如何实现单容水槽液位定值控制？

1.实验目的

1）通过组建单容水槽液位定值控制系统PLC硬件模块，熟悉并掌握西门子S7-300PLC的常用模块型号、功能、特点和使用。

2）通过开发单容水槽液位定值控制系统的PLC程序，熟悉并掌握西门子STEP7软件的使用方法，了解如何利用软件开发PLC程序。

3）熟悉并掌握梯形图的基本编程指令并了解开发工控PLC程序的过程及要点。

4）掌握模拟量在PLC程序中的使用规则。

2.实验原理

图4-23所示的单容水槽可通过泵Pump001向水槽Tank001内灌水，通过开关阀门Valve001给单容水槽Tank001泄水。平时要求水槽内的液位保持在1.0～1.8m。在PLC自动控制状态下，当液位低于0.5m时，阀门Valve001处在关闭状态的时候起动泵Pump001向水槽内灌水，当液位高于1.5m的时候，停止泵Pump0011。

图4-22 参考梯形图程序（续）

图4-22 参考梯形图程序（续）

图4-23 单容水槽控制框图

3.实验设备

1）单容水槽液位定制控制系统实验设备见表4-5。

表4-5 项目4实验设备

2）PLC系统硬件见表4-6。

表4-6 项目4PLC系统硬件

4.实验内容

（1）创建S7项目并组态硬件在“SIMATIC Manager”中创建一个新项目“jiaocai”，打开“HW Config”，按照表4-6中的PLC系统硬件完成硬件的组态，如图4-24所示。

选中AI卡槽位，单击鼠标右键，选择“编辑符号”命令，如图4-25所示。

图4-24 单容水槽PLC硬件组态-1

图4-25 单容水槽PLC硬件组态-2

打开编辑通道对话框，如图4-26所示。输入地址的符号名称和数据类型，这样信号“YWJ001”的硬件地址就被定义为“PIW256”，应用该配置并保持退出。

图4-26 编辑通道对话框

用同样的方法定义其他信号的地址，PLC地址表见表4-7。

表4-7 项目4PLC地址表

（2）编辑符号表 首先，根据便于阅读的原则，为项目中所需的变量自定义符号和数据类型，见表4-8。

表4-8 项目4PLC符号地址

接下来，单击“SIMATIC Manager”中项目的左边窗口中的“S7 Program”，右边的窗口中会出现“Sources”、“Blocks”、“Symbols”三个图标，双击“Symbols”，打开“Symbol Editor”窗口，在窗口中编辑程序所需的各变量数据的符号名称、类型、地址和注释，完成后的符号表如图4-27所示。

图4-27 符号编辑器窗口

（3）编辑程序 根据控制流程要求，编写PLC控制程序。

1）创建功能块。打开项目的“SIMATIC Manager”窗口，在其“S7 Program/Block”的窗口中，单击鼠标右键，选择“插入新对象”→“功能块”，建立一个FB，并且为FB1命名，如图4-28所示。编辑功能块属性见图4-29。

2）创建数据块。参照上述建立一个FB的方式建立一个数据块DB1，如图4-30所示。用鼠标双击刚建好的DB1，打开DB1的编辑窗口。在数据块DB1中编辑一个实时数据YWJ001_Real，用来作为水槽液位计YWJ001的实时显示数据，数据地址为DB1.DBD0（即Adress栏内为“+0.0”），如图4-31所示。编辑完成后保存，关闭编程窗口，如图4-32所示。

图4-28 创建功能块

图4-29 编辑功能块属性

图4-30 创建数据块

图4-31 编辑数据块属性

图4-32 编辑数据块

3）编辑功能块程序。

①双击FB1，打开FB1的编程窗口，在编程窗口左侧的程序元素的库中选取“FC105”功能，将其拖拽到梯形图网络中，如图4-33所示。FC105功能梯形图如图4-34所示。

图4-33 插入功能

图4-34 FC105功能梯形图

②FC105使用介绍。FC105是STEP7中自带的多种实用功能的其中一种，其功能是进行数据的转换，即SCALE功能接受一个整型值（IN），并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之间的实型值，并将结果写入OUT。SCALE功能使用以下等式：

OUT=[（（FLOAT（IN）-K1）/（K₂-K₁））×（HI_LIM-LO_LIM）]+LO_LIM式中，常数K₁和K₂根据输入值是BIPOLAR（双极性）还是UNIPOLAR（单极性）进行设置。

BIPOLAR：假定输入整型值介于-27648～27648之间，因此K₁=-27648.0，K₂=27648.0。

UNIPOLAR：假定输入整型值介于0～27648之间，因此K₁=0.0，K₂=27648.0。(www.xing528.com)

如果输入整型值大于K₂，则输出（OUT）将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K₁，则输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。

通过设置LO_LIM>HI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时，输出值将随输入值的增加而减小。

FC105的参数及使用说明见表4-9。

表4-9 FC105的参数及使用说明

按照FC105的使用说明，编写好的液位计数据转换程序如图4-35所示。

注：FC105梯形图中带“#”的数据是FC105功能自身的局部变量，它们是在编辑窗口的最上端的变量定义表中进行编辑定义的。根据液位计的输入数据格式，定义FC105的输入数据是单极性，即“BIPO_- LAR=0”，定义FC105的输出返回值为“RET”，供查看是否产生错误时使用，如图4-36所示。

图4-35 液位转换FC105功能梯形图程序

图4-36 定义FC105输入输出变量

③项目的参考程序。根据水槽液位控制的工作流程，完成FB1程序，如图4-37所示。

4）编写主程序OB1。双击OB1，打开OB1的编辑窗口，在“ProgramElement”中选择“FBBlocks”下面的FB1，将其插入Network1，并为其定义存储的数据块DB2，按照提示创建新的数据块DB2。项目的程序结构组成如图4-38所示。

图4-37 水槽液位控制FB1梯形图程序

图4-37 水槽液位控制FB1梯形图程序（续）

图4-38 OB1编辑窗口

OB1程序如图4-39所示。

（4）调试程序

图4-39 OB1梯形图程序

1）启动PLCSIM仿真软件。单击图标，打开PLCSIM仿真软件，如图4-40所示。

图4-40 PLCSIM仿真软件窗口

2）下载项目对象。在“SIMATIC Manager”中选中“jiaocai”项目结构树下面的工作站“SIMATIC 300（1）”，然后单击菜单“PLC”，选择“编译和下载对象”，打开编译和下载窗口。

单击“选择全部”→“起动”，将项目对象全部下载到仿真PLCSIM仿真软件中，如图4-41所示。

3）在PLCSIM中调试程序。单击“RUN-P”前面的小方块，将PLC切换到“运行-编程”状态，如图4-42所示。

在“SIMATIC Manager”中打开OB1，出现如图4-43所示的窗口，表示OB1已经处于运行状态。编辑窗口最下边的显示监控CPU的状态。处在RUN状态时显示绿色的RUN，处在STOP状态时显示红色的STOP。

单击图标，打开实时监视开关，OB1程序的运行状态如图4-44所示。

从图4-44中可以看出，FB1功能正在运行，其数据块DB2也已经打开，能流的流经途径以绿色的细线表示。

在“SIMATIC Manager”中打开FB1，单击图标，打开实时监视开关，FB1程序中处于已满足条件的程序部分都显示绿色的线和框。FB1程序的液位低位报警程序段和水泵起停程序段的运行状态如图4-45所示。

图4-41 下载对象到PLCSIM仿真软件

图4-42 PLCSIM仿真软件中的PLC界面

图4-43 PLCSIM仿真监控OB1

图4-44 PLCSIM中OB1的运行状态

图4-45 FB1程序的运行状态

①改变BOOL类型数据的值进行调试。在RUN的监控状态下，选中要改变的BOOL数据的，单击鼠标右键，选择“修改为0”或“修改为1”。该数据的状态值就会被强制改变，进而影响到其后续的能流流通情况和元素状态，如图4-46和图4-47所示。

图4-46 监控运行状态下修改参数举例①

图4-47 监控运行状态下修改参数举例②

②改变数值型数据的值进行调试。在RUN的监控状态下，选中要改变数值的数据，单击鼠标右键，选择“修改”，打开修改数据输入框，输入想要的数值，该数据的值就会被强制改变成输入的数值。图4-48～图4-51是将实际液位强制修改为1.9m时的演示图例，结果将导致高位报警信号接通。

图4-48 强制修改液位参数举例①

图4-49 强制修改液位参数举例②

图4-50 强制修改液位参数举例③

图4-51 强制修改液位参数举例④

通过上述的方法能改变数据的状态和数值，可以方便地模拟创造各程序执行下去的条件，以程序的执行情况来判定编写的程序是否符合工艺的要求，以便及时对编写错误的程序进行更正。

5.实训结束

结束本次实训后，退出工作软件并关闭全部设备的电源，整理电缆、接线，确认设备处于完好状态。