基于PLC和MCGS的液体混合设计

1、题目介绍 .................................................................................................................................... 2 2、控制要求 .................................................................................................................................... 2 3、MCGS界面的设计 .................................................................................................................... 3

1.建立MCGS新工程 .............................................................................................................. 3 2.设计画面文字说明 ................................................................................................................ 4

2.1建立新画面 ................................................................................................................. 4 2.2 制作文字 .................................................................................................................... 6 3.整体画面设计 ........................................................................................................................ 8 3.1反应罐的选择 ..................................................................................................................... 8

3.2电磁阀的选择 ............................................................................................................. 9 3.3搅拌器的选择 ........................................................................................................... 10 3.4马达的选择 ............................................................................................................... 10 3.5传感器的选择 ........................................................................................................... 10 3.6开关的选择 ............................................................................................................... 11 3.7储蓄罐的选择 ........................................................................................................... 11 3.8滑动输入器的选择 ................................................................................................... 11 3.9流动块的选择 ........................................................................................................... 12

4、设备连接 .................................................................................................................................. 13

4.1定义数据变量 ................................................................................................................... 13 4.2反应罐的属性设置 ........................................................................................................... 16 4.3电磁阀的属性设置 ........................................................................................................... 18 4.4搅拌器的属性设置 ........................................................................................................... 20 4.5马达的属性设置 ............................................................................................................... 21 4.6传感器的属性设置 ........................................................................................................... 22 4.7开关的属性设置 ............................................................................................................... 23 4.8滑动输入器的属性设置 ................................................................................................... 24 4.9流动块的属性设置 ........................................................................................................... 25 4.9.1脚本程序 ........................................................................................................................ 26 5、运行调试 .................................................................................................................................. 31 6、PLC程序设计 .......................................................................................................................... 32

6.1.输入输出接线 ................................................................................................................... 34 6.2.实验面板图 ....................................................................................................................... 35 6.3.程序解释 ........................................................................................................................... 36 7、触摸屏控制画面及制作说明 ................................................................................................... 37

7.1.新建画面 ........................................................................................................................... 37 7.2.制作画面 ........................................................................................................................... 38 7.3.开关按钮的选择 ............................................................................................................... 38 7.4.指示灯的选择 ................................................................................................................... 39 7.5.触摸屏的模拟 ................................................................................................................... 41 8、小结 .......................................................................................................................................... 42 9、问题回答 .................................................................................................................................. 43

1、题目介绍

本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 该系统名称为液体混合装置的控制模拟，需要对各种液体的液面的高度监控，因此，需要运用到传感器进行液面高度的监控。各种液体入池的比例需要应用电磁阀控制，入池后的搅拌，则需要电机控制。对各个控件的控制，需要一个完整的控制流程，运用PLC技术进行编程，可以实现对各个控件的控制。

具体控制方法根据题目要求，按下启动按钮时，如果反应罐内有液体则先使液体放干净。然后液体A进入容器，当达到感应器2的设定值时，液体A停止进入，液体B开始进入，当达到感应器3的设定值时，停止进入液体B。搅拌机进行搅拌，10秒后搅拌均匀，停止搅拌，放出液体。经10s后停止放出，按停止键停止操作。

液体的进入和放出，需要电磁阀的控制，液面的深度需要传感器的控制。

2、控制要求

本系统为两种液体混合装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B阀门与混合液体阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机。

控制要求如下：按下启动按钮SB1，装置就开始按下列规律运行： 液体A、B阀门关闭，混合液体阀门打开10秒将容器内剩余液体放空，放空后混合液体阀门关闭。液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，

2

SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。搅动电机工作10秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器内液体放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。

停止操作:当前的液体混合操作完毕后。按下停止按钮SB1，停止操作。

3、MCGS界面的设计

1.建立MCGS新工程

在Windows桌面上，鼠标双击“MCGS组态环境”图标，进入MCGS组态环境。 在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，如果MCGS安装在D：目录下，则会在D: \\MCGS\\WORK\\下自动生成新建工程，默认的工程项目名为新建工程X.MCG(X为新建工程的顺序号，如：0，1，2等)。具体操作如下图：

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2.设计画面文字说明 2.1建立新画面

在MCGS组态平台上，单击“用户窗口” ，在“用户窗口”中单击“新建窗口” 按钮，则产生新“窗口0” ，如图：

选中“窗口0” ，单击“窗口属性” ，进入“用户窗口属性设置” ，讲“窗口名称”改为：液体混合装置的控制模拟；将“窗口标题”改为：液体混合装置的控制模拟；在“窗口位置”中选中“最大化显示” ，其他不变，单击“确定” 。如下图

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选中刚创建的“液体混合装置的控制模拟”用户窗口，单击“动画组态” ，进入动画制作窗口。

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工具箱

单击工具箱条中的“工具箱”按钮，如图：

用于在编辑图形时选取用户所需要的图形，原件等。

2.2 制作文字

建立文字框：打开工具箱，在“工具箱”内的“标签”按钮，如

图：鼠标的光标变为“十字”形，在窗口顶部拖拽鼠标，拉出一个一定大小的矩形。

2.2.1输入文字：建立矩形框后，光标在其中闪烁，可直接输入“液体混

则打开画面工具箱，如图：

合装置控制的模拟”文字。按回车或在窗口任何位置用鼠标点击一下，文字输入完成，如果需要改变文字的内容，先选中文字标签，按回车或空格，即可进行修改。

2.2.2设置文字框颜色：选中文字框，按工具条上的填充色按钮，如图：

设定文字框的背景颜色为：无填充色；按工具条上的填充色按钮，如图：设定文字框的边线颜色为：没有边线；设定后结果是，不显示框图只显示文字。如图：

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图：设定文字设定文字字体和大

2.2.3设置文字颜色：按工具条上的字符颜色按钮，如

颜色为：黑色；按工具条上的字符字体按钮，如图：小为：宋体，二号。如图：

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设定完毕后的效果图如图：

3.整体画面设计 3.1反应罐的选择

单击“工具箱”按钮，在工具箱中选择图标用于从对象元件库中读取存盘的图形对象。如图显示：

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从“对象元件库管理”中的“反应罐”中选取“反应器11” ，按确认，则选中的罐在桌面的左上角出现，用鼠标可以拖拽至所想要的位置，亦可以对元件进行改变大小。如图：

3.2电磁阀的选择

从“对象元件库管理”中的“阀”中选取三个阀44，如图：

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3.3搅拌器的选择

从“对象元件库管理”中的“搅拌器”选取一个搅拌器2，如图：

3.4马达的选择

从“对象元件库管理”中的“马达”选取一个马达28，如图：

3.5传感器的选择

从“对象元件库管理”中的“传感器”选取一个传感器。但是本次课设由于实际需要，选用指示灯代替传感器。

从“对象元件库管理”中的“指示灯”选取三个指示灯3，如图：

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3.6开关的选择

从“对象元件库管理”中的“开关”选取三个开关9，如图：

3.7储蓄罐的选择

从“对象元件库管理”中的“储藏罐”选取两个储藏罐，分别为罐31，罐53，如图：

3.8滑动输

入器的选择

在“工具箱”中选择滑动输入器拖动鼠标到适当大小，如图：

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图标，当鼠标变为“十”后，

3.9流动块的选择

流动的水是由MCGS动画工具箱中的“流动块”构件制作成的。选中工具箱内的“流动块”，图标为：移动鼠标至窗口的预定位置（鼠标的光标变为十字形状），点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块。再拖动鼠标（可垂直原来方向），生成下一段流动块。当绘制结束时，双击鼠标左键即可。如果需要修改流动块时，先选中流动块，当流动块周围出现选中的标志：白色小方块时，鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，就可以调整流动块的形状。如图：

最后用工具箱中的标签对罐等进行文字注释，方法见上面文字的制作。

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整体画面效果如图：

4、设备连接

4.1定义数据变量

鼠标点击工作台的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页面。如图：

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按“新增对象”按钮，在窗口的数据变量列表中，增加新的变量，多次按该按钮，则增加躲个数据变量，系统缺省定义的名称为“Date1”、“Date1”

等。

选中变量，按“对象变量”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口。

指定名称类型：在窗口的数据变量列表中，用户将系统定义的缺省名称改为用户定义的名称。并指定类型，在注释栏中输入注释文字。本次课程设计要定义的数据变量如下图：

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以“马达”变量为例。

在基本属性中，对象名称为：“马达”如图：

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；对象类型为：开关；其它不变。

4.2反应罐的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中反应罐双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会

出现，单击

则进入动画组态

属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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4.3电磁阀的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中电磁阀双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会

出现，单击

则进入动画组态

属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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液体B阀门与混合液体阀门的设置只需把液体A阀门代替即可，其他均不变

4.4搅拌器的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中搅拌器双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会

出现，单击

则进入动画组态

属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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4.5马达的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中搅马达双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会

出现，单击

则进入动画组态

属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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4.6传感器的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中传感器双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会

出现，单击

则进入动画组态

属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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传感器1的设置如上，传感器2与传感器3的设置只需要把L1改为L2，L3即可。

4.7开关的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中开关双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会出

现，单击则

进入动画组态属

性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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启动开关和停止开关的设置只需把模拟运行改为“启动”“停止”即可。

4.8滑动输入器的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中滑动输入器双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，

则会出现，

单击则进入动画

组态属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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4.9流动块的属性设置

在用户窗口中，双击控制窗口进入，选中流动块双击，则弹出单元属性设置窗口。选中动画连接，则会

出现，单击

则进入动画组态

属性设置窗口，按下图进行设置，其他不变：

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4.9.1脚本程序

要使画面自动运行起来就需要编写脚本程序。

在主窗口点击“运行策略” ，然后双击“循环策略” ，双击图标进入“策略属性设置” ，如下图：

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在策略组态中，单击工具条中的“新增策略行”图标下图：

在策略组态中，如果没有出现策略工具箱，单击工具条中的“工具箱” ，弹出“策略工具箱”如下图：

则显示如

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单击“策略工具箱”中的脚本程序，把鼠标移出“策略工具箱” ，会出现一个小手，把小手放如下：

在上，单击鼠标左键，则显示

双击

进入脚本程序编辑环境，输入以下程序：

if 模拟运行=1 then

if 液位>30 then l3=1 else l3=0 endif

if 液位>60 then l2=1 else l2=0 endif

if 液位>90 then l1=1 else l1=0 endif if 流程完毕=0 then if 液位>30 then SL3=1 else SL3=0

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endif

if 液位>60 then SL2=1 else SL2=0 endif

if 液位>90 then SL1=1 else SL1=0 endif

endif

if 放空=1 then 液位=液位-6 if 启动=1 then

if 液位>90 then SL1=1 else SL1=0 endif

if 流程完毕=0 then if SL2=0 then 液体A阀门=1 if 放空=1 then 流程完毕=1 SL1=0 SL2=0 SL3=0 endif

if 放空=0 then if 液体A阀门=1 then 液位=液位+1 if 放空=0 then if 液体B阀门=1 then 液位=液位+1

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if SL1=1 then SL2=0 液体B阀门=0 马达=1 endif

if SL3=1 then SL3=0 endif

if SL2=1 then 液体A阀门=0 液体B阀门=1 endif endif else

启动=SB1 SL1=PLCSL1 SL2=PLCSL2 SL3=PLCSL3 l1=PLCSL1 l2=PLCSL2 l3=PLCSL3 液体A阀门=YV1 液体B阀门=YV2 混合液体阀门=YV3 马达=YV4

if 液体A阀门=1 and 液位<50 then 液位=液位+1 if 液体B阀门=1 and 液位<100 then 液位=液位+1 if 混合液体阀门=1 then 液位=液位-5

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endif

再新建一行策略。输入以下程序： if 液位<0 then

if 混合液体阀门=0 then 放空=0 流程完毕=0 液位=0 endif endif

按“确认”则脚本程序就编辑好了。

5、运行调试

当面板布置并且设置好后可以直接按F5或者点击行环境。

调试过程：1、用鼠标单击模拟开关，进入模拟运行状态。

2、再用鼠标单击启动按钮，按钮由红色变为绿色代表按钮

已近按下。此时画面开始动起来，正确的画面应按下面规律运作：混合液出水阀变绿色，流动条运动，同时反应罐额液面下降直至降为0.混合液出水阀变为红色。流动条停止流动；液体A阀门变为绿色，流动条开始流动，反应罐液面上升。当液面上升到感应器1时，感应器1变为绿色，当上升到感应器2时，感应器2变为绿色，表示感应器工作。同时液体A阀变为红色，流动条停止流动，液体B阀变为绿色，流动条开始流动，液面继续上升，当上升到感应器3时，感应器3变为绿色，同时液体B阀变为红色，流动条停止流动。液面停止不懂，搅拌器开始工作，马达显示绿色。当时间到达后，搅拌

进入模拟运

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器停止工作，马达变为红色，同时混合液出水阀变为绿色流动条开始流动。液面下降，对应的感应器变颜色。直至排完所以液体，再进行下一个循环。

3、如果调试过程中出现问题，则回到组态编辑状态进行修

改。直到满足以上要求。

6、PLC程序设计

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6.1.输入输出接线：

输人

X1：启动按钮 X2：限位开关SQ1 X3：限位开关SQ2 X4：限位开关SQ3

输出

Y1:液体A控制阀门YV1 Y2：液体B控制阀门YV2 Y3：液体C控制阀门YV3 Y4：搅拌机控制M

主机模块的COM接主机模块输入端的COM和输出端的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5

主机模块的+24V、COM分别接在实验单元的V+，COM

打开主机电源将程序下载到主机中，启动并运行程序观察实验现象。

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6.2.实验面板图：

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6.3.程序解释

启动操作：按下启动按钮SB1，X000的动合触点闭合，M100产生启动脉冲，M100的动合触点闭合，使Y000保持接通，液体A电磁阀YV1打开，液体A流入容器。

当液面上升到SL3时，虽然X004动合触点接通，但没有引起输出动作。 当液面上升到SL2位置时，SL2接通，X003的动合触点接通，M103产生脉冲，M103的动合触点接通一个扫描周期，复位指令RST Y000使Y000线圈断开，YV1电磁阀关闭，液体A停止流入；与此同时，M103的动合触点接通一个扫描周期，保持操作指令SET Y001使Y001线圈接通，液体B电磁阀YV2打开，液体B流入。

当液面上升到SL1时，SL1接通，M102产生脉冲，M102动合触点闭合，使Y001线圈断开，YV2关闭，液体B停止注入，M102动合触点闭合，Y003线圈接通，搅匀电机工作，开始搅匀。搅匀电机工作时，Y003的动合触点闭合，启动定时器T0，过了6秒，T0动合触点闭合，Y003线圈断开，电机停止搅动。当搅匀电机由接通变为断开时，使M112产生一个扫描周期的脉冲，M112的动合触点闭合，Y002线圈接通，混合液电磁阀YV3打开，开始放混合液。

液面下降到SL3，液面传感器SL3由接通变为断开，使M110动合触点接通一个扫描周期，M201线圈接通，T1开始工作，2秒后混合液流完，T1动合触点闭合，Y002线圈断开，电磁阀YV3关闭。同时T1的动合触点闭合，Y000线圈接通，YV1打开，液体A流入，开始下一循环。

停止操作：按下停止按钮SB2，X001的动合触点接通，M101产生停止脉冲，使M200线圈复位断开，M200动合触点断开，在当前的混合操作处理完毕后，使Y000不能再接通，即停止操作。

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7、触摸屏控制画面及制作说明

7.1.新建画面

在电脑上安装好台达触摸屏编辑软件。双击打开软件，进入编辑状态。

单击“文件”选择“新建”，显示如下图，按下图进行设置：

单击“确定”新页面新建成功。

右面对话框可以进行页面属性设置。如下图：

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7.2.制作画面

控制面上有工具条，如图： 单击

7.3.开关按钮的选择

单击工具条中的

图标，显示如下图：

进入可以选择需要的工具进行绘制图形

选择“设On”与“设Off” ，在界面上用鼠标拉出一个矩形，松开 鼠标则完成按钮的选择。在右边对话框选择列表头。显示如下：

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进行按钮的设置

7.4.指示灯的选择

单击工具条中

的图标，显示如下图：

选择状态指示灯。在界面上用鼠标拉出一个矩形，松开 鼠标则完成指示灯的选择。在右边对话框选择列表头。显示如下

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进行指示灯的选择。 最后形成如下画面：

需要注意的是在对指示灯和按钮的“读取存储器地址”设置时要与PLC 编程相对应。这样才能正确的控制。

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7.5.触摸屏的模拟

单击工具条上的图标，对话框内查找，并进行修改。

进行编译，如果有错误可以在右下角的

在界面上选择工具，单击鼠标进入，如图显示：

选择“在线模拟” ，触摸屏的制作完毕。

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8、小结

课程设计是非常难得的一次理论与实践相结合的机会，通过这次对“液体混合装置控制的模拟” 的设计使我摆脱了单纯理论学习的状态，和眼高手低的毛病，通过本次课程设计，使我了解到PLC的重要性、MCGS和触摸屏使用方法。

电气控制与可编程控制器是一门极其重要的课程，他综合了计算机技术和自动控制技术和通讯技术。在当今由机械化向自动化，信息化飞速发展的社会，PLC技术越来越受人们广泛应用，前景可观，因此学会和运用PLC、MCGS，将对我们以后踏上工作岗位有极其重要的帮助，在此次设计中，我们遇到了许多困难，通过对自身的查找， 弥补自己的不足。

通过这次课程设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解，能灵活运用MCGS和触摸屏软件。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知识的撑握都是理论上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。这样，我就只能一个一个问题的去解决，通过查阅资料或者是请教同学，一次一次的调试程序，最后达到设计要求。使得我对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

最后通过本次课程设计，使我了解了PLC控制技术和触摸屏在工业应用和工业生产中的重要地位；通过本次课程设计，使我更深刻的理解了PLC的编程思想，也能更好的将所学知识应用到实践中动。

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9、问题回答

1.在调试过程中发现如果传感器不工作液面还是继续往上升。不能实现 液面终止不动

解决方法：在原先的脚本程序中修改， 使程序：

if 液体A阀门=1 and 液位<50 then 液位=液位+1 if 液体B阀门=1 and 液位<100 then 液位=液位+1 代替原程序：

if 液体A阀门=1 then 液位=液位+1 if 液体B阀门=1 then 液位=液位+1 即可解决液面持续上升的问题。

2.在选择按钮元件是发现在按钮在组态运行时不能起作用。

解决方法：按钮有数值量和开关量两种，应该选用正确的按钮才能正真运行。当不能运行是可以考虑更换开关，并且变量要对应。

3.发现在模拟运行是液面上升太快，在很短时间内就完成了一个过程。 解决方法：在主窗口选择“运行策略” ，双击“循环策略” 。 双击

图标，在循环策略属性中把循环时间设置为200s即可。

这样液面上升速度会变慢。

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