1、水塔水位的plc 控制的設計plc課程設計說明書姓名班級學號專業機電一體化技術教師組別日期 2012.1.10 成績1 目錄一概述 . 1二水塔供水自動控制系統方案設計 . 2設計方案 . 2三水塔水位自動控制系統設計 . 21 水泵電動機控制電路的設計 . 22 水位傳感器的選擇 . 4四 水位自動控制系統的組成 . 61、系統構成及其控制要求 . 62 系統框圖 . 7五 plc 的設計 . 81 可編程序控制器 (plc)簡介 . 82 plc工作原理 . 83 plc的編程語言 - 梯形圖 . 94 sysmac-c 系列 p型機概述 . 11 5 水塔水位自動控制系統的軟件設計 .

2、12 六 結束語（系統總結分析） . 171 系統的優點 . 錯誤！未定義書簽。2 結束語 . 錯誤！未定義書簽。參考文獻 . 19致謝. 202 水塔供水自動控制系統的設計一 概述水塔水位控制系統采用交流電壓檢測水位, 在控制系統啟動后，若水槽水位低于水槽最低水位s2時液位傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號， plc根據此信號打開補水泵向水槽補水，當水位達到水槽最高水位s4時液位傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號停止補水泵的工作，當水塔水位達到最低水位s2時，液位傳感器將水位信號轉化為電信號向 plc輸出，plc在收到信號后啟動水泵向水塔加水，當水塔水位達到最高水位 s1

3、時傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號停止水泵的工作。二水塔供水自動控制系統方案設計設計方案plc 和傳感器構成的水塔水位恒定的控制系統原理。在控制系統啟動后， 若水槽水位低于水槽最低水位時液位傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號，plc根據此信號打開補水泵向水槽補水，當水位達到水槽最高水位時液位傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號停止補水泵的工作，當水塔水位達到最低水位時，液位傳感器將水位信號轉化為電信號向 plc輸出， plc在收到信號后啟動水泵向水塔加水，當水塔水位達到最高水位時傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號停止水泵的工作。 本文主要闡述利用plc和

4、傳感器構成的水塔水位恒定的控制系統。3 三水塔水位自動控制系統設計1 水泵電動機控制電路的設計給排水工程中常使用三相異步電動機，水泵上的電動機一般都是單向旋轉有以下控制。在水塔水位檢測系統中通過水位傳感器檢測實際水位的高度，當水位低于最低水位時向 plc發出信息啟動水泵，經過5 分鐘檢測水塔水位是否提高控制水泵的工作， 當水位達到最高水位時向plc發出信息控制信息停止水泵工作。供水系統的基本原理如圖5.1 所示，水位閉環調節原理是： 通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號進入plc ，執行較后程序，通過水泵的開關對水塔中的水位進行自動控制。當plc出現故障時，還有一套手動控制來進行對

5、水塔水位控制。手動控制采用交流接觸器。（圖 4-1 水泵電動機控制圖）水泵啟動工作：當投入作為主電路電源開關的配線切斷器km1時，在收4 到 plc的啟動水泵指令后，電磁線圈km2中有電流流過，電磁接觸器km2運行。當電磁接觸器 km2運行時，主電路的主觸點km2閉合，常閉觸點 km2-b打開，常開觸點 km2-m2 閉合，當主觸點閉合時，電源電壓施加到電動機m上，開始運轉。當常閉觸點km2-b打開時，綠燈 gn-l中無電流流過，綠燈熄滅，當常開觸點 km2-m2 閉合時，紅燈 rd-l中有電流流過，紅燈點亮。水泵停止工作：當投入作為主電路電源開關的配線切斷器km1時，在收到 plc的停止水泵

6、指令后，電磁線圈km2中無電流流過，電磁接觸器km2恢復。當電磁接觸器 km2恢復時，主電路的主觸點km2打開，常閉觸點 km2-b閉合，常開觸點 km2-m2 打開，當主觸點 km2打開時，電源電壓施不再施加到電動機 m上，電動機 m停止運轉。當常閉觸點km2-b閉合時，綠燈 gn-l中有電流流過，綠燈點亮，當常開觸點km2-m2 打開時，紅燈 rd-l中無電流流過，紅燈熄滅。km1 ： 配線切斷器是把開閉機構、后動裝置等統一裝到絕緣容器內的部件，它是利用操作手柄對通常使用狀態的電路進行開閉控制的。經常應用于電源電路的開閉中，當發生過載、短路等情況時自動地切斷電路。km2 ： 所謂電磁接觸器

7、，就是應用電磁鐵對負載電流進行開閉控制的接觸器，主要用于電源電路的開閉。電磁接觸器有主觸點和輔助觸點構成的觸點和電磁線圈與鐵心構成的靠做電磁鐵部分組成。fr: 熱敏繼電器是由加熱器部分和觸點機構部分組成的。當夠電流流過加熱部分時，雙金屬片因為受熱而發生彎曲，因此觸點部分被打開而使電路得到保護。2 水位傳感器的選擇根據本設計的要求所選傳感器要求在水面和水底都可以使用，且要考慮到對水質的影響，所以選擇超聲波液位傳感器u9uls 系列的 u9uls 10/100 系列。u9uls 系列超聲波液位傳感器開關使用范圍非常廣。具有焊接的不銹鋼傳感器探頭，沒有縫隙不會泄露，另外沒有易損的活動部件，它不會受溫

8、度、壓力、密度和液體類型等參數的影響。在大多數情況下，電子設備放在鑄鋁的， nema 4/nema 7 防爆且防水的殼體中。5 u9uls 具有以下特點：可應用于多種液體中可承受高達 1000psi 的壓力不受氣泡、蒸汽、雜質后湍流等因素的影響。長度達 121in(303.3cm) 可安裝在側面、頂部或底部工作原理： u9uls 系列是給予超聲波理論工作的。當超聲波在空氣中傳播時，會被嚴重衰減相反地，如果在液體中傳播時，超聲波的傳播會被大大增強。電子控制單元發出一系列的電信號，傳感器將其轉化為超聲能量脈沖，并在被探測區內傳播。當另一端街道有效信號時，就發出數據有效的信號，表明有液體存在。這個信

9、號輸送到繼電器，從而產生輸出信號。 u9uls 100系列產品具有性能優異的傳感器探頭，可在溫度為300f和壓力為 1000psi 的情況下良好的工作。 u9uls 10系列產品為更靠近池底，將頂端的探頭設計成缺口形狀。控制電路設計成小型，密封的結構，可安裝在遠程的控制地點。特點： 10a的繼電器輸出115/230v ac，12v dc或 24v dc輸入高增益。無需效準，工作溫度可達300 長度可達 151.5cm 表 5.1 主要技術指標輸入電壓115/230v ac，50/60hz或 12/24v dc u9uls 10 系列增益300：1 u9uls 100系列增益1000：1 u9u

10、ls 10 系列輸出10 a dpda繼電器滅火兩線制， 4ma- 干；20 ma- 濕u9uls 100系列輸出10 a dpdt繼電器延時0.5s 重復性2mm 外殼nema 4/nema 7, 防水防爆罩，環氧涂層，鑄鋁。6 四 水位自動控制系統的組成1、系統構成及其控制要求水塔水位自動控制系統水塔水位的工作方式：s1: 水塔水位上限當水塔水位達到此位置時液位傳感器將向plc發出最高水位信號請求停止水泵工作s2: 水塔水位下限當水塔水位達到此位置說液位傳感器將向plc發出最低水位信號請求開啟水泵工作s3: 水槽水位上限當水塔水位達到此位置時液位傳感器將向plc發出最高水位信號請求停止水泵

11、工作s4: 水槽水位下限當水塔水位達到此位置說液位傳感器將向plc發出最低水位信號請求開啟水泵工作m: 抽水泵當水塔水位達到最低水位時plc將開到抽水泵向水塔供水y: 補水泵當水槽水位達到最低水位時plc將開到抽水泵向水塔供水原理：7 在控制系統啟動后， 若水槽水位低于水槽最低水位時液位傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號，plc根據此信號打開補水泵向水槽補水，當水位達到水槽最高水位時液位傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號停止補水泵的工作，當水塔水位達到最低水位時，液位傳感器將水位信號轉化為電信號向 plc輸出， plc在收到信號后啟動水泵向水塔加水，當水塔水位達到最高水位時

12、傳感器將水位信號轉化為電信號向plc發出信號停止水泵的工作。2 系統框圖如下圖整個系統由一個水位傳感器，一臺 plc和一臺水泵以及若干部件組成。安裝于水塔上的傳感器將水塔的水位轉化成1-5 伏的電信號；電信號到達 plc將控制控制水泵的開關。 水箱水位自動控制系統由plc核心控制部件高低位水箱的水位檢測電路高低水位信號傳送給plc水泵電動機控制電路plc 控制啟停及主備切換。（圖 5-2 系統組成框圖）在水塔水位檢測系統中通過超聲波液位傳感器將水位信號轉換為電信號輸入 plc中，在通過 plc控制水泵的啟動或關閉。在系統運行中當水為低于最低值時 plc將啟動水泵向水塔中加水，當水塔中的水達到最

13、高值時plc使水泵停止運轉即水泵停止向水塔供水。等到水塔水位再次達到控制最低水位時 系統再次重復這個過程。水塔水位檢測系統水塔水位的實際高度plc 水泵8 五 plc 的設計1 可編程序控制器 (plc)簡介可編程序控制器 (programmable logic controller)簡稱 plc 。所謂可編程序控制器，就是一種專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子系統，它采用一種可編程序的存儲器，在其內部存儲并執行邏輯運算、順序控制、定時、記數和算術操作的指令，通過數字量或模擬量的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。隨著plc的發展，它不僅能完成編輯、運算、控制，而且能實現模

14、擬量、數字量的算術運算。2 plc 工作原理plc 的工作方式 :采用循環掃描方式 .在 plc 處于運行狀態時 ,從內部處理 ,通信操作 ,程序輸入 ,程序執行 ,程序輸出 ,一直循環掃描工作 . plc的工作過程：plc的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執行過程，是在系統軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態，按用戶程序解算控制邏輯，. 然后順序向各個輸出點發出相應的控制信號。 除此之外，為提高工作的可靠性和及時的接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進行故障自診斷和處理與編程器、計算機的通信。因此， plc工作過程分為以下五步 : (1) 自診斷自診斷功能可使 plc系統防患于未然， 而在發

15、生故障時能盡快的修復，為此plc每次掃描用戶程序以前都對cpu 、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續進行掃描，而一旦發現故障或異?，F象則轉入處理程序，保留現行工作狀態，關閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息。(2) 與外設通信自診斷正常后 plc即掃描編程器、上位機等通信接口，如有通信請求便響應處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數發送給主機，主機把要顯示的狀態、數據、錯誤碼進行相應指示，編程器還可以向主機發送9 運行、停止、清內存等監控命令。在與上位機通信過程中plc將接收上位機發出的指令進行相應的操作，把現場工作狀態、plc的內部工作狀態、各種數值參數發送給

16、上位機以及執行啟動、停機、修改參數等命令。(3) 輸入現場狀態完成前兩步工作后plc便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態和數據，如開關的通斷狀態、形成現場的內存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個掃描周期內內存映象的內容不變，即使外部實際開關狀態己經發生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內存映象值而不是當時現場的實際值。(4) 解算用戶邏輯即執行用戶程序。 一般是從用戶出現存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進行邏輯判斷和算術運算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用

17、的計數器、 定時器，內部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內存映象值。在一個掃周期內，某個輸入信號的狀態不管外部實際情況是否己經變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結果混亂。(5) 輸出結果將本次的掃描過程中解算最新結果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序為止，每一步所得到的輸出信號被存入輸出信號寄存表并未發送到輸出模塊，相當于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態表送到輸出模塊， 其相應開關動作。 驅動用戶輸出設備即plc的實際輸出。在依次完成上述五個步驟操作后plc又開

18、始進行下一次掃描。如此不斷的反復循環掃描，實現對全過程及設備的連續控制，直至接收到停止命令、停電、或出現故障。3 plc 的編程語言 - 梯形圖梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡單，直觀，易讀，好懂，10 是 plc中普遍采用的一種編程方式。 梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個編程元件對應有一個編號。不同廠家的 plc ，其編程元件的多少及編號方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。梯形圖有如下特點。梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個繼電器為一個邏輯行，稱為梯形。每一個邏輯行起始于左母線，然后是觸點的各種聯接，最后是線圈，整個圖形呈梯

19、形。梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實質上是變量存儲器中的位觸發器，因此稱為軟繼電器，相應的某位觸發器為真態，表示該繼電器通電，其常開觸點閉合，常閉觸點打開。梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內部繼電器以外，還包括定時器、計數器等。梯形圖中，一般情況下某個編號的繼電器線圈只能出現一次，而繼電器的觸點是可以被無限制的引用，既可是常開觸點也可以是常閉觸點。梯形圖是 plc形象化的編程方式，其左右兩側的母線不接任何電源，因而圖中各個支路也沒有真實的電流通過，但是為了方便，常用有電流來形象的描述解算中滿足輸出線圈的動作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認為它只能

20、從左向右流動，層次的改變只能是先上后下。3.4 可編程序控制器 plc的優點能適應工業現場的惡劣環境， 不要求空調，能抗電磁干擾與電壓沖擊。簡單，易于使用，不必要求微機軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言?？煽啃愿?，平均故障間隔時間(mtbf) 超過 20000 小時。編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。體積小，價格低。可直接將數據送入處理器中，可直接連接到現場。可在基本系統上擴展，系統容易配置，與負載最遠距離可達10000英尺，內存可以擴展。11 有很強的通訊功能，可與多種支持設備連接。系統化，有標準外圍接口模塊。系統在一種現場不需要時，仍可改在另一種現場上使用等一系列優點。4 sysm

21、ac-c 系列 p型機概述本原理圖是采用 cp20 實現的，基于原理圖所用i/o 接口點數較少，無需擴展單元，快速響應輸入點與外部中斷輸入點公用，實現單循環控制，不需要有可選擇輸入時間常數的過濾器，配置簡單，經濟適用， 可使用個人計算機進行輔助設計。c20p的通道分配：是指對 plc 內的每個通道及每個繼電器都分配給一個地址號，以便 cpu 能夠識別。在 omron 公司 c 系列的 plc 中，每個通道由 16位組成，或者說在一個通道中包含16 個“繼電器”。(1)輸入/輸出繼電器通道（ i/o）的分配p 型機的輸入 /輸出繼電器通道（ ch）分配是固定的， 0004ch是輸入繼電器通道，

22、0509ch 是輸出繼電器通道，不同型號的plc 機的基本單位和擴展單位所能使用的通道號是不同的。每個輸入 /輸出繼電器的編號為四位十進制數，前兩位表示通道號，后兩位表示位號，即該通道中的某一位。對 c20p基本單元， 輸入繼電器（輸入點）為 12 個，占用的輸入點是00ch的 00000011； 輸出繼電器（輸出點）共 8個， 占用的輸出點是 10ch的 10001007。（2）內部輔助繼電器（ ir）通道的分配在 p 型機中共有 136 個內部輔助繼電器，其通道號為1018ch，占用的地址為10001807，注意，內部輔助繼電器不能接負載。(3)定時器和計數器通道（ tim/cnt ）在

23、p型機中的定時器（ tim ）,高速定時器（ timh ） ，計數器（ cnt） ，可逆計數器（cntr）,共計 48 個，編號為 0047，它們即可用于定時器，用可用于計數器，但如果已經用作定時器（如tim01 ） ，則這個編號就不能再用作計數器（如cnt01） 。如果程序中使用高速計數器， 則 tim/cnt47 作為專用存放高速計數器12 當前值的計數器，不能再作它用。當電源斷電時，定時器被復位，而計數器不能被復位，其計數的當前值保持不變。5 水塔水位自動控制系統的軟件設計確定 plc所需的各類繼電器，對各元件編號，如下表所示。表 6.1 輸入/ 輸出端口地址分配輸入輸出定時器名稱地址名

24、稱地址名稱地址s1 1000 m 1003 4 秒延時tim02 s2 1001 y 1002 產生 1 秒時鐘tim00 s3 1002 tim01 s4 1003 5.1 plc 的外部輸入輸出電路（圖 6-1plc的外部輸入輸出電路）s1: 水塔水位上限s2: 水塔水位下限s3: 水槽水位上限13 s4: 水槽水位下限m: 抽水泵y: 補水泵（圖 6-2 水塔水位系統流程圖）（）輸入 com 端和電源連接輸入端和水塔水位自動控制系統輸入端連接（）輸出 com 端串聯連接和電源連接（com com com com com com com com com 電源） 輸出端（out端）和水塔水位自動控制系統試驗模板輸入端相連（out o1 y，out o2 m ， ）5.2 分配：輸入調試單元 plc 內部 說明高低高低開始水槽水位補水泵停止補水泵啟動水塔水位水泵啟動水泵停止結束14 i000 000 00 啟動按鈕i001 s1 000 01 水塔水位上限i002 s2 000 02 水塔水位下限i003 s3 000 03 水槽水位上限i004 s4 000 04 水槽水位下限輸出調試單元內部說明001 010ch01 y 002 010ch02 m 5.3 程序說明當啟動按鈕 (in i0)打開，若水槽水位低于