基于PLC的水塔水位控制的設(shè)計說明

..目錄TOC\o"1-3"\h\u27358摘要2226461緒論2112691.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計的目的2631.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展2274031.3PLC的基本結(jié)構(gòu)3142492FX2N-4AD工作原理883162.2FX2N-4AD緩沖存儲器〔BFM>簡介8227703水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計9312183.1水塔水位控制系統(tǒng)方案936403.2水位傳感器的選擇10103043.3水塔水位控制系統(tǒng)主電路11244603.4系統(tǒng)控制要求和硬件連線12193754基于FX2N-4AD的程序設(shè)計13109124.1系統(tǒng)工作過程13223864.2梯形圖1363984.3水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令1419842致謝154333參考文獻15..摘要在人們的日常的生活中經(jīng)常需要用到水塔,且需要對水塔水位進行測量和控制。水位的控制有著多種實現(xiàn)方法如：利用機械控制水位、利用邏輯電路控制水位等。隨著科技的發(fā)展,無論是在日常生活當(dāng)中,還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展當(dāng)中,PLC都具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用且可編程控制器PLC具有抗干擾能力強,可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護方便設(shè)計、施工、調(diào)試周期短、易于實現(xiàn)機電一體化等特點。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點,而利用PLC和水位傳感器來設(shè)計的水塔水位控制系統(tǒng)成本低、安裝方便、靈敏性高是水塔水位控制的理想系統(tǒng)。本設(shè)計使用FX2N系列的模擬量模塊FX2N-4AD與水位傳感器配合進行水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：水塔水位控制；PLC；水位傳感器；FX2N-4AD1緒論1.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計的目的水塔水位控制系統(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。而自動控制原理,是依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(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、準確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式,勞動強度大,工作效率低,安全性難以保障,由此必須對其進行自動化控制系統(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。1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器〔ProgrammableController,也稱可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController,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PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生與繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已有上百年的歷史,它是一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān),具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點。此種控制系統(tǒng)布局固定,按預(yù)先規(guī)定的時間、條件、順序工作。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常適用,至今仍有廣泛的用途。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,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)的不斷進步,PLC也迅速發(fā)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、定時等。它在硬件上以計算機的形式出現(xiàn),在I/O接口電路上作了改進以適應(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)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。在軟件方面,除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外,還增加了算術(shù)運算、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、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量,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)用范圍得以擴大。進入八十年代中、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。1.3PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計算機,其硬件上的結(jié)構(gòu)基本上與微型的計算機相同。中央處理單元<CPU>,如下圖1-1：圖1-1PLC的基本結(jié)構(gòu)中央處理單元<CPU>是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài),并能診斷用戶程序中語法錯誤。當(dāng)PLC投入運行時,首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行。進一步提高PLC可靠性,近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣,某個CPU出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運行。存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用存儲器類型有下列3種：〔1RAM〔RandomAssessMemory這是一種讀/寫存儲器<隨機存儲器>,其存取速度最快,由鋰電池支持?！?EPROM〔ErasableProgrammableReadOnlyMemory這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下,存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容>。〔3EEPROM<ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory>這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。各種PLCCPU最大尋址空間各不相同,PLC工作原理,其存儲空間一般包括下列三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)；系統(tǒng)RAM存儲區(qū)〔包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等；用戶程序存儲區(qū)。系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中,用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC性能。系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備,如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器?！?I/O映象區(qū)：PLC投入運行后,輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元<RAM>以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中一個位〔bit,一個模擬量I/O占用存儲單元中一個字〔16個bit。整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)?！?系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)：I/O映象區(qū)區(qū)以外,系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備〔邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域,前者PLC斷電時,由內(nèi)部鋰電池供電,數(shù)據(jù)不會遺失；后者當(dāng)PLC斷電時,數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機的RAM存貯器中,以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場的輸入信號,如按鈕開關(guān),行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量〔壓力、流量、溫度、電壓、電流等,都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣,而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準電平,所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號,并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號,以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型,每種類型又有不同的參數(shù)等級,主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊,部件上都設(shè)有接線端子排,為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的處理,這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路,其目的是把PLC與外部電路隔離起來,以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換,即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量,因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量,經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。另外還有：0—somV、0—IV、—5—+SV、—10—+10V,0—10mA等。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準量程的模擬電壓或電流猴,把它轉(zhuǎn)換成8位、10位或12位的二進制數(shù)字信號,送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準量程的電壓或電流輸出信號,提供給執(zhí)行機構(gòu)。編程器的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連,以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連,以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上,磁帶上的信息可以重新裝入PLC。目前編程器主要有以下三種類型：〔1便攜式編程器<也叫簡易編程器>：便于攜帶的特點,一般只能用指令形式編程,通過按鍵輸入指令,通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求?！?圖形編程器以液晶顯示器<LCD>或陰極射線管<CRT>作屏幕,用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息,還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語言編程,梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪畫儀等設(shè)備連接,有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高,適用于中、大型可編程控制器的編程要求。〔3用于IBM—PC及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?也可直接編制成梯形圖,其監(jiān)控功能也很強。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種,編程工作方式是在PLC機處于停機狀態(tài)時可以進行編程,它的功能主要是輸入新的程序,或者對已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤,一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視,也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視,還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài),除搜索、監(jiān)視、跟蹤外,還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器,主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵,在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵,以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化,可編程控制器也不例外,它的結(jié)構(gòu)緊密、堅固,外形小巧,CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入／輸出點數(shù)也不同,有的大型機輸入／輸出點數(shù)可達16K,而很多小型機僅有10來點,而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出,但CPU一般都帶有擴展接口。因此,用戶選型后,所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時,就需對系統(tǒng)做出必要的擴展,各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固,有易于接線的端子排,帶有擴展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板,模擬輸入／輸出模板,熱電阻、熱電偶擴展模板,還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。用擴展模板來擴展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：〔1用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求,選用各種合適的擴展模塊對PLC作硬件組態(tài),以求達到各種功能或控制精度,同時節(jié)省開支,減少不必要的投資?！?當(dāng)已運行的系統(tǒng)需要改造或擴充時,PLC可以隨時進行升級或改版,所作的工作僅僅是替換或增加擴展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能,專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能,而且將進一步提高控制質(zhì)量與可靠性。PLC中的電源一般有三類：+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運放使用；供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；鋰電池及其充電電源?？紤]到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用,不同類型的電源其地線也不同。目前PLC的發(fā)展非常迅速,型號眾多,各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點的數(shù)量將PLC分為三大類：〔1小型機：256點以下〔無模擬量；〔2中型機：256~2048點〔64~128路模擬量；〔3大型機：2048點以上〔128~512路模擬量。具體實現(xiàn)時,通常采用模板式結(jié)構(gòu),以便用戶根據(jù)實際應(yīng)用需求進行配置。但一些小型機常制作成一體機,其配置固定,主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機一般在電源、或者CPU,甚至兩者都作了熱備份。1.4PLC特點<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濾波器其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms.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.對采用的器件進行嚴格的篩選6.良好的自診斷功能一旦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以外,絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu),PLC的各個部件包括CPU電源I/O等均采用模塊化設(shè)計,由機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算機的專門知識,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不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行,使用時只需將現(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行,各種模塊上均有運行和故障指示裝置,便于用戶了解運行情況和查找故障,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模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。1.5PLC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。〔2PLC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(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。掃描技術(shù)：當(dāng)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(fù)執(zhí)行上述三個階段。如下圖1-2：圖1-2PLC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(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。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?！?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(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(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。〔3輸出刷新階段當(dāng)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(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。PLC的I/O響應(yīng)時間：為了增強PLC的抗干擾能力,提高其可*性,PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(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的運行方式〔掃描技術(shù)。以上兩個主要原因,使得PLC得I/O響應(yīng)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(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)輸出端信號的改變所需的時間。如下圖1-3：圖1-3PLC掃描周期示意圖2FX2N-4AD工作原理2.1FX2N-4AD簡介三菱FX2n-4AD是三菱電機公司推出的一款FX2n系列PLC模擬量輸入模塊,有CH1~CH4四個通道,每個通道都可進行AD轉(zhuǎn)換,分辯率最大為12位,采集信號的電壓為-10V~+10V,分辯率5mV。電流輸入時,為4~20mA或-20~20mA,分辯率20uA。FX2n-4AD內(nèi)部有32個16位的緩沖寄存器<BMF>,用于與PLC主機交換數(shù)據(jù)。FX2n-4AD占用FX2n擴展總線的8個點,這8個點可分配為輸入與。FX2N-4AD輸出耗電為5V,30mA。2.2FX2N-4AD緩沖存儲器〔BFM>簡介FX2N-4AD緩沖存儲器〔BFM>的分配如下表2-1：BFM內(nèi)容*#0指定CH1-CH4的輸入方式缺省值為H0000*#1CH1平均值的取樣的次數(shù)缺省值為8*#2CH2*#3CH3*#4CH4#5CH1CH1-CH4的平均值#6CH2#7CH3#8CH4#9CH1CH1-CH4的當(dāng)前值#10CH2#11CH3#12CH4#13-19保留*#20復(fù)位到缺省設(shè)定值缺省值為0*#21禁止調(diào)整偏移、增益值,缺省值為0〔1為允許調(diào)整*#22偏移、增益調(diào)整b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O1*#23偏移量缺省值為0*#24增益值缺省值為5000#25-28保留#29錯誤狀態(tài)#30識別碼K2010#31禁用表2-1FX2N-4AD緩沖存儲器〔BFM>的分配帶*標(biāo)志的緩沖區(qū)〔如#0可以用BFM寫入指令TO從PLC寫入,不帶*標(biāo)志的緩沖區(qū)<如#5>可以用BFM讀出指令FROM讀入到PLC。3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)方案水塔水位控制系統(tǒng)方案如下圖3-1：圖3-1水塔水位控制系統(tǒng)方案3.2水位傳感器的選擇本設(shè)計選用的水位傳感器為PY201,以下為PY201的簡介及主要參數(shù)

PY201采用進口擴散硅感壓芯體,全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu),具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性,適用于介質(zhì)壓力微弱的負壓壓力場合的測量與控制。采用進口高精度感應(yīng)芯體,選進的貼片工藝,配套帶有零點、滿量程補償,溫度補償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路,將被測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成0～10VDC、0.5～4.5VDC、4～20mA、0～5VDC等標(biāo)準電信號。采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu),具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高,產(chǎn)品最高壓力可達500米水位。主要適用于河流、地下水位、水庫、水塔及容器等的液位測量與控制。傳感器通常也被稱為：投入式液位傳感器、投入式液位變送器、液位傳感器、液位變送器、地下水位傳感器、地下水位變送器,水塔水位和水壓測控儀器。產(chǎn)品說明

投入式液位傳感器,水位傳感器,液位變送器

1、產(chǎn)品概述及特點：

A、采用進口擴散硅感壓芯片；

B、選進的貼片工藝,具有零點、滿量程補償,溫度補償；

C、高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路；

D、全封焊結(jié)構(gòu)、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高；

E、輸出信號多樣化〔有電流型、電壓型；

F、結(jié)構(gòu)小巧,安裝方便；

G、電氣連接采用特殊灌封工藝,配套3芯導(dǎo)氣屏蔽電纜,防護等級達國家IP68標(biāo)準

2、產(chǎn)品應(yīng)用：

A、水箱水位、油箱油位、水槽〔油槽的液位測量；B、水井、水塔、河流、水庫的水位測量；

C、污水處理設(shè)備、海洋水位、地下水監(jiān)測；

3、產(chǎn)品主要參數(shù)：

被測介質(zhì)：液體〔弱腐蝕性

壓力類型：表壓

量程：0～0.1M～1M～3M～5M～10M～20M～50M～100M～200M～500M〔水位深度最小量程為0.1米

輸出：4～20mA〔二線制、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC〔三線制

綜合精度：±0.25%FS、±0.5%FS

供電：24VDc〔9～36VDC

絕緣電阻：≥1000MΩ/100VDC

負載電阻:電流輸出型：最大800Ω

電壓輸出型：大于50KΩ

介質(zhì)溫度：-20～85℃

環(huán)境溫度：-20～85℃

儲存溫度：-40～90℃

相對濕度：0～95%RH

密封等級：IP68

過載能力：150%FS

響應(yīng)時間：≤5mS

穩(wěn)定性：≤±0.15%FS/年

振動影響：≤±0.15%FS/年〔機械振動頻率20Hz～1000Hz

電氣連接：3/5芯導(dǎo)氣屏蔽電纜全密封；標(biāo)準配線8米

壓力連接：投入式

連接螺紋材料：304/316L不銹鋼3.3水塔水位控制系統(tǒng)主電路水塔水位系統(tǒng)控制主電路圖如下圖3-2：圖3-2水塔水位系統(tǒng)控制主電路3.4系統(tǒng)控制要求和硬件連線本設(shè)計的水塔儲水深度最高為5米,水池儲水最高深度為7米。所以設(shè)定水塔的上限液位為4.8米,下限液位為1米,水池的上限液位為6.7米,下限液位為2米。系統(tǒng)的硬件接線圖如下圖3-3所示,該水塔水位控制系統(tǒng)使用一臺電機和一個電磁閥分別對水塔和水池進行注水。當(dāng)水塔水塔水位低于1米時啟動電機進行抽水,高于4.8米后停止抽水；當(dāng)水池的水位低于2米時電磁閥打開開始注水,高于6.7米時電磁閥關(guān)閉停止注水。圖3-3系統(tǒng)的硬件接線圖4基于FX2N-4AD的程序設(shè)計4.1系統(tǒng)工作過程本設(shè)計的系統(tǒng)梯形圖如圖4-1、4-2所示。本程序首先通過FROM指令從FX2N-4AD的緩沖存儲器#30的誤別碼讀入D0中,用CMP指令將D0中的識別碼與K2010進行比較如果一致則閉合M1,用TO指令設(shè)置CH1CH2通道為電流4mA-20mA輸入CH3CH4通道關(guān)閉,用TO指令設(shè)置CH1CH2通道的平均采樣數(shù)為4,然后用FROM指令讀緩沖存儲器