基于PLC和组态王的农村水厂监控系统设计.pdf

自 动 化 技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 2 期 经 验 交 流 l ec h nic aI Comm u nic a t i o ns 基于 P L C和组态王的农村水厂监控 系统设计 雷 斌 ． 吕凤玉 ， 马殷元 兰州交通大学机电技术研究所 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 摘 要 运用 P LC和组态软件技术， 设计了 ’ 衣忖饮水工 水厂 ‘ 供水 自动化监控系统。详细闸述丁系统总体疗案、硬件配置、控制策 略、软 件流氍和监控界面。实际虚用效果表明 ， 本系统安全 町靠， 操作控 制方便 。 关键词 P L C； 组态王； 水r； 控系统 _1 1 分类号 T P 2 7 7 文献你识码 B 文章编号 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 1 2 0 1 0 0 0 3 De s i g n o f Su p e r v i s io n S y s t e m B a s e d o n PL C a n d Ki n g Vi e w f o r t h e Ru r a l W a t e r wo r k s LEI Bi n Me c h a n i c a l and E l e c t r i a l T e c h n o l o g y I n s t i t u e ， L a n z h o u J i a o t o n g Un i v e r s i t y , L anz h o u 7 3 0 0 7 0 C h i n a Abs t r a c t Us i n g P LC a n d c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ， a n a u t o ma t i c mo n i t o r i n g s y s t e m i s d e s i g n e d ． I t i s u s e d i n wa t e r s u p p l y o f r u r a l d r i n k i n g wa t e r p r o j e c t s ． T h e o v e r a l l p r o g r a m， h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n ， c o n t r o l s t r a t e g y ， s o f t wa r e p r o c e s s e s a n d mo n i t o r m’g i n t e r f a c e a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l ． Th e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e s y s t e m i s s a f e ， r e l i a b l e a n d c o n v e n i e n t t o o p e r a t e a n d c o n t r o 1 ． Ke y wo r d s P LC； Ki n g v i e w wa t e r wo r k s ； s u p e r v i s i o n s y s t e m 1 引言 西北农村地区长期干旱缺水的情 况， 严重制约了 当地的社会经济发展 ， 人们长期饮用雨水 ， 卫生条件很 差。近年来， 农村的发展越来越得到了重视 ， 国家和地 方政府 加大 了资 金投入 ， 积 极建 设农村 人畜 饮水 工程 ， 让农民用上了干净的自来水。农村人畜饮水工程 中水 厂供水系统是最关键的部分 ， 包括从水源井取水 、原 水净化 、供应清水等部分。城市水厂供水系统都建有 完备的自动化监控系统 ， 系统成本较高， 城市水厂监控 系统不适合农村饮水工程水厂 ， 农村饮水工程 的水厂 监控系统需要成本较为低廉 、操作控制方便 ， 有一定 的 自动化水平 。 在 自动化控制领域内， P LC以其高可靠性、适应工 业过程现场、强大的联网功能等特点， 越来越得到了广 泛的应用。在目前的很多自控系统中， 常常选用 P L C 作 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 8 为现场级的控制设备 ， 用于数据采集 、状态判别和输 出控制 ； 而 用工 控 组态 软件 来 完成 工 业 流程 及控 制 参 数的显示 ， 实现生产监控和管理等功能【 1 】 。本文运用西 门子的s 7 -2 0 0 P L C和组态王 6 ． 5 3 软件， 设计了某农村 人畜饮水工程水厂供水监控系统。该系统通过 P L C逻 辑控制， 实现了整个供水系统的 自动化控制 ， 提高了供 水设备的安全运行和供水质量的安全可靠。系统通过 采 用组 态 软件 ， 实 现 了整 个供 水 过程 的 远程 控 制和 实 时 监控 。 2 系统总体设计 某农村人畜饮水工程水厂供水系统包括原水井、 清水池、高位水池 、加药装置和净水装置 ， 原水泵将原 水井的水经过净水装置后送到清水池 ， 供水泵将清水池 净化好的水送到高位水池 ， 净水装置需要加药泵不断加 入溶解好的净化和消毒药剂 。监控系统需要控制的对 经 验 交 流 自 动 化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 2 期 r e c hn i c aI Comm u nic at i on s 象包 括原水泵 、供水泵 、加 药泵 的启 停 ， 需要采集 的数 据包括原水井、清水池、高位水池的水位 ， 加药泵的药 量， 能够通过指示灯显示原水泵、供水泵、加药泵的运 行状态。经过对现场设备控制逻辑关系的分析和归纳 ， 本系统采用研华工控机I P C 6 1 0 L 和西门子 P L C S 7 - 2 0 0 组成上下两级计算机监控系统。系统总体结构如图 l 所示 。 图 1 系统总体结构图 主控室 I P C为系统上级 ， 其主要作用是与下层 的 P L C 通讯 ， 获取生产过程的数据 ， 显示工艺流程 ， 提示报 警 ， 报表生成及打印， 自动生成历史曲线图， 进行数据库 查询等。P LC为系统下级 ， 用于系统逻辑控制， 控制各 泵的启停 ， 采集液位数据等。PL C通过主从式网络与 I P C 控制站通讯， 传送生产过程参数。 3 P L C控 制系统 设计 3 ． 1 P L C选 型 系统选用 S I MA T I C 7 - 2 0 0 系列 P L C， 它是一种价 格适中性价比较高的小型机 ， 配有丰富的指令系统 ， 易 于用户编程 ， 具有丰富的特殊模块和强大的通讯能力 ， 适合在农村饮水工程水厂供水控制系统中应用。S 7 2 0 0有四种基本的 C P U型号， 根据系统需要检测的参数 个数选择 1 个 C P U2 2 4 ， C P U2 2 4本身具有 2 4 个数字量 I ／ O点， 可连接 7 个扩展模块 ， 有一个 R S 4 8 5 通信 ／编程 口， 具有P P I 、 MP I等通讯 协议 。 另外 ， 再配置 1 个 E M2 3 1 模拟量输入模块和 1 条 P C／ P P I 通讯 电缆。 3 ， 2 供水工艺 某农村饮水工程水厂供水系统有以下工艺控制要 求 1 原水井水位低于 0 ． 5 米时， 原水泵要停止工作 ； 2 清 水池水位高于 3 ． 5米时， 原水泵要停止工作； 3 清水池水 位低于 1 米时， 供水泵要停止工作； 4 高位水池水位高于 3 ． 5米时， 供水泵要停止 ； 5 原水泵工作时， 加药泵要工 作 ， 原水泵停止时， 加药泵要停止工作 ； 6 ]J l 药泵缺药时， 加药泵停止工作 ， 原水泵停止工作。 图 2 P L C主控制流程图 3 ． 3 P L C控 制逻 辑设计 原水泵和供水泵控制程序如 图 2所示 ， 程序考虑了 上位机监控和远程控制接口， 所有水泵都可以在上位组 态软件 中远程操作启停或现场启停 。 图中所述的水位上下限工艺参数在 PL C初始化中 给定一个默认值 ， 同时可在系统运行时使用上位组态软 件在线更改 。 “ 清水低限 1 ”是启动原水泵的阈值， “ 清水低限 2 ” 是停止供水泵的阈值 ， 为了保持系统稳定运行 ， 避免水 泵频繁启停 ， “ 清水低限 1 ”设定值需大于 “ 清水低限 2 ” 0 ． 1 米左右。 4 监控 组态软件设计 目前 ， 市场上 的工控组态软件的种类较多 ， 从占据 国内市场份额较高、功能较全、易于快速完成编程的角 度出发， ， 比较流行的国外工控软件以 L a b v i e w为代表 ， 其实时控制性能为最佳， 尤其适于虚拟仪器使用； 而国内 开发的工控软件 以组态王为代表 ， 主要用于过程控制及 实时性要求较低的上位机作为工业过程的管理使用【 2 】 。 自 动化 技术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 2 期 经 验 交 流 农村饮水工程水厂监控系统的上位机管理 的系统规模 较小 ， 实时性要求不高。考虑到编程容易、图形功能强、 联网易于实现、易于开发通信程序、价格低廉等因素 ， 选择工业 自动化通用组态软件组态王 6 ． 5 3作为上位机 的控制软件开发平台。 组态王 6 ． 5 3是运行于 Wi n d o ws 中文操作平台的人 机界面软件， 包括开发系统和运行系统两部分。其采用 了多线程、COM等新技术 ，纯中文界面、编程风格 简 单 、实 时性 能好 ， 且与其 他应 用程序 交换方便 ， 易调 试 ， 支持数百种国内流行的外部设备 ， 并实现了实时多 任务功能， 运行稳定、可靠【 。 运用组态王 6 ． 5 3设计的农村饮水工程水厂监控系 统的总体功能模块 图如图 3所示。 图 3 监控系统功能模块图 图 4 水厂监控系统主界面 农村饮水工程水厂监控系统主界面对原水井水位、 清水池水位、高位水池水位、原水泵状态、供水泵状态、 加药泵状态进行了实时采集 ， 管理人员能够通过主界面 监控到整个水厂设备运行状态， 能查看到各水池的实时 水位， 监控系统主界面如图 4所示。当水位超限报警时， 系统能够通过报警界面显示报警信息。系统报表能记录 各水池的历史水位信息 ， 能够粗略的反映出供水和用水 情 况 。参数 设置可 以修 改各水池 的上下警戒水位 ， 操 作 人员可以根据实际情况动态设置这些参数。用户管理可 以设置不同权限的用户，用户密码等。该监控系统操作 方便、简单实用 ， 为水厂安全正常提供了保障。 5 结束语 本 文运用 P L C和组态王 设计 的农村 饮水工程水 厂 监控系统结构简单、安全可靠、成本低廉 ， 比较适合农 村饮水工程的实际。经过现场实际应用 ， 本系统有效的 提高了农村饮水工程水厂运行的稳定性和可靠性 ， 系统 使用操作方便 ， 图形化界面直观清晰。 参考文献 【 1 】李卫平， 原思聪． 基于P LC 和组态王的泵站监控系统设 计⋯． 自动化技术与应用， 2 0 0 4 ， 5 2 3 2 8 - 3 0 ． 【 2 】彭继懊 ， 孟庆铸， 张静等． 基于P L C 和组态王的油库收发 油控制系统[ J ] ． 制造业自动化， 2 0 0 8 ， 1 3 0 5 4 5 7 ． [ 3 】蔚俊 兰， 丁振荣．组态王在油 品水分监测系统 中的应用 [ J 1 ． 石油化工 自动化， 2 0 0 6 ， 3 7 1 7 1 - 7 3 ． 作 者 简介 雷斌 1 9 7 8一，男， 讲 师， 硕 士， 研 究方向自动化 仓 储 、计 算 机 监 控 。