基于S7-200PLC水塔水位控制

1、 編號(hào)：2013020839 新鄉(xiāng)學(xué)院可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 課程設(shè)計(jì)( 2013屆本科)題目：基于S7200PLC水塔水位控制系(部)院：物理與電子工程學(xué)院 專業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)二班 姓名：劉倩倩 指導(dǎo)老師：片春媛 完成日期：2016年1月6日 論文題目基于S7200PLC水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)作者姓名 劉倩倩所屬院系、專業(yè)、年級(jí)物理與電子工程學(xué)院13級(jí)電子信息科學(xué)與技術(shù)2班指導(dǎo)教師姓名片春媛任務(wù)下達(dá)日期2015。12.24一：課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容水塔水位控制器是指應(yīng)用在水塔上進(jìn)行自動(dòng)水位控制的儀器，一般是全自動(dòng)型，能實(shí)現(xiàn)無人值守，缺水自動(dòng)補(bǔ)水，水滿能自動(dòng)停止進(jìn)水.現(xiàn)有一水塔水位控制系統(tǒng),當(dāng)

2、水池液位低于下限液位開關(guān)S1，S1此時(shí)為ON,電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)1S以后,若水池液位沒有超過水池下限液位開關(guān)時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警,若系統(tǒng)正常,此時(shí)水池下限液位開關(guān)S4為OFF，表示水位高于下限水位，（由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝置無報(bào)警器設(shè)備，所以本次實(shí)驗(yàn)假設(shè)1s以后水位已高于下限位）.當(dāng)水位液面高于上限水位，則S2為ON，電磁閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限水位開關(guān)S3為ON，水泵開始工作,向水塔供水,當(dāng)S3為OFF時(shí),表示水塔水位高于水塔下限水位.當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時(shí)，則水塔上限水位開關(guān)S4為OFF，水泵停止。當(dāng)水塔水位低于下限水位,同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，水泵不

3、能啟動(dòng).二：課程設(shè)計(jì)要求水塔水位控制器是指應(yīng)用在水塔上進(jìn)行自動(dòng)水位控制的儀器，一般是全自動(dòng)型，能實(shí)現(xiàn)無人值守,缺水自動(dòng)補(bǔ)水，水滿能自動(dòng)停止進(jìn)水.三：課程設(shè)計(jì)安排階段論文（設(shè)計(jì)）各階段名稱起止日期1熟記設(shè)計(jì)任務(wù)書、審題2015.12。26-2015。12。272查閱有關(guān)資料2015。12.27-2016。12.293閱讀設(shè)計(jì)要求必讀的參考資料2015。12。302016.1。14選取方案2016。1。12016.1.25硬件2016.1.32016。1。66送交打印單位裝訂成規(guī)范的設(shè)計(jì)文本2016。1.6-2016。1.7 指導(dǎo)老師簽字：目錄摘要4第一章緒論41.1 PLC的發(fā)展41.2 PLC

4、的基本結(jié)構(gòu)51。3PLC特點(diǎn)51。4 PLC的工作原理6第二章水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)82。1要求獨(dú)立完成水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試.82。2水塔水位系統(tǒng)控制電路92.3 輸入/輸出分配92。3。1 列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表10第三章水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)113。1程序流程圖113。2梯形圖及語句表123.3外部接線圖模擬仿真結(jié)果14 3.4模擬仿真結(jié)果。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.18第四章設(shè)計(jì)總結(jié)20參考文獻(xiàn)21 附件:成績評定表摘 要在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制.水位控制在日常生活中

5、應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實(shí)現(xiàn)方法,如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào),主控臺(tái)應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,完成相應(yīng)的水位顯示、故障報(bào)警信息顯示、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的顯示,使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?關(guān)鍵詞水位控制、西門子S7200 第一章 緒論1.1PLC的發(fā)展雖然PLC問世時(shí)間不長,但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)

6、展,其發(fā)展過程大致可分為三各階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義,其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上 以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求.裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路,存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器.另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置,其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等.其中PLC特有的編程語言梯形圖一直沿

7、用至今.在七十年代,微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國,日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。這樣,使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面,除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊.并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量,是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入八十年代中、后期,由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用

8、的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化.1。2 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，、中央處理單元（CPU)，如下圖所示。1.3 PLC特點(diǎn)(一） 高可靠性1。 所有的I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離2. 各輸入端均采用R-C 濾波器其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms.3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾4。 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源5。 對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選6。 良好的自診斷功能一旦

9、電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況CPU立即采用有效措施以防止故障擴(kuò)大7。 大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高（二） 豐富的I/O 接口模塊1。 PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。2。 有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備如:按鈕；行程開關(guān);接近開關(guān);傳感器及變送器；電磁線圈;控制閥。3. 直接連接另外為了提高操作性能它還有多種人機(jī)對話的接口模塊； 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。(三) 采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以

10、外，絕大多數(shù)PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu),PLC 的各個(gè)部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì),由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。(四） 編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對使用者來說不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí),因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。（五） 安裝簡單維修方便PLC不需要專門的機(jī)房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換

11、模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行.1。4 PLC的工作原理（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變.因此,如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入. （2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）.在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先

12、左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令.即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化,而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化,而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用;相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在上面的程序起作用. （3）輸出刷新階段當(dāng)

13、掃描用戶程序結(jié)束后,PLC就進(jìn)入輸出刷新階段.在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí),才是PLC的真正輸出。第二章 水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)水塔水位控制裝置圖2。1要求獨(dú)立完成水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試.保持水池的水位在S3S4之間,當(dāng)水池水位低于下限液位開關(guān)S3，此時(shí)S3為ON,水閥打開，開始往水池里注水,當(dāng)1S以后，此時(shí)水池下限液位開關(guān)S3為OFF，表示水位高于下限水位.當(dāng)頁面高于上限水位S4時(shí)，則S4為ON，電磁閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開關(guān)S2時(shí)，則水塔下限液位開關(guān)S2為ON，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)M開始工作，向水

14、塔供水。當(dāng)S2為OFF時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位開關(guān)S1時(shí)，則S1為ON，電機(jī)M停止抽水。當(dāng)水塔水位低于下限水位時(shí),同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，電機(jī)M不能啟動(dòng)。2.2水塔水位系控制電路2。3 輸入/輸出分配這是一個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有6個(gè)開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)書有8個(gè),輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有14個(gè)，只需選用一般中小型控制器即可。據(jù)此，可以對輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配.2.3。1 列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入繼電器輸入變量名輸出繼電器輸出變量名I0.0啟動(dòng)開關(guān)Q0。0水閥EI0。1停止開關(guān)Q0。1水泵DI0.2水池下限液

15、位開關(guān)Q0.2水池下限指示燈GI0.3水池上限液位開關(guān)Q0。4水池上限指示燈FI0。4水塔下限液位開關(guān)Q0。5水塔下限指示燈CI0.5水塔上限液位開關(guān)Q0。7水塔上限指示燈A第三章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)3.1程序流程圖水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖,根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如下：開始水池水位低于下限嗎？電磁閥打開1s后水池水池水位高于下限嗎？水池水位低于下限嗎水池繼續(xù)進(jìn)水水池水位高于上限水泵啟動(dòng)，給水塔供水水塔水位高于下限水塔水位高于上限水池水位低于上限電磁閥關(guān)閉水泵停止結(jié)束3.2 梯形圖及語句表3。3 外部接線圖3。4 模擬仿真結(jié)果第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)在新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)的所有課程的我，要用

16、我所學(xué)的知識(shí)作出一個(gè)設(shè)計(jì)，給與我所學(xué)知識(shí)一個(gè)肯定.我做的這個(gè)題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì).在此時(shí)對以前學(xué)習(xí)的知識(shí)的挑戰(zhàn)與突破。在對這個(gè)設(shè)計(jì)的材料搜索進(jìn)行獨(dú)立搜索時(shí)，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時(shí)在對搜集的材料進(jìn)行整核,結(jié)合所學(xué)理論知識(shí),以及實(shí)際應(yīng)用操作的情況下，提高了實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐.讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡單編程方法，對于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運(yùn)用中，也提高了我的工程素質(zhì).剛開始學(xué)習(xí)PLC軟件時(shí)，由于我對一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對的程序運(yùn)用到梯形圖編輯時(shí)，問題出現(xiàn)了,在實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室結(jié)果并不能正常顯現(xiàn)。這主要是因?yàn)槲覜]有把理論和實(shí)踐相結(jié)合，缺乏動(dòng)手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實(shí)際操作，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。設(shè)計(jì)過程中得到老師的意見和同學(xué)的討論。再加上上網(wǎng)搜集到的資料，我也明白了不是每個(gè)問題都能自己解決的，只有通過自己努力以及別人的幫助才能把工作做得更好，古人云：三人行必有我?guī)?。所以說學(xué)習(xí)要善于向別人請教，學(xué)思結(jié)合.如今課程設(shè)計(jì)是做完了，這使我有一種成就感，可是我的學(xué)習(xí)之路還沒有完，是這次設(shè)計(jì)讓我明白了人這一輩子不能僅僅局限于那一點(diǎn)點(diǎn)滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實(shí)踐,提升