基于PLC的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 設(shè)計(jì)題目： 基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng) 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 2012 級(jí) 姓 名： 李 飛 指導(dǎo)教師： 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 年 月 日 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書專心-專注-專業(yè)專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 李 飛 學(xué) 號(hào) 開題日期： 年 月 日 完成日期： 2014年 12月 15日題 目 簡(jiǎn)易漏電報(bào)警器 一、設(shè)計(jì)的目的 2、 設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 三、指導(dǎo)教師評(píng)語 四、成 績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日 摘要目前，大量的高位生活用水和工作用水逐漸增多。因此，不少單位 自建水塔儲(chǔ)水來解決高層樓房的用水問題。最初，大多用人工進(jìn)

2、行控制，由于人工無法每時(shí)每刻對(duì)水位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測(cè)，很難準(zhǔn)確控制水泵的起停。要么水泵關(guān)停過早，造成水塔缺水；要么關(guān)停過晚，造成水塔溢出，浪費(fèi)水資源，給用戶造成不便。利用人工控制水位會(huì)造成供水時(shí)有時(shí)無的不穩(wěn)定供水情況。后來，使用水位控制裝置使供水狀況有了改變，但常使用浮標(biāo)或機(jī)械水位控制裝置，由于機(jī)械裝置的故障多，可靠性差，給維修帶來很大的麻煩。因此為更好的保證供水的穩(wěn)定性和可靠性，傳統(tǒng)的供水控制方法已難以滿足現(xiàn)在的要求。本文采用的是西門子S7-200PLC可編程控制器作為水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)核心，對(duì)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能性進(jìn)行了需求分析。主要實(shí)現(xiàn)方法是通過傳感器檢測(cè)水塔的實(shí)際水位，將水位具

3、體信息傳至PLC構(gòu)成的控制模塊，來控制水泵電機(jī)的動(dòng)作，同時(shí)顯示水位具體信息，若水位低于或高于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警的信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水塔水位的自動(dòng)。關(guān)鍵詞：水位自動(dòng)控制、西門子S7-200PLC、水泵 、傳感器 目錄 第一章 緒論在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關(guān)量等都是常用的主要被控參數(shù)。其中，水位控制越來越重要。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。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。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合

4、格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點(diǎn)?？删幊炭刂破鳎≒LC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同時(shí)，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會(huì)需要對(duì)容器中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制。比如自動(dòng)控制水塔、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬

5、桶的自動(dòng)補(bǔ)水控制、自動(dòng)電熱水器、電開水機(jī)的自動(dòng)進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同。但其原理都大同小異。特別是在實(shí)際操作系統(tǒng)中，穩(wěn)定、可靠是控制系統(tǒng)的基本要求。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。采用PLC控制技術(shù)能很好的解決以上問題，使水位控制在要求的位置。 第二章 可編程器簡(jiǎn)介2.1可編程控制器的產(chǎn)生 可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)

6、點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)?？刂破骱捅豢貙?duì)象連接方便?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和繼電器-接觸器控制系統(tǒng)有很大關(guān)系。繼電器-接觸器控制已有百年歷史，它是一種弱電信號(hào)控制電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工作模式固定，要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常適用，至今仍有廣泛用途。但是當(dāng)工作模式改變，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件及接線都要作相應(yīng)變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另做一個(gè)新的控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q

7、代。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換。繼電器-接觸器控制難以滿足市場(chǎng)需求，此問題首先被美國(guó)通用汽車公司提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品多樣性的需求，公開對(duì)外招標(biāo)，要求制作一種新的工業(yè)控制裝置取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，對(duì)其新裝置提出的要求就是著名的GM10條，即：1. 編程方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3. 可靠性高于繼電器控制柜；4. 體積小于繼電器控制柜；5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6. 在成本上可與繼電器控制競(jìng)爭(zhēng)；7. 輸入可以是交流115V；

8、8. 輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；9. 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4K字節(jié)。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國(guó)MODICON公司也研制出084控制，從此，這項(xiàng)新技術(shù)迅速在世界各國(guó)得到推廣應(yīng)用。1971年從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器DSC-18。1973年也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國(guó)從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著微的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制

9、器就不在不局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC，使PLC的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測(cè)更為靈活，方便。PLC雖然問世時(shí)間不長(zhǎng)，但隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。90年代以后，工業(yè)控制幾戶全部被PLC占領(lǐng)。國(guó)外專家預(yù)言，PLC將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人、CAC/CAM）中躍居首位。2.2 PLC的發(fā)展 隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以

10、后，特別是進(jìn)入80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時(shí)的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡(jiǎn)稱為PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Persona1  Computer）的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡(jiǎn)稱為PLC（Programmable Logic Controller）。   PLC是微機(jī)技術(shù)

11、與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史，它是用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電系統(tǒng)的控制方法，在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除困難，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，以至于用戶寧愿另外制作一臺(tái)新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、

12、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)，并將控制器和被控對(duì)象方便的連接起來。由于PLC是由微處理器、存儲(chǔ)器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一類。   對(duì)用戶來說，可編程控制器是一種無觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計(jì)階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡(jiǎn)單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。  

13、 我國(guó)從1974年也開始研制可編程序控制器，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、商業(yè)、公用事業(yè)、測(cè)試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。掌握可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。2.3 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)基本與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖2-1所示： 2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)2.4 PLC的工作原理循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程

14、序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖所示。當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后3個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對(duì)PLC聯(lián)機(jī)或離線編程。對(duì)于不同型號(hào)的PLC，圖中的掃描過程中各步的順序可能不同，這是由PLC內(nèi)部系統(tǒng)程序決定的。1） 內(nèi)部處理 ：在這一階段，CPU檢測(cè)主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的I/O模塊的狀態(tài)。在RUN模式下，還檢測(cè)用戶程序存儲(chǔ)器。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。若自診斷正常繼續(xù)向下掃描。2） 處理通信請(qǐng)求 ：在CPU掃描周期的信息處理階段，CPU自動(dòng)檢測(cè)并處理各通信端口接收到的任何信息。即檢查是否有編程器、

15、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。3） 輸入處理 ：在這一階段，對(duì)各數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將各掃描結(jié)果分別寫入對(duì)應(yīng)的映像寄存器中。4） 執(zhí)行用戶程序 ：在PLC中，用戶程序按先后順序存放。在這一階段，CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。執(zhí)行指令時(shí)從映像寄存器中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，每條指令的執(zhí)行是對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行自述或邏輯運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果送到輸出映像寄存器中。執(zhí)行用戶程序的過程與計(jì)算機(jī)基本相同。5） 輸出處理：在這一階段，CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被

16、控設(shè)備的所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎胩幚?、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖所示：PLC執(zhí)行的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期，PLC完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。 掃描周期長(zhǎng)短主要取決于程序的長(zhǎng)短，它對(duì)于一般工業(yè)設(shè)備通常沒有什么影響，但對(duì)控制時(shí)間要求較嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，為減少掃描周期造成的響應(yīng)延時(shí)等不良影響，一般在編程時(shí)應(yīng)對(duì)掃描周期精確計(jì)算，并盡量縮短和優(yōu)化程序代碼。2.5 PLC的主要應(yīng)用  最初，PLC主要用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。如今，PLC不僅用于開關(guān)量控制，

17、還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實(shí)現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個(gè)重要的角色。 1、用于開關(guān)量控制  PLC控制開關(guān)量的能力是很強(qiáng)的。所控制的入出點(diǎn)數(shù)，少的十幾點(diǎn)、幾十點(diǎn)，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點(diǎn)。由于它能聯(lián)網(wǎng)，點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制，不管多少點(diǎn)都能控制。 2、用于模擬量控制  模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小是連續(xù)變化的。工業(yè)生產(chǎn)，特別是連續(xù)型生產(chǎn)過程，常要對(duì)這些物理量進(jìn)行控制。作為一種工業(yè)控制電子裝置，PLC若不能對(duì)這些量進(jìn)行控制，那是一大不足。為

18、此，各PLC廠家都在這方面進(jìn)行大量的開發(fā)。目前，不僅大型、中型機(jī)可以進(jìn)行模擬量控制，就是小型機(jī)，也能進(jìn)行這樣的控制。PLC進(jìn)行模擬量控制，要配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的AD、DA單元。它也是I/O單元，不過是特殊的I/O單元。A/D單元是把外電路的模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送入PLC。D/A單元，是把PLC的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，再送給外電路。作為一種特殊的I/O單元，它仍具有I/O電路抗干擾、內(nèi)外電路隔離，與輸入輸出繼電器（或內(nèi)部繼電器，它也是PLC工作內(nèi)存的一個(gè)區(qū)?？勺x寫）交換信息等等特點(diǎn)。這里的A/D中的A，多為電流，或電壓，也有為溫度。D/A中的A，多為電壓，或電流。電壓、電流變化范圍

19、多為05V，010V，420mA。有的還可處理正負(fù)值的。這里的D，小型機(jī)多為8位二進(jìn)制數(shù)，中、大型多為12位二進(jìn)制數(shù)。 A/D、D/A有單路，也有多路。3、用于數(shù)字量控制 實(shí)際的物理量，除了開關(guān)量、模擬量，還有數(shù)字量。如機(jī)床部件的位移，常以數(shù)字量表示。數(shù)字量的控制，有效的辦法是NC，即數(shù)字控制技術(shù)。這是50年代誕生于美國(guó)的基于計(jì)算機(jī)的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及，并也很完善。目前，先進(jìn)國(guó)家的金屬切削機(jī)床，數(shù)控化的比率已超過4080，有的甚至更高。 PLC也是基于計(jì)算機(jī)的技術(shù)，并日益完善。故它也完全可以用于數(shù)字量控制。 4、用于數(shù)據(jù)采集   隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存

20、儲(chǔ)區(qū)越來越大。如OMRON公司的PLC，前期產(chǎn)品C60P的DM區(qū)僅64個(gè)字，而后來的C60H達(dá)到1000個(gè)字；到了CQMI可多達(dá)6000個(gè)字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集可以用計(jì)數(shù)器，累計(jì)記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時(shí)地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。 數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時(shí)地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。PLC還可配置上小型打印機(jī)，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。PLC也可與計(jì)算機(jī)通訊，由計(jì)算機(jī)把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計(jì)算機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)作處理。這時(shí)，PLC即成為計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。5、用于進(jìn)行監(jiān)控  PLC自檢信號(hào)很多，內(nèi)部器件也很多，多數(shù)使用

21、者未充分發(fā)揮其作用。 其實(shí)，完全可利用它進(jìn)行PLC自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行監(jiān)控。這里介紹一種用PLC定時(shí)器作看門狗，對(duì)控制對(duì)象工作情況進(jìn)行監(jiān)控的思路。如用PLC控制某運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作，看施加控制后動(dòng)作進(jìn)行了沒有，可用看門狗辦法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。具體作法是在施加控制的同時(shí)，令看門狗定時(shí)器計(jì)時(shí)。如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作完成，即定時(shí)器未超過警戒值的情況下，已收到動(dòng)作完成信號(hào)，則說明控制對(duì)象工作正常，無需報(bào)警。 若超時(shí)，說明不正常，可作相應(yīng)處理。如果控制對(duì)象的各重要控制環(huán)節(jié)，都用這樣一些看門狗"看"著，那系統(tǒng)的工作將了如指掌，出現(xiàn)了問題，卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找。

22、60;還有其它一些監(jiān)控工作可做。對(duì)一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是自動(dòng)控制系統(tǒng)，監(jiān)控以至進(jìn)一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統(tǒng)的故障，出了故障也好查找，可提高累計(jì)平均無故障運(yùn)行時(shí)間，降低故障修復(fù)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。6、用于聯(lián)網(wǎng)、通訊 PLC聯(lián)網(wǎng)、通訊能力很強(qiáng)，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。PLC可與個(gè)人計(jì)算機(jī)相連接進(jìn)行通訊，可用計(jì)算機(jī)參與編程及對(duì)PLC進(jìn)行控制的管理，使PLC用起來更方便。為了充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，可實(shí)行一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制與管理多臺(tái)PLC，多的可達(dá)32臺(tái)。也可一臺(tái)PLC與兩臺(tái)或更多的計(jì)算機(jī)通訊，交換信息，以實(shí)現(xiàn)多地對(duì)PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。PLC與PLC也可通訊?？梢粚?duì)一PLC通訊?？蓭?/p>

23、個(gè)PLC通訊?？啥嗟綆资?、幾百。PLC與智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），也可聯(lián)網(wǎng)通訊，交換數(shù)據(jù)，相互操作?？陕?lián)接成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到10公里或更大。 可組成局部網(wǎng)，不僅PLC，而且高檔計(jì)算機(jī)、各種智能裝置也都可進(jìn)網(wǎng)?？捎每偩€網(wǎng)，也可用環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)還可套網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)還可橋接。聯(lián)網(wǎng)可把成千上萬的PLC、計(jì)算機(jī)、智能裝置組織在一個(gè)網(wǎng)中。網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)可直接或間接地通訊、交換信息。聯(lián)網(wǎng)、通訊，正適應(yīng)了當(dāng)今計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點(diǎn)（Point）、到線（Line）再到面（Aero），使設(shè)備級(jí)的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個(gè)整體

24、，進(jìn)而可創(chuàng)造更高的效益。這個(gè)無限美好的前景，已越來越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。  以上幾點(diǎn)應(yīng)用是著重從質(zhì)上講的。從量上講，PLC有大、有小。所以，它的控制范圍也可大、可小。小的只控制一個(gè)設(shè)備，甚至一個(gè)部件，一個(gè)站點(diǎn)；大的可控制多臺(tái)設(shè)備，一條生產(chǎn)線，以至于整個(gè)工廠?？梢哉f，工業(yè)控制的大小場(chǎng)合，都離不開PLC。一般講，工業(yè)生產(chǎn)過程可分為兩種類型；連續(xù)型生產(chǎn)過程（如化學(xué)工業(yè)）及非連續(xù)型，即離散型生產(chǎn)過程（如機(jī)械制造業(yè)）。前者生產(chǎn)對(duì)象是連續(xù)的，分不出件的；后者為離散的，一件件的。由于PLC有上述幾個(gè)方面的應(yīng)用，而且，控制的規(guī)模又可大、可小，所以，這兩種類型的生產(chǎn)過程都有其用武之地。&#

25、160;事實(shí)上，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到它。  PLC能有上述幾個(gè)范圍廣泛的應(yīng)用，是PLC自身特點(diǎn)決定的，也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。2.6 西門子S7-200系列PLC的編程元件  通過程序的運(yùn)行實(shí)施控制的過程其實(shí)質(zhì)就是對(duì)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)進(jìn)行操作或處理的過程，根據(jù)使用功能的不同，把存儲(chǔ)器分為若干個(gè)區(qū)域和種類，這些由用戶使用的每一個(gè)內(nèi)部存儲(chǔ)單元統(tǒng)稱為軟元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址

26、。軟元件的數(shù)量決定了可編程控制器的規(guī)模和數(shù)據(jù)處理能力，每一種PLC的軟元件是有限的。為了理解方便，把PLC內(nèi)部許多位地址空間的軟元件定義為內(nèi)部（軟繼電器）。但要注意把這種繼電器與傳統(tǒng)控制電路中的繼電器區(qū)別開來，這些軟繼電器的最大特點(diǎn)就是其線圈的通斷實(shí)質(zhì)就是其對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器位的置位與復(fù)位，在電路（梯形圖）中使用其觸點(diǎn)實(shí)質(zhì)就是對(duì)其所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器位的讀操作，因此其觸點(diǎn)可以無限次的使用。編程時(shí)，用戶只需要記住軟元件的地址即可。每一軟元件都有一個(gè)地址與之一一對(duì)應(yīng)，其中軟繼電器的地址編排采用區(qū)域號(hào)加區(qū)域內(nèi)編號(hào)的方式。即PLC內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器區(qū)、計(jì)數(shù)

27、器區(qū)、順序控制繼電器、特殊標(biāo)志繼電器區(qū)等，分別用I、Q、M、T、C、SM等來表示。  1、數(shù)字量輸入繼電器（I）輸入繼電器也就是輸入映像寄存器，每個(gè)PLC的輸入端子都對(duì)應(yīng)有一個(gè)輸入繼電器，它用于接收外部的開關(guān)信號(hào)。輸入繼電器的狀態(tài)唯一地由其對(duì)應(yīng)的輸入端子的狀態(tài)決定，在程序中不能出現(xiàn)輸入繼電器線圈被驅(qū)動(dòng)的情況，只有當(dāng)外部的開關(guān)信號(hào)接通PLC的相應(yīng)輸入端子的回路，則對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的線圈“得電”，在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。這些觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用數(shù)量（次數(shù)）不受限制。2、 數(shù)字量輸出繼電器（Q） 輸出繼電器也就是輸出映像寄存器，每個(gè)PLC的輸出端

28、子對(duì)應(yīng)都有一個(gè)輸出繼電器。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈“得電”時(shí)，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負(fù)載的開關(guān)信號(hào)。同時(shí)在程序中其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。這些觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。3、 通用輔助繼電器（M）通用輔助繼電器如同電器控制系統(tǒng)中的，在PLC中沒有輸入輸出端與之對(duì)應(yīng)，因此通用輔助繼電器的線圈不直接受輸入信號(hào)的控制，其觸點(diǎn)也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。所以，通用輔助繼電器只能用于內(nèi)部邏輯運(yùn)算。通用輔助繼電器用“M”表示，通用輔助繼電器區(qū)屬于位地址空間，范圍為M0.0M31.7，可進(jìn)行位、字節(jié)、字、雙字操作。 4、特殊標(biāo)志繼電器（SM）有些輔助繼電器

29、具有特殊功能或存儲(chǔ)系統(tǒng)的狀態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息，我們稱為特殊標(biāo)志繼電器。用戶可以通過特殊標(biāo)志來溝通PLC與被控對(duì)象之間的信息，如可以讀取程序運(yùn)行過程中的設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)算結(jié)果信息，利用這些信息用程序?qū)崿F(xiàn)一定的控制動(dòng)作。用戶也可通過直接設(shè)置某些特殊標(biāo)志繼電器位來使設(shè)備實(shí)現(xiàn)某種功能。特殊標(biāo)志繼電器用“SM”表示，特殊標(biāo)志繼電器區(qū)根據(jù)功能和性質(zhì)不同具有位、字節(jié)、字和雙字操作方式。其中SMB0、SMB1為系統(tǒng)狀態(tài)字，只能讀取其中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，不能改寫，可以位尋址。系統(tǒng)狀態(tài)字中部分常用的標(biāo)志位說明如下：SM0.0：始終接通；SM0.1：首次掃描為1，以后為0，常用來對(duì)程序進(jìn)行初始化；SM0.2：當(dāng)機(jī)器

30、執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果為負(fù)時(shí)，該位被置1； SM0.3：開機(jī)后進(jìn)入RUN方式，該位被置1一個(gè)掃描周期；SM0.4：該位提供一個(gè)周期為1分鐘的時(shí)鐘脈沖，30秒為1，30秒為0；SM0.5：該位提供一個(gè)周期為1秒鐘的時(shí)鐘脈沖，0.5秒為1，0.5秒為0； SM0.6：該位為掃描時(shí)鐘脈沖，本次掃描為1，下次掃描為0； SM1.0：當(dāng)執(zhí)行某些指令，其結(jié)果為0時(shí)，將改位置1；SM1.1：當(dāng)執(zhí)行某些指令，其結(jié)果溢出或?yàn)榉欠〝?shù)值時(shí)，將改位置1；SM1.2：當(dāng)執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算指令，其結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí)，將改位置1； SM1.3：試圖除以0時(shí)，將改位置1；其他常用特殊標(biāo)志繼電器的功能可

31、以參見S7-200系統(tǒng)手冊(cè)。5、 變量存儲(chǔ)器（V）變量存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)變量。它可以存放程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲(chǔ)器來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。 變量存儲(chǔ)器用“V”表示，變量存儲(chǔ)器區(qū)屬于位地址空間，可進(jìn)行位操作，但更多的是用于字節(jié)、字、雙字操作。變量存儲(chǔ)器也是S7-200中空間最大的存儲(chǔ)區(qū)域，所以常用來進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，存放全局變量數(shù)據(jù)。 6、局部變量存儲(chǔ)器（L）局部變量存儲(chǔ)器用來存放局部變量。局部變量與變量存儲(chǔ)器所存儲(chǔ)的全局變量十分相似，主要區(qū)別是全局變量是全局有效的，而局部變量是局部有效的。全局有效是指同一個(gè)變量可以被任何程序(包括

32、主程序、子程序和中斷程序)訪問；而局部有效是指變量只和特定的程序相關(guān)聯(lián)。S7200 PLC提供64個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器，其中60個(gè)可以作暫時(shí)存儲(chǔ)器或給子程序傳遞參數(shù)。主程序、子程序和中斷程序在使用時(shí)都可以有64個(gè)字節(jié)的局部存儲(chǔ)器可以使用。不同程序的局部存儲(chǔ)器不能互相訪問。機(jī)器在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地分配局部存儲(chǔ)器：在執(zhí)行主程序時(shí)，分配給子程序或中斷程序的局部變量存儲(chǔ)區(qū)是不存在的，當(dāng)子程序調(diào)用或出現(xiàn)中斷時(shí)，需要為之分配局部存儲(chǔ)器，新的局部存儲(chǔ)器可以是曾經(jīng)分配給其他程序塊的同一個(gè)局部存儲(chǔ)器。 局部變量存儲(chǔ)器用“L”表示，局部變量存儲(chǔ)器區(qū)屬于位地址空間，可進(jìn)行位操作，也可以進(jìn)行字節(jié)、字、雙字

33、操作。7、 順序控制繼電器（S）順序控制繼電器用在順序控制和步進(jìn)控制中，它是特殊的繼電器。有關(guān)順序控制繼電器的使用請(qǐng)閱讀本章后續(xù)有關(guān)內(nèi)容。順序控制繼電器用“S”表示，順序控制繼電器區(qū)屬于位地址空間，可進(jìn)行位操作，也可以進(jìn)行字節(jié)、字、雙字操作。  8、定時(shí)器（T）定時(shí)器是可編程序控制器中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行定時(shí)控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出動(dòng)作要求復(fù)雜的控制程序。  定時(shí)器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的基本相同。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)置值。當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足且開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開始按一定的時(shí)間單位增加

34、；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)置值時(shí)，定時(shí)器動(dòng)作，此時(shí)它的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以按照延時(shí)時(shí)間實(shí)現(xiàn)的各種控制規(guī)律或動(dòng)作。  9、計(jì)數(shù)器（C）  計(jì)數(shù)器用來累計(jì)內(nèi)部事件的次數(shù)?？梢杂脕砝塾?jì)內(nèi)部任何編程元件動(dòng)作的次數(shù)，也可以通過輸入端子累計(jì)外部事件發(fā)生的次數(shù)，它是應(yīng)用非常廣泛的編程元件，經(jīng)常用來對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)或進(jìn)行特定功能的編程。使用時(shí)要提前輸入它的設(shè)定值(計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù))。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時(shí)，計(jì)數(shù)器開始累計(jì)其輸入端脈沖電位跳變(上升沿或下降沿)的次數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值時(shí)，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。  模擬量輸入映

35、像寄存器(AI)、模擬量輸出映像寄存器(AQ)模擬量輸入電路用以實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)字量(AD)之間的轉(zhuǎn)換，而模擬量輸出電路用以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量模擬量(DA)之間的轉(zhuǎn)換，PLC處理的是其中的數(shù)字量。 在模擬量輸入輸出映像寄存器中，數(shù)字量的長(zhǎng)度為1字長(zhǎng)(16位)，且從偶數(shù)號(hào)字節(jié)進(jìn)行編址來存取轉(zhuǎn)換前后的模擬量值，如0、2、4、6、8。編址內(nèi)容包括元件名稱、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和起始字節(jié)的地址，模擬量輸入映像寄存器用AI表示、模擬量輸出映像寄存器用AQ表示，如：AIW10，AQW4等。PLC對(duì)這兩種寄存器的存取方式不同的是，模擬量輸入寄存器只能作讀取操作，而對(duì)模擬量輸出寄存器只能作寫入操作。 10、 高速

36、計(jì)數(shù)器(HC)高速計(jì)數(shù)器的工作原理與普通計(jì)數(shù)器基本相同，它用來累計(jì)比主機(jī)掃描速率更快的高速脈沖。高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為雙字長(zhǎng)(32位)的整數(shù)，且為只讀值。  高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量很少，編址時(shí)只用名稱HC和編號(hào)，如：HC2。11、 累加器(AC) S7200PLC提供4個(gè)32位累加器，分別為AC0、ACl、AC2、AC3，累加器(AC)是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器。它可以用來存放數(shù)據(jù)如運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，也可用來向子程序傳遞參數(shù)，或從子程序返回參數(shù)。使用時(shí)只表示出累加器的地址編號(hào)，如AC0。累加器可進(jìn)行讀、寫兩種操作，在使用時(shí)只出現(xiàn)地址編號(hào)。累加器可用長(zhǎng)度為32位，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)

37、，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度取決于進(jìn)出累加器的數(shù)據(jù)類型。 第三章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1 傳統(tǒng)水塔水位控制 3-1傳統(tǒng)水塔水位控制布局圖3.2 水塔控制系統(tǒng)的工作原理 通過指示燈模擬上水水泵，結(jié)合鈕子開關(guān)模擬水位監(jiān)測(cè)信號(hào)，模擬了水塔自動(dòng)上水控制，當(dāng)水池水位低于水池地位界面（S1為ON時(shí)），電磁閥Y打開進(jìn)水（Y為ON），4s后如果S1仍然為ON，那么閥Y指示燈閃爍，表示Y沒有進(jìn)水，電磁閥Y出現(xiàn)故障。若系統(tǒng)正常運(yùn)行，則S1此時(shí)為OFF。當(dāng)水位液面高于上限水位時(shí)，則S2為ON,電磁閥關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限位開關(guān)S3為ON,水泵開始工作向水塔注水，當(dāng)S3為OFF時(shí)，表示水塔

38、水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔水位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)水塔水位低于水塔下限水位，且水池水位低于水池下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。3.3 水塔水位控制主電路圖 水塔水位控制主電路圖如下所示： 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖3.4 I/O接口分配 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC的輸入輸出分配表如下圖所示：3.5 水塔水位控制系統(tǒng)I/O圖 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O圖如下圖所示：第4章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)4.1 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)要求控制流程圖如圖所示： 水塔水位控制系統(tǒng)PLC程序流程圖4.2 PLC 控制梯形圖根據(jù)程序流程圖

39、的設(shè)計(jì)原理，本次設(shè)計(jì)的水塔水位控制系統(tǒng)PLC梯形圖如下所示： 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖（1） 系統(tǒng)啟停程序：（2） 水閥控制程序：（3） 水池下限水位指示程序：（4） 水池水位報(bào)警程序：（5） 水池水位上限指示程序：（6） 水泵啟?？刂瞥绦颍海?） 水塔水位下限指示程序：（8） 水塔水位報(bào)警程序：（9） 水塔水位上限指示程序：4.3 水位控制系統(tǒng)的具體工作過程假設(shè)系統(tǒng)初始運(yùn)行時(shí)水塔、水池中都完全無水，6個(gè)液位指示燈全滅。系統(tǒng)啟動(dòng)后程序的執(zhí)行是，先由PLC判斷操作人員選擇的是手動(dòng)操作還是自動(dòng)操作，若為手動(dòng)操作，則由工作人員由控制按鈕自行選擇兩個(gè)水泵電機(jī)以及電磁閥的開啟與關(guān)閉，當(dāng)其中一個(gè)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)工作人員可方便地自行切換電機(jī)。若選擇自動(dòng)操作，則水池為液位低于水池下限位時(shí)，電磁閥打開，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過10S，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若10S內(nèi)水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈HL3亮。此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，電機(jī)M1及M2開始同時(shí)