PLC課程設(shè)計-液位升降自動控制系統(tǒng)

1、 二一一 二一二 學(xué)年第 二 學(xué)期信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計報告書課程名稱： PLC 技術(shù)課程設(shè)計 班 級： 自動化0902班 學(xué) 號： 200904134064 姓 名： 指導(dǎo)教師：二一二 年 五 月一、 設(shè)計題目：液位升降自動控制系統(tǒng)設(shè)計 二、設(shè)計目的：鞏固PLC 技術(shù)課程學(xué)過的知識，加強理論與實踐的聯(lián)系。以西門子S7-300系列PLC 為例，通過本課程設(shè)計，達到了解硬件設(shè)備，熟悉PLC 系統(tǒng)設(shè)計流程，靈活運用基本指令和高級指令的目的。三、設(shè)計內(nèi)容及要求：1. 內(nèi)容根據(jù)設(shè)計資料中的控制要求，采用西門子S7-300系列PLC 來實現(xiàn)液位高度的自動控制。2. 要求a PLC硬件模塊選型，搭建硬

2、件電路； b 軟件編程并詳細(xì)注釋；c 提交課程設(shè)計說明書（包括硬件選型及硬件電路圖、I/O設(shè)備表、程序流程圖、梯形圖程序清單）。四、設(shè)計任務(wù)初步分析 1. 外部硬件分析對于該系統(tǒng)，為了達到比較小的誤差，采用外部液位傳感器作為系統(tǒng)的輸入來判斷當(dāng)前系統(tǒng)的液位狀態(tài)。初步分析該進出水系統(tǒng)需要至少9個輸入量，其中包括至少5個控制輸入量：手動自動切換、自動狀態(tài)下的啟動、手動模式下的進水和出水按鍵、停止按鍵。4個水位傳感輸入：滿水位、高水位報警、低水位報警和空水位。手動自動切換采用開關(guān)，當(dāng)開關(guān)斷開時表示當(dāng)前是手動控制模式，當(dāng)開關(guān)閉合時表示已經(jīng)切換到自動控制模式。啟動按鈕、進水和出水按鍵采用常開按鈕，內(nèi)部采用

3、軟件自鎖來維持閉合狀態(tài)。停止按鈕不需要自鎖。從系統(tǒng)功能輸出分析，需要4個輸出量：進水閥開關(guān)、出水閥開關(guān)、高報警燈和低報警燈。當(dāng)PLC 給進水閥和出水閥以及報警燈輸出為高電平時，它們通電開始工作。2. 軟件實現(xiàn)分析為了達到控制要求，需要增加方向標(biāo)志變量來指導(dǎo)水位變化的趨勢。PLC 根據(jù)輸入變化，來作出對不同控制要求的響應(yīng)。大體可以分為以下幾種情況：a 手動控制狀態(tài)下增減。保持自鎖狀態(tài)。當(dāng)停止按鈕、手動/自動切換、液體滿(空 保證進(出 水閥不工作。b 自動控制狀態(tài)。通過中間方向標(biāo)志變量來決定水位的增減。在空水位和滿水位時更新中間方向標(biāo)志變量的狀態(tài)。切換到手動控制模式時，或者選擇停止會中止自動控制

4、過程。c 停止按鈕。停止按鍵作用于所有輸入回路中。d 警報燈的閃爍通過定時器來實現(xiàn)。警報燈只和高低水位傳感輸入有關(guān)，可以看作獨立的一部分。為后續(xù)的程序編寫，先用流程圖的形式對程序邏輯的進行描述。如圖1所示，這是控制邏輯部分。關(guān)于報警電路部分，由于邏輯簡單且相對獨立于其它模塊，故不列出。 圖1 主程序的流程圖五、硬件系統(tǒng)的設(shè)計 1. 傳感器的安放及其應(yīng)用電路進出水系統(tǒng)如下圖2所示，有進出水兩個閥門。4個電接點傳感器可以按下圖安放，傳遞不同的水位信息。 滿水位電接點低水位電接點高水位電接點空水位電接點圖2進出水系統(tǒng)示意圖電接點在浸入水中時電阻變小，不在水中時電阻很大，于是可以用圖3所示的電路。選擇

5、適當(dāng)?shù)碾娮鑂 。當(dāng)電接點沒有浸入水中時，其電阻遠(yuǎn)大于分壓電阻R ，所以高水位和滿水位輸出的均接近0，空水位和低水位經(jīng)過反相器輸出也接近0。同樣，當(dāng)浸入水中時，電接點電阻明顯小于分壓電阻R ，4個輸出均接近24V 。這樣就可以把水位信息直接傳遞PLC 了。24V 圖3 電結(jié)點應(yīng)用電路2.PLC 硬件組態(tài)、端口配置及其外部電路a 首先按照表1在Step 7軟件中對PLC 系統(tǒng)的硬件進行組態(tài)。根據(jù)需求，我們只需要擴展1個DI/DO模塊就可以。表1 PLC硬件組態(tài)選型 b 根據(jù)硬件組態(tài)、控制按鈕及硬件傳感器電路，對PLC 輸入輸出端口的地址進行分配，圖2中對端口進行了分配，并描述分配后其端口的功能。為

6、滿足控制要求，需要將啟動按鈕、增加和減少三個按鈕進行自鎖。在這里用中間繼電器M0.1M0.3來對它們進行自鎖，也將其列入表中。表2 PLC端口分配 c PLC 外部接線圖 4 如下所示。手動/自動為開關(guān)，啟動、增加、減少和停止為 按鈕， 還有根據(jù)圖 3 傳感器應(yīng)用電路的 4 個輸出給 PLC 的傳感接口。輸出分別控 制兩個水閥和兩個報警閃光燈。 24V 自動/手動 啟動 增加 減少 停止 高報警 液 位 傳 感 器 Q0.2 滿水位 高水位 低水位 空水位 I1.0 低報警 I1.1 I1.2 I1.3 1M M 24V Q0.3 I0.0 I0.1 Q0.0 I0.2 I0.3 Q0.1 出

7、水閥 1L+ 進水閥 S7300 圖 4 PLC 外部接線圖 六、軟件梯形圖設(shè)計 程序段： 1 自動模式下進出水的切換 在自動模式下，滿水時，關(guān)進水，開出水；空水時，開進水，關(guān)出水。 M0.0方向為標(biāo)志變量，等于0時，進水，等于1時，出水。 I0.0 手動/自動 M0.1 啟動自鎖 I1.0 滿水位 Q0.0 進水閥 R Q0.1 出水閥 S M0.0 方向 S I1.3 空水位 Q0.0 進水閥 S Q0.1 出水閥 R M0.0 方向 R 程序段： 2 按鈕自鎖 在手動和自動模式下使用軟件自鎖輸入狀態(tài)，保證在按下停止后，關(guān)閉進出水閥。 I0.4 停止 I0.1 啟動 M0.1 啟動自鎖 I

8、0.2 增加 M0.2 增加自鎖 I0.3 減少 M0.3 減少自鎖 I0.0 手動/自動 M0.1 啟動自鎖 I0.0 手動/自動 M0.2 增加自鎖 I0.0 手動/自動 M0.3 減少自鎖 程序段： 3 進水控制 分別為自動模式下的進水控制和手動模式下的進水控制。 I0.0 手動/自動 I0.0 手動/自動 M0.1 啟動自鎖 M0.2 增加自鎖 M0.0 方向 I1.0 滿水位 Q0.0 進水閥 程序段： 4 出水控制 分別為自動模式下的出水控制和手動模式下的出水控制。 I0.0 手動/自動 I0.0 手動/自動 M0.1 啟動自鎖 M0.3 減少自鎖 M0.0 方向 I1.3 空水位

9、 Q0.1 出水閥 程序段： 5 高低報警閃爍實現(xiàn)1 利用兩個定時器來實現(xiàn)0.5秒閃爍。在高水位和低水位兩種情況下閃爍。 T0 T1 S S5T#500MS S_ODT Q I1.2 低水位 Q0.3 低報警 Q0.2 高報警 I1.1 高水位 TV R BI BCD 程序段： 6 高低報警閃爍實現(xiàn)2 同程序段 5 T0 T1 SD S5T#500MS 七、程序仿真調(diào)試與操作說明 在 Step 7 中先用表 1 進行硬件組態(tài)，然后輸入梯形圖。打開軟件仿真，下 載并在仿真界面中啟動程序。然后開始測試程序。 先測試手動部分，將 I0.2 置 1 隨后置 0 表示按下手動進水按鈕，可以看到 M0.2

10、 自鎖，Q0.0 置 1 表示進水閥打開。將 I1.0 置 1 表示已滿水位，這時 Q0.0 變成 0 了，表示進水已停止。將 I.0 置 0，Q0.0 置 1 繼續(xù)進水。按下 I0.4 停止 按鈕后，Q0.0 和 M0.2 均置 0，進水停止。同樣測試手動出水一樣。 再測試自動部分，將 I0.0 置 1 切換到自動模式。將 I0.1 置 1 隨后置 0 表示 啟動自動進出水?？梢钥吹疆?dāng) M0.0 標(biāo)志變量為 0 時，Q0.0 置 1 進水；當(dāng) M0.0 為 1 時，Q0.1 置 1 出水。當(dāng)進水時 Q0.0 為 1，Q0.1 為 0，這時將 I1.0 置 1 表示 滿水位， M0.0 會改變

11、值表示進出水方向要發(fā)生改變， 而且 Q0.0 置 0， Q0.1 置 1， 這時系統(tǒng)開始出水。同樣當(dāng)空水時，亦重復(fù)相反的過程。除非按下 I0.4 停止按 鈕，否則進出水過程反復(fù)循環(huán)。 最后測試報警部分，報警部分是獨立的。將 I1.1 置 1 表示高水位，這里會 發(fā)現(xiàn) Q1.2 的值不斷變化，即高報警燈在閃爍，I1.0 置 0 則停止閃爍。將 I1.2 置 1 表示低水位，這里會發(fā)現(xiàn) Q1.3 的值不斷變化，即低報警燈在閃爍，I1.1 置 0 則停止閃爍。 經(jīng)過軟件調(diào)試，程序可以滿需求。 八、心得體會 再回顧此次 PLC 課程設(shè)計，在這幾天里，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的 PLC 知識 ，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識，并將理論轉(zhuǎn)化為實踐， 將知識真正的掌握。在這次課程設(shè)計中，不光鞏固了 PLC 的學(xué)習(xí)，我還額外地學(xué) 會了熟練用 Visio 軟件繪制示意圖和原理圖。本次課程設(shè)計的圖全是用 Visio 繪制的矢量圖。 關(guān)于課程設(shè)計中遇到的問題，