1、畢業綜合實踐題 目： 基于CC-Link液位控制系統設計 系 別： 電氣電子工程系 專 業：電氣自動化技術班 級： 學 號： 作 者： 指導老師： 專業技術職務： 年 月 課 題 摘 要本文主要介紹了一種基于CC-Link通信的液位實時控制系統。它以Q系列PLC作為控制器，通過CC-Link通信模塊、FX3U系列PLC、壓力傳感器、電磁閥和A/D轉換模塊等硬件系統和軟件設計方法實現并對液位的控制和液位的顯示。通過這個系統我們不僅能進行進程監測,也能通過現場總線技術進行遠程監控。本系統實現了實時控制與現場總線技術的結合,實現了遠程控制功能,具有廣闊的推廣應用前景。本文介紹了該系統硬件組成和設計原

2、理。本系統是基于CC-Link液位的控制，在設計中主要有壓力檢測、水位控制、顯示部分等幾部分組成來實現液位控制。主要用壓力傳感器檢測水位，用四位7段LED顯示器來完成顯示部分。并且通過模數轉換把這些信號送入主站PLC中，把這些信號與PLC中內部設定的值相比，以判斷PLC是否需要進行相應的操作，即是否需要開啟電磁閥供水，來實現對液面的控制,從而實現PLC自動控制液面的目的。本設計用基于CC-Link控制易于實現液位高度控制，而且有造價低、程序易于調試、一部分出現故障不會影響其他部分的工作、維修方便、等優點。關鍵詞： QPLC CC-Link FX3UPLC A/D轉換模塊 D/A轉換模塊目錄1緒

3、論11.1液位控制系統11.1.1液位控制系統現狀11.2本文研究的目的和意義12設計法案的選取及設計步驟32.1設計方案的選取32.2PLC控制系統設計的步驟43設計系統的組成53.1PLC的發展現狀53.1.1三菱QPLC63.1.2Q02HPLC73.2CC-Link 通信系統103.2.1CC-Link特性113.3系統方案設計及原理123.3.1液位高度采集和控制123.3.2液位高度監測143.4ZRN701投入式液位計143.5A/D、D/A模擬量輸入輸出模塊163.5.1A/D模擬量輸入模塊163.5.2D/A模擬量輸出模塊184液位控制系統設計204.1系統流程圖204.2C

4、C-Link2網絡中主站PLC設計204.2.1網絡參數設置204.2.2主站中軟件設計234.3液位顯示設計284.3.1程序I/O分配表284.3.2PLC控制的接線圖284.3.3PLC梯形圖294.4CC-Link1網絡中PLC程序設計294.4.1CC-Link1網絡中主站PLC294.4.2CC-Link1網絡中本地站PLC314.5GT15系列觸摸屏314.5.1GT15系列觸摸屏特點314.5.2觸摸屏主頁面介紹31結 論35致 謝36參考文獻37附錄A 7站程序38附錄B 8站程序39附錄C CC-Link1主站程序40附錄C CC-Link1本地站程序42附錄C CC-Li

5、nk2主站（CC-Link1主站）程序431 緒論1.1 液位控制系統1.1.1 液位控制系統現狀液位的自動控制在工業生產領域應用的非常普遍，人們生活以及工業生產經常涉及到液位和流量的控制問題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應，溶液過濾，污水處理，化工生產等多種行業的生產加工過程， 通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度，太滿容易溢出造成浪費，過少則無法滿足需求。因此，需要設計合適的控制器自動調整蓄液池的進出流量，使得蓄液池內液位保持正常水平，以保證產品的質量和生產效益。這些不同背景的實際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。因此液位是工業控制過程中一個重要的參數。特別是在

6、動態的狀態下，采用適合的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的生產效果。在眾多生產域中，經常需要對貯槽、貯罐、水池等容器中的液位進 行監制，以往常采用傳統的繼電器接觸控制，使其硬連接器件多，可靠 性差，自動化程度低。為了解決人工控制的控制準度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而我們現在就引入了工業生產的自動化控制。在自動化控制的工業生產過程中，一個很重要的控制參數就是液位。一個系統的液位是否穩定，直接影響到了工業生產的安全與否、生產效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。在我國隨著社會的發展，很早就實行了自動控制。而在我國液位控制系統也利用得相當的廣泛，特別在水箱液位控

7、制。通過液位控制系統檢測水箱的水位的高低，以免由于水箱水位的過高而在不了解的情況下，帶來危險和財產損失。1.2 本文研究的目的和意義為了解決人工控制的控制準度低、控制速度慢、靈敏度、提高控制系統的可靠性和自動化程度，本文介紹了基于CC-Link液位控制系統的設計方案，系統采用模擬量實現液位的自動控制。利用觸摸屏設計人機界面，通過串行口和可編程控制器通信，通過CC-Link通信網絡實現控制系統的實時監控，現場數據的采集與處理，其結構簡單，監控系統不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強。基于CC-Link液位控制系統中可編程控制器（PLC）因為抗干擾能力強，可靠性好，控制系統結構簡單，通用

8、性強，編程方便，易于使用，設計、施工、調試、周期短，體積小，維護操作方便，易于通過CC-Link實現網絡化，可實現多臺PLC聯機操作等優勢已經成為應用面最廣，最廣泛的通用工業控制裝置，成為當代工業自動化的主要支柱之一。通過PLC對程序設計，提高液位系統的控制水平。因此PLC在液位控制系統中應用非常廣泛，具有很高的應用價值。- 45 -2 設計法案的選取及設計步驟2.1 設計方案的選取液位控制是工業中常見的過程控制，它對生產的影響不容忽視。單容液位控制系統具有非線性，滯后，耦合等特征，能夠很好的模擬工業過程特征。對于液位控制系統，常規的PID控制采用固定的參數，難以保證控制適應系統的參數變化和工

9、作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對參數變化不敏感和魯棒性強等特征，但控制精度不太理想。以下為采用PLC控制液位的優點。（1）從控制方式上比較：采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結構，且已商品化，故僅需按性能、控制要求設計控制程序，而且在以后的修改中只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。（2）從工作方式上比較：電PLC串行工作，不受制約，I/O系統設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。（3）從控制速度上比較：PLC通過通過半導體來控制，速度很快，無觸點，故無抖動一說。（4）從定時，計數上比較： PLC時鐘脈沖由晶振產生，

10、精度高，定時范圍寬；有計數功能。（5）從可靠性，可維護性上比較：電PLC無觸點，采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結構，能適應工作現場的惡劣環境，使用壽命長，且有自我診斷功能，對程序執行的監控功能，現場調試和維護方便。綜上，考慮到設計需達到的性能要求，同時考慮到成本需要把PID控制去掉，且同時要求遠程控制與現場操作，這里選擇PLC控制方式。最終形成的方案是，利用PLC為控制核心，設計一個對供水箱水位進行監控的系統。根據監控對象的特征，要求實時檢測水箱的液位高度，并與開始預設定值做比較，由PLC控制電磁閥的開斷進行液位的調整，最終達到液位的預設定值。檢測值若高于上限設定值時，要求報警，斷開進水電磁閥

11、，停止進水；檢測值若低于下限設定值，要求報警，開啟電磁閥，控制開始放水。現場實時顯示測量值，從而實現對水箱液位的監控。2.2 PLC控制系統設計的步驟對控制任務的分析和軟件的編制，是PLC控制系統設計的兩個關鍵環節。通過對控制任務的分析，確定PLC控制系統的硬件構成和軟件工作過程；通過軟件的編制，實現被控對象的動作關系。PLC控制系統設計的一般步驟為：（1）對控制任務進行分析，對較復雜的控制任務進行分塊，劃分成幾個相對獨立的子任務，以減小系統規模分散故障。而且每個子任務都具有一定的復雜程序，機械設備上也相對獨立。（2）分析各個子任務中執行機構的動作過程。通過對各個子任務執行機構動作過程的分析，

12、畫出動作邏輯關系圖，列出輸入信號和輸出信號，列出要實現的非邏輯功能。對于輸入信號，按鈕輸入信號占用一個輸入點，接觸的輔助觸點不需要輸入PLC，故不作為輸入信號。對于輸出信號電磁閥作為輸出信號占用一個輸出點，對于狀態顯示，如果是輸出執行器件的動作顯示，可與輸出執行器件的動作的顯示，可與輸出執行器件共用輸點，出不再作為新的輸出信號；如果是非動作顯示，如“運行”，“停止”，“故障”等指示，應作為輸出信號占用輸出點。（3）根據輸入輸出信號的數量，要實現的非邏輯功能，輸入輸出信號的空間分布情況，選擇PLC。（4）根據PLC型號，選擇信號輸入器件，輸出執行器件和顯示器件等。（5）進行輸入輸出（I/O）口的

13、分配，繪出控制系統硬件原理圖，設計控制系統主回路。（6）利用輸入信號開關板模擬現場輸入信號，根據動作邏輯關系圖編制PLC程序，進行模擬調試。（7）制作控制柜。（8）進行現場調試，對工作過程中可能出現的各種故障進行模擬，考察PLC程序的完整性和可靠性。（9）編制技術文件，進行控制系統現場試運行。3 設計系統的組成該系統網絡有CC-LINK1和CC-LINK2,CC-LINK1是控制級的CC-LINK網、CC-LINK2是生產設備級的CC-LINK網。下控制圖是模擬工廠網絡圖。下圖的CC-LINK1是由主站A、本地站B以及人機界面組成的，各個CPU之間進行數據的交互，反應生產實際情況，然后通過數據

14、線上傳到管理部門(觸摸屏)。CC-LINK2是有主站（CC-LINK1本地站）、遠程I/O站、遠程設備站組成，該網絡主要是模擬生產線的工作情況。大概的工作原理是：液位計將液位的高度轉化成05V電信號輸出，經由A/D模塊采集轉換成04000的模擬信號送到CC-LINK2網絡中的主站進行處理，然后分別送到D/A模塊、遠程設備站FX3UPLC、CC-LINK1網絡主站A。經D/A模塊送到電壓表顯示電壓值；經遠程設備站FX3UPLC處理送到數碼管顯示液位高度；經CC-LINK1網絡主站A處理后分別送給本地站B和觸摸屏，進行指示燈顯示和模擬畫面顯示。圖 32為系統的實物圖，該實驗系統可供進行CC-LIN

15、K網絡的主站和本地站、遠程IO站、遠程設備站的連接設置參數，以及編程功能測試。CC-LINK已有應用場合半導體電子產品PCB生產線、汽車涂裝系統，樓宇工廠控制管理等布線較長的場合。如下圖 31所示為系統示意圖。圖 31系統示意圖圖 32實物圖3.1 PLC的發展現狀20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業抗干擾設計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現代工業中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業國家中已獲得廣泛應用。這個時期可編程控制器發展的特點是大規模、高

16、速度、高性能、產品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。 20世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制

17、場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。 我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的CF系列、杭州機床電器廠生產的DKK及D系列、大連組合機床研究所生產的S系列、蘇州電子計算機廠生產的YZ系列等多種產品已具備了一定的規模并在工業產品中獲得了應用

18、。此外，無錫華光公司、上海鄉島公司等中外合資企業也是我國比較著名的PLC生產廠家。可以預期，隨著我國現代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。3.1.1 三菱QPLC液位控制系統采取的三菱Q系列PLC圖 33為主站。Q系列PLC是三菱公司從原A系列PLC基礎上發展過來的中、大型PLC系列產品，Q系列PLC采用了模塊化的結構形式，系列產品的組成與規模靈活可變，最大輸入輸出點數達到4096點；最大程序存儲器容量可達252K步，采用擴展存儲器后可以達到32M；基本指令的處理速度可以達到34ns；其性能水平居世界領先地位，可以適合各種中等復雜機械、自動生產線的控制場合。 圖 33三菱Q系列P

19、LCQ系列PLC的基本組成包括電源模塊、CPU模塊、基板、I/O模塊等。通過擴展基板與I/O模塊可以增加I/O點數，通過擴展儲存器卡可增加程序儲存器容量，通過各種特殊功能模塊可提高PLC的性能，擴大PLC的應用范圍。 Q系列PLC可以實現多CPU模塊在同一基板上的安裝，CPU模塊間可以通過自動刷新來進行定期通信或通過特殊指令進行瞬時通信，以提高系統的處理速度。特殊設計的過程控制CPU模塊與高分辨率的模擬量輸入/輸出模塊，可以適合各類過程控制的需要。最大可以控制32軸的高速運動控制CPU模塊，可以滿足各種運動控制的需要。 3.1.2 Q02HPLCCC-Link網絡中主站本地站均采用Q02H P

20、LC作為主站。高性能型Q02HCPU是以中大規模系統為對象的，在大幅提高CPU模塊處理性能和程序寄存器容量的同時，還提高了與網絡模塊，編程用外圍設備之間數據通信的性能。支持的本地I/O最大可達4096點，程序容量最大有252K步。最快指令僅需34納秒。除了可以使用梯形圖、語句表、ST（結構化文本，類高級語言）、SFC、FB等5種編程語言進行編程外還支持結構化編程，最大程序數量為252個。內置標準RAM及ROM，還可插存儲卡。有12M的USB和115K的RS232兩個編程接口（除Q02CPU）。高性能QCPU可支持多達4個CPU，一個系統中可集成順控CPU、過程控制CPU、運動控制CPU（最大9

21、6軸）、PC CPU。 （1）標準規格 項目指標操作環境溫度055儲存環境溫度_25753操作環境溫度595RH 4 無凝結儲存環境溫度595RH 4 無凝結抗震性符號標準JIS  B 3501.IEC  61131-2頻率加速度振幅掃描次數有間歇振動時10t57Hz0.075mm(0.03in)x,y,z各方向上各10次（80分鐘內）57150Hz9.8m/s2有連續振動時1057Hz0.035mm(0.03in)57150Hz4.9m/s2抗沖擊性符合 JIS B3501, IEC61131-2為依據（147m/s2,XYZ方向各3次）工作環境無腐蝕性氣體存在使用地高度

22、2000m（6662m)安裝位置控制板內過電壓種類1最大|污染度22（2）性能規格 項目型號Q02CPUQ02HCPUQ06HCPUQ12HCPUQ25HCPU備注控制方式存儲程序的反復運算輸入輸出控制方式刷新方式可以利用軟元件名直接輸入輸出程序語言順序控制專用語言繼電器符號語言（梯形圖）、邏輯符號語言（列表），MELSAP-3(SFC),MELSAP-L處理速度（順控指令）LO79ns34nsMOV(MOV DO D1)237ns102ns恒定掃描（保持掃描時間恒定的功能）0.52000ms(可以0.5ms為單位設置）利用參數進行設置程序容量步數28k步28k步60k步124k步252k步文

23、件數28（個）28（個）60（個）124（個）252（個）其中SFC/MELSAP-L為2個輸入輸出軟元件點數8192點（X/YO1FFF)輸入輸出點數4096點(X/YOFFF)軟件元點數內部繼電器(M)默認8192點（M08191)可以利用參數在28.8k字的范圍內變更鏈存繼電器（L)默認8192點（L08191)鏈存繼電器（M) 默認8192點（801FFF) 定時器（T）默認8192點（T02047)(低速定時器共用）低速定時器/高速定時器的切換采用指令設置低速定時器/高速定時器的計測單位用參數設置低速定時器：11000ms,1ms單位，默認100ms高速定時器：0

24、.11000ms,0.1ms單位，默認10ms累加定時器（ST)默認0點（ST02047）（低速定時器/高速定時器共用）低速定時器/高速定時器的切換采用指令設置低速定時器/高速定時器的計測單位用參數設置低速定時器：11000ms,1ms單位，默認100ms高速定時器：0.11000ms,0.1ms單位，默認10ms計數器（C)1 普通計數器  默認1024點（CO12287)2  中新計數器最大2128點（默認0點，利用參數進行設置）數據寄存器（D)默認12288點（D012287)鏈接寄存器（W)默認8192點（W01FFF)報警器(F)默認2048點（F02047)邊沿

25、繼電器(V)默認2048點（V02047)文件繼電器®32768點32768點/65536點131072點軟元件點數為固定鏈接特殊繼電器(S8)2048點（SBO7FF)鏈接特殊寄存器(SW)2048點（SWO7FF)步進繼電器(S)8192點（SO8191)軟元件點數為固定變址寄存器(Z)16點（2015）指針(P)4096點(PO4095),利用參數設置文件內指針/適用指針中斷指針(I)的實用范圍256點（10255）利用參數設置系統中斷指針128131的限定周期間隔（0.51000ms  0.5ms單位）特殊繼電器(SM)2048點（SWO2047)特殊寄存器(SD)

26、2048點（SDO2047)功能輸入(FX)16點（FX0F)功能輸出(FY)16點（FY0F)功能寄存器(FD)5點（FDO4)鏈接直接軟元件直接存取鏈接軟元件的軟元件指定形式：J￥智能功能模塊直接軟元件直接存取智能功能模塊的緩沖存儲器的軟元件指定形式：U￥G鏈存（停電保持）范圍L08191(默認）利用參數進行設置可以對B,F,V,T,ST,C,W,D進行緩沖范圍設置運程PUN/PAUSE接點可以從X01FFF之中設置RUN/PAUSE接點各1點時鐘功能年、月、日、時、分、秒、星期（潤年  自動判別）精度 在0時-3.18+5.25 （TYP+2.12)秒/天精度 在25時-3.9

27、3+5.25 （TYP+1.90)秒/天精度 在0時-14.69+3.53 （TYP-3.67)秒/天容許瞬間停電時間根據電源模塊參照電源模塊項DC5V內部消耗電流0.64A0.64A0.64A0.64A0.64A重量0.20kg0.20kg0.20kg0.20kg0.20kg外形尺寸98 (H)  ×27.4 (W)×89.3 (D) (mm)3.2 CC-Link 通信系統CC-Link是Control & Communication Link（控制與通信鏈路系統）的簡稱，是一種可以同時高速處理控制和信息數據的現場網絡系統，可以提供高效、一體化的工廠和

28、過程自動化控制。在1996年11月，以三菱電機為主導的多家公司以"多廠家設備環境、高性能、省配線"理念開發、公布和開放了現場總線CC-Link，并第一次正式向市場推出了CC-Link這一全新的多廠商、高性能、省配線的現場網絡。由于CC-Link研發和公布的時間相對較晚，在業內的硬件和軟件的基礎相對較為完善和先進，故在技術層面上有其得天獨厚的優勢。1998年，汽車行業的馬自達、五十鈴、雅馬哈、通用、鈴木等也都成為了CC-Link的用戶，而且CC-Link迅速進入中國市場，目前在中國許多重大的工程項目和典型設備中有大量的應用。隨著技術的發展和進步，根據客戶的需求和市場的需要，分

29、別于2002年推出了CC-Link/LT,2003年初推出了CC-Link Ver.2.0. CC-Link/LT是比CC-Link更低端，價格更便宜，更能滿足現場分布式應用的網絡，它使CC-Link在技術層面上更加豐滿，使用上更加簡單方便。CC-Link Ver.2.0是在CC-Link的基礎上將數據容量擴大了8倍，使得它更適合于半導體制造等需要大容量和穩定的數據通訊領域。3.2.1 CC-Link特性融合了控制與信息處理的現場總線CC-LINK（Control&Communication Link）是一種省配線、信息化的網絡，它不但具備高實時性、分散控制、與智能設備通信、RAS等功

30、能，而且依靠與諸多現場設備制造廠商的密切聯系，提供了開放式的環境。與其他現場總線相比，他具有如下獨特的特點 ：（1）系統構成：一個主站，可以連接遠程I/O站、遠程設備站、本地站、備用主站、智能設備站等總計64個站。如下圖 34所示圖 34系統構成開放網絡為了將各種各樣的現場設備直接連接到CC-LINK上，與國內外眾多的設備制造商建立了合作伙伴關系，以及用戶可以很從容地選擇現場設備，以構成開放式的網絡。獨立的非盈利性機構“CC-LINK協會”（CC-LINK Partner Association，簡稱CLPA）有效地在全球方位內推廣和普及CC-LINK技術，到2004年8月，CPLA成員數量為

31、550多家公司，擁有近600種兼容產品。（2）通信速度和距離 CC-LINK 到達了行業中最高的通訊速度（10Mbit/s），可確保需高速相應的傳感器輸入和智能化設備間的大容量數據的通信。（3）CC-LINK站的類型見表 31所示。CC-LINK站的類型內容主站控制CC-LINK上全部站，并需設定參數的站。每個系統中必須有一個主站，如A/QnA/Q系統PLC等本地站具有CPU模塊，可以與主站及其他本地站進行通信的站，如A/QnA/Q系統PLC等備用主站主站出現故障時，接替作為主站，并作為主站繼續進行數據鏈接的站，如A/QnA/Q系統PLC等遠程I/O站只能處理位信息的站，如遠程I/O模塊、電磁

32、閥等遠程設備站可處理位信息及字信息的站，如A/D、D/A轉換模塊、變頻器等智能設備站可處理位信息及字信息的站，而且也可完成不定期數據傳送的站，如A/QnA/Q系統PLC、人機界面等表 31CC-LINK站的類型3.3 系統方案設計及原理在水塔中經常要根據水面的高低進行水位的自動控制，同時進行水位壓力的檢測和控制。通常情況下，水塔的水位具有嚴格的控制，為此會安裝壓力傳感器或液位傳感器等進行監測，本系統就是模擬了水塔在正常工作下的狀態。系統設計具有水位檢測、報警、自動上水和排水、壓力檢測等功能。3.3.1 液位高度采集和控制液位高度的檢測主要通過兩路液位計來采集，在模擬水塔的液位箱中安裝兩個液位計

33、。安裝位置分別為2 CM的A處和45 CM的B處，如圖 35所示。當液位高度低于2 CM的時候，電磁閥得電，電磁閥打開液位箱自動加水，當液位高度超過45CM的時候，電磁閥失電，電磁閥關閉液位箱自動停止加水。電磁閥的得電與失電，由遠程I/O模塊的O模塊控制。系統采用的液位計是ZRN701投入式液位計。ZRN701投入式液位計采用進口充油硅芯片，不銹鋼全封焊結構設計，具有良好的防潮性能和極強介質兼容性，可用于許多工業場合較弱的腐蝕性介質中；電路部分的關鍵元器件、壓力敏感芯子，選用國際著名品牌的元器件采用國際生產標準工藝，它各項技術指標均達到國際水平，具有很好的穩定性和較高的精度。廣泛應用于水廠、污

34、水處理廠、城市供水、高樓水池、水井、礦井、工業水池、水罐、油池、水文地質、水庫、河道、海洋等場所。圖 35是ZRN701投入式液位計的外形結構。圖 35水箱液位高度采集3.3.2 液位高度監測水箱中的液位高度經過液位計的轉換作用，輸出為電信號。將此電信號輸入A/D模塊中，通過A/D模塊的轉換將此模擬信號轉換為數字信號，由于A/D模塊本身具有高精度的分辨率，系統中采用的是4000模式，即模擬信號輸入為0-5VDC，A/D模塊內部的輸入數據為0-4000，因此液位高度的不同，液位計輸出的信號不同，A/D模塊內部也有一定的對用關系，為了確定輸入的信號是否正確，特此分別在A/D和D/A模塊的通道一中，

35、接出一個數字表頭，A/D模塊的數字表頭用來顯示輸入信號，D/A模塊的數字表頭用來監視信號是否出現異常。3.4 ZRN701投入式液位計 圖 36 ZRN701投入式液位計（1）投入式液位計產品概述 圖 36為RN701投入式液位計、液位變送器、水位液位計采用進口充油硅芯片，不銹鋼全封焊結構設計，具有良好的防潮性能和極強介質兼容性，可用于許多工業場合較弱的腐蝕性介質中；電路部分的關鍵元器件、壓力敏感芯子，選用國際著名品牌的元器件采用國際生產標準工藝，使產品的各項技術指標均達到國際水平，產品有很好的穩定性和較高的精度。 （2）投入式液位計應用范圍 廣泛應用于水廠、污水處理廠、城市供水、高

36、樓水池、水井、礦井、工業水池、水罐、油池、水文地質、水庫、河道、海洋等場所。 （3）投入式液位計技術參數 全封閉式電路，具有防潮、防結露、防滲漏功能； 量程：00.5mH2柱至0.200mH2O柱； 可選一體式、分體式（可選指針顯示、LED顯示、LCD顯示）； 精度：±0.1%FS、0.25%FS、0.5%F； 供電：24VDC； 外型尺寸長約110mm, 直徑26mm； 輸出：420mA、05VDC、15VD； 工作溫度：-20+60； 適用于液位測量； 該液位計，在我們使用時選用分體式帶線盒、防腐性式的，輸出電壓為05V直流電壓（這也是考慮到A/D模塊的耐壓來選的）。采用24V直

37、流電壓供電，直立安裝在水箱中正中間，又考慮到水箱的高度，特別要求分體式。3.5 A/D、D/A模擬量輸入輸出模塊3.5.1 A/D模擬量輸入模塊（1）性能規格下圖 37為A/D模擬量輸入模塊的性能規格列表圖 37A/D模擬量輸入模塊的性能規格列表（2）轉換特點I/O轉換特點表示當PLC外部發來的模擬信號(電壓或電流輸入)轉換成數字時把“偏置值”和“增益值”連成直線所形成的角度。偏置值偏置值表示使數字輸出值變為0的模擬輸入值（電壓或電流）。增益值增益值表示數字輸出值變為一下數字的模擬量輸入值（電壓或電流）：4000 （正常分辨率模式中）在此液位控制系統中采用的是電壓輸入4000中的0至5V的輸入

38、模式。（3）模/數轉換方法有兩種模/數轉換方法 采樣處理和平均處理。 1）采樣處理 對模擬輸入值連續進行模/數轉換并且轉換的數字輸出值存儲在緩沖存儲器中采樣處理時間依據使用的通道數通道數設置成模/數轉換允許和溫度漂移補償功能是否可用而定。 a 不帶溫度漂移補償功能 處理時間 = 使用的通道數*80 微秒/1個通道 b 帶溫度漂移補償功能 處理時間 = 使用的通道數*80 微秒/1個通道 + 160微秒例子 當三個通道 通道1 2和4 是用溫度漂移補償功能激活的模/數轉換時采樣處理時間是400微秒3*80 + 160 = 400微秒2）平均處理 對于指定了平均處理的通道 按設定的次數或設定的時間

39、進行模/數轉換 扣除最大值和最小值的數值之和算出平均值 然后存儲在緩沖存儲器中。 a 當按設定的時間指定平均處理時 設定時間內處理重復的數目依據使用的通道數、允許模/數轉換的通道數和是否使用溫度漂移補償而定。 不帶溫度漂移補償功能 處理重復的數目=設定的時間*1000/（使用的通道數*80微秒/1個通道 ） 帶溫度漂移補償功能 處理重復的數目=設定的時間*1000/（使用的通道數*80微秒/1個通道+ 160） 3.5.2 D/A模擬量輸出模塊（1）性能規格下圖 38為D/A模擬量輸出模塊的性能規格列表圖 38D/A模擬量輸出模塊的性能規格列表（2）I/O轉換特點I/O轉換特點表示當從PLC

40、CPU設置的數字值轉換成模擬值 電壓或電流輸出時連接偏置值和增益值的直線的傾斜度。偏置值是當從PLC CPU設置的數值是0時的模擬值電壓或電流輸出。增益值是當從PLC CPU設置的數值是4000時的模擬值電壓或電流輸出。 AJ65SBT-62DA的分辨率可以通過修改偏置值和增益值的設置而任意設置。（3）轉換速度 轉換速度表示從讀取已經寫入緩沖存儲器的數字輸出值進行D/A轉換到輸出指定的模擬值所需要的時間，AJ65SBT-62DA的每個通道的轉換速度是1ms ， 由于CC-Link系統的數據鏈接處理時間所以會有直到實際讀取D/A轉換值的傳送延遲關于數據鏈接處理時間參考使用的主模塊的用戶手冊。 例

41、子 當主模塊是AJ61BT11或A1SJ61BT11時進行的數據鏈接處理時間 計算公式 ：SM+LS×2+遠程設備站處理時間 SM： 主站順控程序的掃描時間 LS ： 鏈接掃描時間 遠程設備站處理時間使用的通道數+1* × 1ms AJ65SBT-62DA的內部處理時間。4 液位控制系統設計4.1 系統流程圖在水塔中經常要根據水面的高低進行水位的自動控制，同時進行水位壓力的檢測和控制。本液位器具有水位檢測、報警、自動加水和排水，壓力檢測功能。該控制器主要由CC-Link現場總線，Q-PLC、FX2N-PLC，A/D轉換模塊，一點水位檢測，壓力檢測電路、數碼顯示電路、電源電路

42、組成。下圖 41為該系統的系統流程圖：圖 41系統的系統流程圖4.2 CC-Link2網絡中主站PLC設計4.2.1 網絡參數設置CC-Link2網絡中主站PLC采用Q02HPLC，該PLC對于CC-Link1網絡是是本地站，對于CC-Link2網絡則是主站。所以在其自身攜帶了兩個CC-Link通信模塊，并且網絡參數上需要有不同的設置。下面介紹一下其參數的設置的步驟：（1）首先打開GX Developer 8.52軟件，創建一個新的工程，會出現一個對圖 42創建新工程話框如上圖 42所示，在“PLC系列這”一欄里選擇“QCPU（Qmode）”，在“PLC類型”這一欄選擇“Q02（H）,然后按下

43、“確定”按鈕一個新的工程就建好了（如圖 43所示）。圖 43新工程界面（2）開始進行參數設置。在新建的工程界面的左邊有一欄里有“參數”，點擊進入會出現如下圖 44所示畫面，選擇“網絡參數”進入，則進入了參數設置的選擇圖 44網絡參數界面，有“CC-Link”可選擇，點擊進入就出現了網絡參數設置的界面。在此就不介紹其中的參數怎么樣設置的了，我把我設置好的參數界面展現給大家，如下圖 45所示。圖 45參數設置界面其中，可以看到“1”、“2”兩欄，在“1”這一欄中有顯示“本地站”，該欄就是CC-Link2網絡中的本地站，其中的“00A0”是該模塊的起始地址；“X500”、“Y500”是通信時位傳送接

44、收的起始地址；“D500”、“D600”是通信時字傳送接收的起始地址。在“2”這一欄中除了在一欄中介紹的起始地址外，還有“總連接個數”、“特殊寄存器刷新軟件”、“重試次數”等設置的參數，在這里我只介紹一下“總連接個數”，這個參數是說在這個網絡中除主站以外所帶的設備個數，既然有這個參數，那么每個設備所占的站數也是要設置的。（3）站信息參數設置。在上圖中“2”欄里有一項是站信息，打開進入，則進入了站信息設置的界面。在這個對話框中有2個遠程I/O站和5個遠程智能站組成，正好7個設備，對應上面所提到的“總連接個數”。由于不同的設備占有的站數不同，所以這里7個設備一共占用9個站，其中A/D、D/A兩個遠

45、程設備站分別占有2個站。如下圖 46所示。圖 46站信息設置4.2.2 主站中軟件設計PLC中的程序總體上我們采用了主控來完成，這樣既方便啟動又方便停止，穩定性較高。在符合PLC控制系統設計的一般步驟的情況下，我們也對此PLC中的程序進行了模塊化編寫。現在我們先將該主站的I/O列出來，以便程序上的理解，下表 41即為I/O分配表。輸入元件功能輸出軟件作用X200主站啟動按鈕Y201號站指示燈Y212號站指示燈Y223號站指示燈Y234號站指示燈Y245號站指示燈X201主站停止按鈕Y256號站指示燈Y267號站指示燈Y278號站指示燈Y289號站指示燈Y50A/D正常工作指示燈Y51D/A正常

46、工作指示燈表 41I/O分配表總體程序分為以下各塊程序：（1）啟動停止。其中，X200對應于遠程I/O設備的X0是啟動按鈕，當X0得電時，X200就會得電，輔助繼電器M0得電并自鎖，此時主控將會開啟，主控中的相關程序也將會運作。也就是說，基于CC-Link液位控制系統將開始工作。同樣，X201則對應遠程I/O設備的X1是停止按鈕，當X1得電時，X201就會得電，輔助繼電器M1得電并自鎖，此時主控將會停止。X200、X201分別在彼此的程序段上互鎖。（2）A/D模塊數據采集如下圖所示為A/D模塊數及采集的程序，在整個系統啟動時，X298就會瞬間得一次電，通過MOV指令來對A/D模塊進行初始化，通

47、過置位指令對Y280、Y298、Y299進行置位。再通過相關觸點的相反觸點進行復位，這樣周而復始可以使A/D模塊隔一段時間進行一次數據采集，也就說掃描數據采集。通過以上的采集數據，然后通過MOV指令將D116中的數據不停地送到D50中（D116是A/D模塊字傳送的起始地址，對應其通道1）。另外，還有一個輸出觸點Y50，這是A/D模塊正常工作的指示燈，當燈亮時表示A/D模塊正常工作；反之，出現異常，需要進行檢查。（3）D /A模塊數據輸出D /A模塊的工作原理于A/D模塊相似，可參考A/D模塊的工作原理進行理解。（4）數據處理輸出通過A/D模塊采集來的數據送入D50中是為了在PLC中好處理才這樣

48、做的。A/D模塊采集來的數據是0-5V的電壓信號，通過參數設置對應PLC中的04000，并且代表的是050厘米的液位高度。D50乘以5再除以400得到液位高度的整數位并送到D228，從而在從站PLC（8號站）；其得到的小數將放到D16中，再除以10后送到D224，從而在從站PLC（7號站）即為液位高度的小數位。另外，Y220是通過遠程I/O來控制電磁閥的通斷的，通斷條件是當液位高低于2厘米時電磁閥動作，開始向水箱中上水；當液位高度高于40厘米時，電磁閥停止工作，上水停止。（5）正常工作指示燈程序4.3 液位顯示設計PLC的應用中，大部分是邏輯控制，這是早期PLC最基本的功能。隨著PLC技術的不

49、斷發展，PLC的功能變得越來越強大，現在的PLC，除傳統的邏輯控制外，還具有數據的運算，傳送等通訊功能。程序中使用了數據傳送MOV指令，數據減一DEC指令，數據比較CMP指令，邏輯比較LD=指令，7段碼譯碼SEGD指令，區間復位ZRST等功能指令。程序運行時將不斷變化的時間數據傳給7段碼譯碼SEGD指令，7段碼譯碼SEGD指令再驅動數碼管，顯示不斷變化的液位高度。在該系統設計中有四位數碼管顯示，兩只PLC，分別是7站和8站PLC，即五號設備和六號設備驅動顯示。下面以五號設備為例介紹數碼管如何顯示的。4.3.1 程序I/O分配表輸出信號分配元件第一位小數顯示數碼管Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y

50、5 Y6第二位小數顯示數碼管Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16表 42I/O分配表4.3.2 PLC控制的接線圖圖 4-7 PLC控制的接線圖4.3.3 PLC梯形圖圖 48梯形圖在圖 48中的FROM指令是從主站PLC讀取傳送過來的數據包，同時送給K4M2400輔助繼電器中，并通過其自身送給D0。通過D0來處理，從而得到第一位小數和第二位小數，然后利用7段碼譯碼SEGD指令分別送給Y0-Y7和Y10-Y17，通過不同的燈亮來點亮相應的段碼，實現不同數字的正常顯示。4.4 CC-Link1網絡中PLC程序設計4.4.1 CC-Link1網絡中主站PLC（1）參數設置圖 49

51、參數設置圖 49中，可以看到“1”欄，在“1”這一欄中有顯示“主站”，該欄就是CC-Link1網絡中的主站，其中的“0090”是該模塊的起始地址；“X1000”、“Y1000”是通信時位傳送接收的起始地址；“D1000”、“D2000”是通信時字傳送接收的起始地址。在這一欄中除了在一欄中介紹的起始地址外，還有“總連接個數”、“重試次數”等設置的參數，在這里還是只介紹一下“總連接個數”，這個參數是說在這個網絡中除主站以外所帶的本地站個數，既然有這個參數，那么每個本地站所占的站數也是要設置的。（2）站信息參數設置。在上圖 49中“1”欄里有一項是站信息，打開進入，則進入了站信息設置的界面。如圖 4

52、10下所示圖 410站信息設置（3）程序設計（見附錄C CC-Link1主站程序）4.4.2 CC-Link1網絡中本地站PLC（1）參數設置圖 411參數設置（2）程序設計（見附錄D CC-Link1本地站程序）4.5 GT15系列觸摸屏4.5.1 GT15系列觸摸屏特點具有注釋組，注釋組字符串自動調整，對應開關、指示燈銘牌注釋組，語言切換功能，腳本功能，存儲容量大幅提高，部件的重疊顯示（圖層功能），位圖透明功能，擴張配方功能，可連接豐富的工控設備、外圍設備，外部輸入輸出功能，聲音輸出功能，CF卡模塊/CF卡延長用模塊，視頻/RGB對應，多通道功能，網關功能，MES接口功能。4.5.2 觸摸

53、屏主頁面介紹（1）控制系統通電后，觸摸屏系統進入畫面1：主頁面，如圖 412所示：圖 412主頁面（2）點擊畫面上“進入”按鈕進入畫面2：正常工作監視圖 413正常工作監視圖 413中顯示基于CC-Link液位控制系統能正常工作時各站及各設備的正常反饋。如果在系統開啟時，在沒有按下啟動按鈕時有站和設備指示燈是暗的，那則說明整個系統工作時不能完成某項工作，此時就需要進行現場檢查和通信檢查，使所有的站和設備指示燈都亮起來后方可按啟動按鈕啟動整個系統。（3）點擊畫面上“液位”按鈕進入畫面3：液位監視圖 414液位監視圖 414中顯示液位控制示意圖、實測值和電磁閥的通斷指示燈，示意圖的高度為0-50，單位是厘米，正常工作時，可以模擬實際液位裝置