水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、學(xué) 號_0804121041_ 畢 業(yè) 設(shè) 計課 題 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 系 別 機(jī)械工程系 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 二0 一 二 年 六 月目錄插圖清單表格清單摘要Abstract第一章 緒論 11.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計的重要性11.2控制理論的發(fā)展及應(yīng)用概況11.3本文的主要工作2第二章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計 32.1 PLC的工作原理 32.2 PLC選型 52.3 水位傳感器的選擇62.4水塔水位控制方案 8第三章 水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 93.1水塔水位控制系統(tǒng)主電路 93.2控制系統(tǒng)與PLC的輸入/輸出接口分配表 103.3水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖 11第四章

2、 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計 12 4.1系統(tǒng)工作過程 124.2程序流程圖 134.3梯形圖與具體分析 144.4水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖對應(yīng)指令17總結(jié) 18參考文獻(xiàn)19致謝20插圖清單2-1 PLC運(yùn)行方式圖 32-2 PLC掃描周期示意圖42-3 S7-300 PLC的實物圖52-4 S7-300PLC的模塊圖52-5 EchoPod超聲波液位傳感器62-6水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計圖83-1電機(jī)主電路圖93-2系統(tǒng)接線圖113-3程序流程圖134-1程序流程圖的梯形圖15插表清單3-1水塔水位系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表 10_Toc324809322_Toc324809323水

3、塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。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，主控臺應(yīng)用MCGS（Monitor and Control Generated System）組態(tài)軟件對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報警信息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而自動控制原理, 依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低

4、，安裝方便，經(jīng)過多次實驗證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。 關(guān)鍵詞:水位； 自動控制系統(tǒng)；調(diào)試 ；可編程控制器（PLC）Water Level Control System Design of Water TowerAbstractIn this paper, the PLC control, an automatic measurement of water level device installed in the tank. The electrical conductivity of water continuously around the clock

5、 to measure the water level changes, and measured the water level changes converted into corresponding electrical signals, console application MCGS(Monitor and Control Generated System) configuration software received signal for data processing, complete the corresponding water level the fault alarm

6、 information display, the display of real-time curve and the historical curve, so that the water level is maintained at the appropriate location. The water tower water level control system is widely used in water supply system of the residential area, the traditional control method, control accuracy

7、 and low energy consumption and the shortcomings of automatic control theory, in accordance with changes in water automatically adjust the system operating parameters, to maintain constant pressure to meet the water requirements, thereby enhancing the quality of the water supply system. And low-cost

8、, easy installation, after repeated experiments show a good sensitivity, is to save water, family friendly, and units of the ideal device to control the water tower water level.Key words：water level；Automatic ；Debugging ；PLC第一章 緒論1.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計的重要性水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而自動控制

9、原理, 是依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定來滿足用水要求, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次實驗證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。不論社會經(jīng)濟(jì)如何飛速，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須對其進(jìn)行自動化控制系統(tǒng)的改造。從而實現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、低成本的設(shè)計、高實用價值的控制器。該設(shè)計采用分立的電路實

10、現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實現(xiàn)自動控制,既達(dá)到節(jié)能的目的,又提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。1.2 PLC控制理論的發(fā)展及應(yīng)用概況1.2.1 PLC控制理論的發(fā)展可編程控制器（Programmable Controller）,也稱可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），是以微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機(jī)家族的一名成員，簡稱PC，為了避免與個人電腦（也簡稱為PC）相混淆，通常將可編程控制器簡稱為PLC1。早期的PLC雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，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)展，其發(fā)展過程大致可分

11、為三個階段：可編程邏輯控制器2。這時的PLC多少由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、定時等。它在硬件上以計算機(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。裝置中的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。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用至今。在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)

12、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、計時、計數(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。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，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，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提

13、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。我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外引進(jìn)的PLC使用較為普遍是由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。1.2.2 PLC控制理論的應(yīng)用PLC初始時針對工業(yè)順序控制發(fā)展而研制的。經(jīng)過近40年的發(fā)展，PLC技術(shù)已大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平，其定位在低成本自動化項目和作為大型Distributed Control System（DCS）或Fieldbus Control System（FCS）系統(tǒng)的I/O站?，F(xiàn)在PLC的應(yīng)用已遍布國民經(jīng)濟(jì)的各

14、個領(lǐng)域，并幾乎涉及到工業(yè)界所有領(lǐng)域的中、大型設(shè)備的自動控制中，形成了滿足各種需要的PLC應(yīng)用系統(tǒng)。1.3 本文的主要工作在工農(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現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等8。本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個自動測量水位裝置。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，主控臺應(yīng)用MCGS(Monitor and Control Generated System)組態(tài)軟件對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)

15、的水位顯示、故障報警信息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。并對水塔水位系統(tǒng)進(jìn)行I/O分析和梯形圖設(shè)計，充實設(shè)計內(nèi)容，方便更清楚的了解設(shè)計內(nèi)容。第二章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計2.1 PLC的工作原理 最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。 （1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作6。 （2）PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈

16、的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作8。為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了5。 掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段，如圖2-

17、1所示。圖2-1 PLC運(yùn)行方式圖（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)的單元內(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)也不會改變11。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，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，并按先左后右、先上后下

18、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存儲區(qū)中對應(yīng)的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)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)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用7。 （3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束

19、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)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。2.1.2 PLC的I/O響應(yīng)時間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離技術(shù)。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）11。以上兩個主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的

20、改變所需的時間，如圖2-2所示。圖2-2 PLC掃描周期示意圖2.2 PLC選型隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多。近年來，從國外引進(jìn)的PLC產(chǎn)品、國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列，上百種型號，PLC種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有不同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起重要作用11。S7-300PLC是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用3。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在

21、S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。本次設(shè)計使用的是西門子S7-300 PLC，就是因為它的實用性，所以在這

22、里有必要介紹一下它的硬件基本結(jié)構(gòu)，如圖2-3和圖2-4所示。 接口模塊 電源 圖2-4 S7-300 PLC的模塊圖圖2-3 S7-300 PLC的實物圖如上圖示：除了電源、CPU和接口模塊（IM）外，S7-300可以選擇的其他主要模塊有：DI（數(shù)字量數(shù)入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）3。S7-300的組件及其功能如下：電源（PS）將電網(wǎng)電壓（120/230V）變換為S7-300所需的24V DC工作電。中央處理單元（CPU）執(zhí)行用戶程序，附件：存儲器模塊，后備電池。接口模塊（IM）連接2個機(jī)架的總線。信號模塊（SM）把不同的

23、過程信號與S7-300相匹配，附件：總接線器，前接線器。功能模塊（FM）完成地位、閉環(huán)控制等功能。通訊處理器（CP）連接可編制控制器，附件：電纜、軟件、接口模塊。其中，圖2-4中的八個信號模塊即是信號模塊（SM）的八個模擬量，可隨意搭配。2.3 水位傳感器的選擇 EchoPod超聲波液位傳感器集非接觸開關(guān)，控制器，變送器三種功能于一身，適用于小型儲罐。EchoPod超聲波液位傳感器靈活的設(shè)計可以應(yīng)用于綜合系統(tǒng)或者替代浮球開關(guān)、電導(dǎo)率開關(guān)和靜壓式傳感器，也適用于流體控制和化工供料系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，超聲波液位傳感器對于機(jī)器，剎車等設(shè)備的小儲罐的應(yīng)用也是很好的選擇，PVDF的傳感器可以適用于泥漿，腐蝕

24、性介質(zhì)，超聲波液位傳感器廣泛應(yīng)用于各種常壓儲罐，過程罐，小型罐和小型容器，泵提升站，廢水儲槽等。圖2-5 EchoPod超聲波液位傳感器EchoPod DL14 超聲波液位傳感器的產(chǎn)品特點(diǎn)： 量程1.25米 輸出420mA+4個繼電器 探頭材質(zhì)PVDF，耐酸堿腐蝕 窄聲束角0度，支持靜管技術(shù) WebCal軟件標(biāo)定，防護(hù)等級IP67 工作原理：EchoPod超聲波液位傳感器是根據(jù)超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時，會被嚴(yán)重衰減 相反地，如果在液體中傳播時，超聲波的傳播會被大大增強(qiáng)。電子控制單元發(fā)出一系列的電信號，傳感器將其轉(zhuǎn)化為超聲能量脈沖，并在被探測區(qū)內(nèi)傳播。當(dāng)另一端接到有效信號時，就發(fā)

25、出數(shù)據(jù)有效的信號，表明有液體存在。這個信號輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號。以下是FLOWLINE EchoPod DL14 超聲波液位傳感器的技術(shù)參數(shù)：量程： 1.25m精度： 3mm分辨率： 0.5mm聲束寬度： 5cm死區(qū): 5cm供電電壓： 24vdc(環(huán)路)溫度補(bǔ)償： 全量程自動環(huán)繞阻抗： 400ohms24vdc信號輸出： DL14:420 mA, 4*SPST繼電器標(biāo)定： WebCal PC 軟件，USB標(biāo)定失效診斷： 4 mA,20 mA,21 mA,22mA，或者保持當(dāng)時數(shù)據(jù)過程溫度： 20 to 60壓力： 大氣壓防護(hù)等級： NEMA 4X (IP65)外殼材料： PC/AB

26、S FR探頭材料： PVDF過程連接： 1"NPT(1"G)螺紋電纜長度： 1.2米電纜材料： PVC延時： 可選類別： 普通認(rèn)證： CE2.4水塔水位控制方案圖2-5 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計圖1）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S3為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)5S以后，若水池水位沒有超過水池下限液位開關(guān)S3時，則系統(tǒng)發(fā)出警報；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時水池下限液位開關(guān)S3為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)液面高于上限水位S4時，則S4為ON，電磁閥關(guān)閉。2）保持水塔的水位在S1S2之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開關(guān)S2時，則水塔

27、下限液位開關(guān)S2為ON，則驅(qū)動電機(jī)M開始工作，向水塔供水。當(dāng)S2為OFF時，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，則S1為ON，電機(jī)M停止抽水。3) 在控制系統(tǒng)啟動后，若水池水位低于水池最低水位時液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向PLC發(fā)出信號，PLC根據(jù)此信號打開電磁閥向水池補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到水池最高水位時液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向PLC發(fā)出信號關(guān)閉電磁閥的工作，當(dāng)水塔水位達(dá)到最低水位時，液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向PLC輸出，PLC在收到信號后啟動電磁閥向水塔加水，當(dāng)水塔水位達(dá)到最高水位時傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向PLC發(fā)出信號關(guān)閉電磁閥的工作

28、。4)當(dāng)水塔水位低于下限水位時，同時水池水位也低于下限水位時，電機(jī)M不能啟動。第三章 水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1水塔水位控制系統(tǒng)主電路給排水工程中常使用三相異步電動機(jī)Y90L-4，功率為1.5KW4。 水泵上的電動機(jī)一般是單向旋轉(zhuǎn)，并有以下控制:在水塔水位檢測系統(tǒng)中通過水位傳感器檢測實際水位的高度，當(dāng)水位低于最低水位時，向PLC發(fā)出信息啟動水泵，經(jīng)過5S檢測水塔水位是否提高，從而來控制水泵的工作，當(dāng)水位達(dá)到最高水位時向PLC發(fā)出控制信息，停止水泵工作9。水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號進(jìn)入PLC，執(zhí)行程序，通過水泵的開關(guān)對水塔中的水位進(jìn)行自動控制。圖3-

29、1電機(jī)的主電路圖3.2 PLC的輸入/輸出接口分配表系統(tǒng)的輸入信號：控制開關(guān)1個，液位開關(guān)4個，共5個輸入信號；系統(tǒng)的輸出信號有：電磁閥1個，電機(jī)1臺，指示燈5個，共7個輸出點(diǎn)。西門子S7-300型PLC，它有8個輸入點(diǎn)，16個輸出點(diǎn)，交流供電，滿足本例要求8。如：X400為水位控制開關(guān)的地址輸入繼電器，X401為水塔上限液位開關(guān)S1的地址輸入繼電器，X402為水塔下限液位開關(guān)S2的地址輸入繼電器，X403為水池下限液位開關(guān)S3的地址輸入繼電器，X404為水池上限液位開關(guān)S4的地址輸入繼電器，即，在PLC中，通過X400、X401、X402、X403、X404來進(jìn)行對水塔水位進(jìn)行液位控制。Y4

30、30為電磁閥的地址輸出繼電器，Y431為電機(jī)M的地址輸出繼電器，Y432為水池下限指示燈a1的地址輸出繼電器（到水池下限時燈亮），Y433為水池上限指示燈a2的地址輸出繼電器（到水池上限時燈亮），Y434為水塔上限指示燈a3的地址輸出繼電器（到水塔下限時燈亮），Y435為水塔上限指示燈a4的地址輸出繼電器（到水塔上限時燈亮），Y436為報警指示燈a5的地址輸出繼電器（警報時燈亮），即，PLC中，通過Y430、Y431、Y432、Y433、Y434、Y435、Y436對液位進(jìn)行合理控制，方便與輸入設(shè)備協(xié)調(diào)搭配。由此，PLC輸入/輸出接口分配表如下：表3-1 水塔水位系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配

31、表輸入繼電器現(xiàn)場器件輸出繼電器現(xiàn)場器件X400啟動按鈕Y430電磁閥X401水塔上限液位開關(guān)S1Y431電機(jī)MX402水塔下限液位開關(guān)S2Y432水池下限指示燈a1X403水池下限液位開關(guān)S3Y433水池上限指示燈a2X404水池上限液位開關(guān)S4Y434水塔下限指示燈a3X405停止按鈕Y435水塔上限指示燈a4Y436報警指示燈a53.3 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖據(jù)輸入輸出分配表，再加上西門子S7-300設(shè)備的要求，對輸入、輸出地址進(jìn)行分配，水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)I/O接線圖第四章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)工作過程當(dāng)執(zhí)行程序是，檢測

32、到水池為液位低于水池下限液位時，電磁閥打開，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過5S，而水池液位沒有超過水池下限液位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警。若5S只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限液位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限液位的指示燈a1滅。此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限液位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限液位，電機(jī)M開始工作，向水塔供。當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈a2滅，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限液位，則水塔下限液位指示燈a3滅，電機(jī)M繼續(xù)工作，從水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔也超過水塔上限，水塔上限液位指

33、示燈a4滅。但剛剛給水塔供水的時候，電機(jī)M已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水池液位已經(jīng)低于水池上限液位時，水池上限指示燈a2亮。此次給水塔供水完成。4.2 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)計要求，控制流程圖如圖4-1所示。圖4-1 程序流程圖4.3 梯形圖與具體分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言7。它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶

34、都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá)PLC的各種功能的助記符號，類似于計算機(jī)匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成，比較抽象，通常都先用其它編程方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表。通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。2)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路

35、也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。3)梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“I態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點(diǎn)閉合，動斷觸點(diǎn)打開，反之為“O態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。5)繼電器線

36、圈在一個程序中不能重復(fù)使用；而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設(shè)計梯形圖時，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)于一條指令，一條指令為一個步序。當(dāng)PLC運(yùn)行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或

37、跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始4。圖4-2程序流程圖設(shè)計的梯形圖圖4-2所示是滿足圖4-1所示工藝流程的梯形圖。水塔水位控制系統(tǒng)工作時，按如下步驟進(jìn)行：（1）壓下啟動按鈕SB1，輸入繼電器觸電X400接通, 200得電自鎖；（2）當(dāng)水池液位到下限開關(guān)S3時，輸入繼電器X403接通，Y430得電自鎖，電磁閥打開；（3）當(dāng)水池液位到下限開關(guān)S3時，輸入繼電器X403接通，Y432得電，則水池下限指示燈a1亮；（4）電磁閥開啟，往水池加水，并啟動定時器T450，定時5

38、S；（5）5S后若水池水位沒有超過水池下限液位開關(guān)S3時，輸出繼電器Y436接通，報警指示燈a5亮；（6）當(dāng)水塔水位低于水塔下限液位開關(guān)S2時，輸入繼電器X402接通，Y431得電自鎖，水泵抽水；（7）當(dāng)水塔水位低于水塔下限液位開關(guān)S2時，輸入繼電器X402接通，Y434得電，水塔下限指示燈a3亮；（8）當(dāng)水塔中的水位達(dá)到水塔上限液位開關(guān)S1時，輸入繼電器X401接通，Y435得電，水塔上限指示燈a4亮；（9）當(dāng)水塔中的水位達(dá)到水塔上限液位開關(guān)S1時，輸入繼電器X401常開觸點(diǎn)閉合，則此時常閉觸點(diǎn)斷開，故Y431失電，水泵停止抽水；（10）當(dāng)水池中的水達(dá)到水池的上限液位開關(guān)S4時，輸入繼電器X

39、404閉合，Y433得電，水池上限指示燈a2亮；（11）當(dāng)水池中的水達(dá)到水池的上限液位開關(guān)S4時，輸入繼電器X404常開觸點(diǎn)閉合，則此時常閉觸點(diǎn)斷開，Y430失電，電磁閥關(guān)閉，此次供水完成。4.4水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖對應(yīng)指令水塔水位控制系統(tǒng)指令LD X400ANI 405LD 403AND 430ANI 404OUT Y430LD 403OUT Y432LD 430OUT T450 K5LD T450AND 403OUT Y436LD 403AND 402OR Y431ANI 401OUT 431LD 402OUT Y434LD 401OUT Y435LD 404OUT Y433END總結(jié)畢

40、業(yè)論文是我學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的水塔水位的自動控制系統(tǒng)設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及PLC制作程序等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種元件的安裝方式，我

41、都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對設(shè)計有了新的認(rèn)識也對自己提出了新的要求，提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實踐經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通能力和理解能力。在設(shè)計中，首先要對本次設(shè)計所需物品進(jìn)行了解，比如PLC，水塔水位等。再加上逐步分析西門子S7-300的各種模擬量，以方便對設(shè)計內(nèi)容建立一個大致的系統(tǒng)方案。其次，在設(shè)計好的系統(tǒng)方案基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件分析，進(jìn)一步對系統(tǒng)能否正常運(yùn)行做了檢查。最后，把方案實踐于PLC上，檢測方案能否運(yùn)行成功，并畫出梯形圖，讓人更清楚的了解系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡。順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心