水塔水位控制PLC系統(tǒng)設計

水塔水位控制PLC系統(tǒng)設計水塔水位控制PLC系統(tǒng)設計水塔水位控制PLC系統(tǒng)設計資料僅供參考文件編號：2022年4月水塔水位控制PLC系統(tǒng)設計版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發(fā)布日期：新疆輕工職業(yè)技術學院PLC課程設計名稱：FILENAME水塔水位控制PLC課程設計院系：機電工程系班級：普高11機電（2）班姓名：劉濤目錄1.課程設計目的 32.課程設計題目和要求 3設計題目 3控制要求 33.設計內(nèi)容 3PLC的構(gòu)成 3PLC的工作原理 4梯形圖程序設計及工作過程分析 6水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設計 7工作過程 7程序流程圖 8梯形圖 9水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應指令表 104．設計總結(jié) 11參考文獻 111.課程設計目的（1）通過對工程實例的模擬，熟練的掌握PLC的編程和程序調(diào)試方法。（2）進一步熟悉PLC的I/O連接。（3）熟悉水塔水位控制的編程方法。2.課程設計題目和要求 設計題目水塔水位控制系統(tǒng)控制要求1.因電動機功率較大，為減少起動電流，電動機采用定子串電阻降壓啟動，并要錯開起動時間（間隔時間為5s）。2.為防止某一臺電動機因長期閑置而產(chǎn)生銹蝕，備用電動機可通過預置開關隨意設置。如果未設置備用電動機組號，則系統(tǒng)默認為5號電動機組為備用。3.每臺電動機都有手動和自動兩種控制狀態(tài)。在自動控制狀態(tài)時，不論設置哪一臺電動機作為備用，其余的4臺電動機都要按順序逐臺起動。4.在自動控制狀態(tài)下，如果由于故障使某臺電動機組停車，而水塔水位又未達到高水位時，備用電動機組自動降壓起動；同時對發(fā)生故障的電動機組根據(jù)故障性質(zhì)發(fā)出停機報警信號，提醒維護人員及時排除故障。當水塔水位達到高水位時，高液位傳感器發(fā)出停機信號，各個電動機組停止運行。當水塔水位低于低水位時，低液位傳感器自動發(fā)出開機信號，系統(tǒng)自動按順序降壓起動。5.因水泵房距離水塔較遠，每臺電動機都有就地操作按鈕和遠程操作按鈕。6.每臺電動機都有運行狀態(tài)指示燈（運行、備用和故障）。7.液位傳感器要有位置狀態(tài)指示燈。3主要內(nèi)容PLC的構(gòu)成根據(jù)物理結(jié)構(gòu)形式不同，PLC分為整體式和組合式（模塊式）兩種。整體式PLC是將CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等組裝在一個箱體內(nèi)構(gòu)成主機。組合式PLC是將CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊分別作成相應的電路板或模板，各模板可以插在帶有總線的底版上。PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。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，但這兩者的運行方式是不相同的：（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，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（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。（2）PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于運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的運行方式掃描技術。這樣在對于I/O響應要求不高的場合，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。1、掃描技術當PLC投入運行后，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。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。如下圖：PLC掃描周期（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)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。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構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(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，而其他輸出點和軟設備在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。（3）輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(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)動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。2、PLC的I/O響應時間為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。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的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應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響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。如下圖：PLC掃描周期示意圖梯形圖程序設計及工作過程分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術語和圖形符號，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一接觸器控制系統(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PLC的各種功能的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務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，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應的語句表，編程設備簡單價廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言(SFC)類似于計算機常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細具體，包括每一框前的輸入信號，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達方式。高級語言類似于BACIC語言、C語言等，它們在某些廠家的PLC中應用。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，相應某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，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、運算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。5)繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，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，這在設計梯形圖時，可以減少許多有約束關系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。當PLC運行時，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。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。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，并周而復始。水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設計工作過程設水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個液位指示燈全亮。當執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時，電磁閥打開，開始往水池里進水，如果進水超過5S，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)就會自動報警。若5S只有水池液位按預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a1滅。此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，電機M開始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈a2，電磁閥就關閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈a3滅，電機M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿是，水塔也未超過水塔上限，水塔上限指示燈a4滅，但剛剛給水塔供水的時候，電機M已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈a2良。此次給水塔供水完成。3..42程序流程圖水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設計要求控制流程圖如下：5S后水池水位高于下限嗎5S后水池水位高于下限嗎電機M啟動，供水電機M啟動，供水電機M停止電機M停止梯形圖根據(jù)程序流程圖設計的梯形圖如下水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應指令表水塔水位控制系統(tǒng)指令表4.設計總結(jié) 通過本次設計，我的專業(yè)技能得到進一步提高，同時增強了分析和解決工程實際的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴肅認真的科學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風。參考文獻[1]廖常初．《PLC基礎及應用》．北京機械工業(yè)出版社，2004[2]王兆義．《可編程序控制器