据库＼数据词典”，双击“新建图标”，弹出“变量属性”对话框，创建仿真水塔水位各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。PLC的实际输入输出状态都反映在组态监控界面上，借助PLC的通信功能，系统的运行就可以实现真正的仿真。
（三）组态画面的设计。组态王采用面向对象的编程技术，能方便建立画面的图形界面。构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。水塔水位组态设计画面如图3所示。
（四）建立动画连接。动画连接即建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样工业现场的数据如温度、液面等发生变化时，通过I/O 接口将引起实时数据库中变量的变化。在组态王“画面”上创建水塔水位控制系统的示意图，建立各个按钮，并将各个控制按钮、指示灯与所建立相应变量关联，对相关单元进行动画连接。
（五）命令语言。命令语言是一种类似于C语言的程序，利用其书写程序可增强应用程序的灵活性，控制各个变量的变化，使得画面能够正确反映邮件分拣系统的动作过程。水塔水位控制系统的部分命令语言如下所示。
图3 水塔水位组态设计画面
（六）系统组态的运行和调试。启动组态王，运行水塔水位控制仿真系统。将PLC编程编译并下载到PLC主机，并让其为RUN状态，按照水塔水位的控制要求进行模拟调试，观察运行结果。PLC实验板与主机连线如图4所示。此次模拟了水塔和水池分别在上限水位和下限水位的不同情况时，抽水机和电磁阀的对应动作。当水池水位在水位下限位时，电磁阀Y会接通，给水池加水；若4秒后水池水位还是维持在下限位，此时电磁阀会闪烁发出报警，从而实现一个低水位报警的功能。
图4 PLC实验板与主机连线图
五、小结
设计以西门子S7-200 PLC为核心，用PLC程序来控制水塔水位系统，整个系统的控制显得简单易于操作，并使用组态王的设备选择、数据词典、组态画面及其动画连接设置来监控系统的工作状态，使人可以更清楚地监控到系统的运作情况，达到远程可靠的监控效果。
参考文献：
[1] 陈建明.电气控制与PLC应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社.2010.
[2] 李全利.运动控制技术应用设计与实践（西门子）[M].北京：机械工业出版社.2009.
[3] 王春生.基于组态王的PLC教学系统[J].广西轻工业，2009，4：92-93.
[4] 刘晓玲.PLC控制与组态技术应用[M].北京：电子工业出版社.2011.
【关键词】水位控制；组态；可编程控制器
一、水塔水位控制系统
水塔水位控制系统以PLC作为控制核心，利用水的导电性连续测量水位的变化，把测量到的水位变化参数转换成相应的电信号，上位机应用组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示，使水位保持在适当的液位，维持水压恒定，从而提高供水系统的可靠性。
二、PLC水塔水位控制系统的硬件设计
（一）水塔水位控制系统的设计要求
图1 水塔水位控制装置图 图2部分梯形图
水塔水位控制装置如图1所示。设水塔、水池初始状态都为空，4个液位指示灯全灭。当执行程序，扫描到水池液位低于水池下限液位时，水池下限位指示灯S4亮，水阀打开，开始往水池进水；定时器开始定时，4秒后若S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障；若水池液位已经超过了下限位，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于下限，水泵开始工作，向水塔供水；当水池的液位超过上限时，水池上限指示灯S3亮，水阀关闭。但水塔现在还没有装满，此时水塔液位已经超过下限水位，则水塔下限指示灯S2亮，水泵继续工作，在水塔水满时，水塔上限指示灯S1亮。但刚刚给水塔供水时，水泵已把水池的水抽走了，此时水池上限指示灯S3灭，水塔供水完成。
（二）水塔水位控制系统的水位传感器
采用LC-SW1型水位传感器，其由全密封隔离膜充油传感器和内置高性能微处理器构成，可对传感器的非线性、温度漂移等进行全范围内的数字化修正处理，并有HART通信协议输出和模拟输出。具有精度高、稳定性好的特点。
（三）水塔水位控制系统的I/O接口分配
经过对系统控制要求中输入和输出的分析，系统I/O点数为4个输入、2个输出，所以在机型上选用西门子公司的S7-200 CPU 224CN型的PLC，可以满足系统控制的要求。控制系统PLC的输入/输出接口分配如下。1）输入信号：I0.0为水塔高水位传感器S1；I0.1为水塔低水位传感器S2；I0.2为水池高水位传感器S3；I0.3为水池低水位传感器S4。2）输出信号：Q0.0为抽水机M；Q0.1为电磁阀Y。
三、水塔水位控制系统的PLC程序设计
梯形图的设计采用西门子编程软件STEP7 MicroWIN V4.0来实现，水塔水位控制系统的程序包含子程序调用、清零复位、水塔水位控制、信号锁存、超时报警、报警输出、电磁阀工作等程序，部分梯形图如图2所示。
四、水塔水位控制系统的组态设计
（一） PLC与组态王之间的通讯设置。通过对监控系统要求的分析，采用组态王6.53对监控系统进行设计[3]。计算机与CPU模块的通信是用PC/PPI编程电缆实现的。根据计算机使用的串行通信接口，设置相应的通信参数，波特率为9600b/s，偶校验，通信接口为RS232，数据位为8，停止位为1。
（二）数据库的建立。数据库是组态王软件的核心，在工程管理器中，选择“数据库＼数据词典”，双击“新建图标”，弹出“变量属性”对话框，创建仿真水塔水位各个变量数据，这些变量与PLC内部变量一一对应，PLC的输入输出完全由组态王内部变量代替。PLC的实际输入输出状态都反映在组态监控界面上，借助PLC的通信功能，系统的运行就可以实现真正的仿真。
（三）组态画面的设计。组态王采用面向对象的编程技术，能方便建立画面的图形界面。构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。水塔水位组态设计画面如图3所示。
（四）建立动画连接。动画连接即建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样工业现场的数据如温度、液面等发生变化时，通过I/O 接口将引起实时数据库中变量的变化。在组态王“画面”上创建水塔水位控制系统的示意图，建立各个按钮，并将各个控制按钮、指示灯与所建立相应变量关联，对相关单元进行动画连接。
（五）命令语言。命令语言是一种类似于C语言的程序，利用其书写程序可增强应用程序的灵活性，控制各个变量的变化，使得画面能够正确反映邮件分拣系统的动作过程。水塔水位控制系统的部分命令语言如下所示。
图3 水塔水位组态设计画面
（六）系统组态的运行和调试。启动组态王，运行水塔水位控制仿真系统。将PLC编程编译并下载到PLC主机，并让其为RUN状态，按照水塔水位的控制要求进行模拟调试，观察运行结果。PLC实验板与主机连线如图4所示。此次模拟了水塔和水池分别在上限水位和下限水位的不同情况时，抽水机和电磁阀的对应动作。当水池水位在水位下限位时，电磁阀Y会接通，给水池加水；若4秒后水池水位还是维持在下限位，此时电磁阀会闪烁发出报警，从而实现一个低水位报警的功能。
图4 PLC实验板与主机连线图
五、小结
设计以西门子S7-200 PLC为核心，用PLC程序来控制水塔水位系统，整个系统的控制显得简单易于操作，并使用组态王的设备选择、数据词典、组态画面及其动画连接设置来监控系统的工作状态，使人可以更清楚地监控到系统的运作情况，达到远程可靠的监控效果。
参考文献：
[1] 陈建明.电气控制与PLC应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社.2010.
[2] 李全利.运动控制技术应用设计与实践（西门子）[M].北京：机械工业出版社.2009.
[3] 王春生.基于组态王的PLC教学系统[J].广西轻工业，2009，4：92-93.
[4] 刘晓玲.PLC控制与组态技术应用[M].北京：电子工业出版社.2011.