1、沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院 一、水塔水位1、系統(tǒng)描述及控制要求1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查1.1.1 PLC及西門(mén)子S7-200系列PLC介紹20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程

2、控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可

3、編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。西門(mén)子S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。西門(mén)子S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的

4、工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。1.1.2水塔水位基本介紹水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)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(diǎn)。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制位粗放式的，基本沒(méi)有水泵的合理控制，且多數(shù)為人力控制，工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能外，還造成了人員的浪費(fèi)。采用新型PLC控制水位的方式與過(guò)去的舊式控制相比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在提倡低碳的當(dāng)下，有著優(yōu)良的節(jié)能

5、效果，且由于PLC強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水建設(shè)的發(fā)展需要。1.2 系統(tǒng)描述隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)控制系統(tǒng)的靈敏度、節(jié)能性、易操作性等方面要求日益提高。居民及工廠供水又是一件極為重要的工作，傳統(tǒng)的水塔水位控制方式已經(jīng)不足以滿足今天的要求，所以新的方式是適應(yīng)時(shí)代要求的。以下便是PLC控制水塔水位的基本描述：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，電磁閥Y打開(kāi)，開(kāi)始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過(guò)8秒，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若8秒之后水池液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工

6、作，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過(guò)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，水泵M開(kāi)始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過(guò)水塔上限，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，此次給水塔供水完成。1.3 控制要求1.3.1控制要求描述1、保持水池的水位在S4S3之間，當(dāng)水池水位低于下限液位開(kāi)關(guān)S4，此時(shí)S4為ON，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里注水，當(dāng)4S以后，若水池水位沒(méi)有超過(guò)水池下限液位開(kāi)關(guān)S4時(shí)，則

7、系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)水池下限液位開(kāi)關(guān)S4為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)頁(yè)面高于上限水位S3時(shí)，則S3為ON，電磁閥關(guān)閉。2、保持水塔的水位在S2S1之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開(kāi)關(guān)S2時(shí)，則水塔下限液位開(kāi)關(guān)S2為ON，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)M開(kāi)始工作，向水塔供水。當(dāng)S2為OFF時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位開(kāi)關(guān)S1時(shí)，則S1為ON，電機(jī)M停止抽水。3、當(dāng)水塔水位低于下限水位時(shí)，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，電機(jī)M不能啟動(dòng)。1.3.2水塔水位示意圖：圖1-11.3.3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)要求控制流程圖如下：圖1-22、設(shè)計(jì)

8、方案2.1 組態(tài)設(shè)計(jì)2.1.1 組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)（如圖2-1所示） 圖2-12.1.2 組態(tài)程序設(shè)計(jì)1、建立新I/O設(shè)備（如圖2-2圖2-7所示）2、建立并關(guān)聯(lián)變量1）建立變量，設(shè)為I/O離散類(lèi)型。2）連接所建立設(shè)備：新建I/O設(shè)備。3）寄存器關(guān)聯(lián)PLC相應(yīng)輸出端口。如：YQ0.0。4）將數(shù)據(jù)類(lèi)型設(shè)置為：Bit。5）采集頻率改為1。6）將運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置中“特殊“一欄中的運(yùn)行系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率和時(shí)間頻率修改為55，以提高與PLC通訊的同步性3、將變量與畫(huà)面關(guān)聯(lián)將圖畫(huà)中水塔水位各個(gè)需要控制的部分與設(shè)置變量關(guān)聯(lián)。點(diǎn)擊相應(yīng)要求，表達(dá)式與相應(yīng)變量關(guān)聯(lián)，如：S1中表達(dá)式為：本站點(diǎn)s1。4、編寫(xiě)組態(tài)王應(yīng)用程序命令語(yǔ)言i

9、f(本站點(diǎn)s4=1)本站點(diǎn)水池=本站點(diǎn)水池+3;本站點(diǎn)水流2=-10;if(本站點(diǎn)s4=0)本站點(diǎn)水流2=-255;if(本站點(diǎn)s3=1)本站點(diǎn)水池=本站點(diǎn)水池-3;本站點(diǎn)水流2=-255;if(本站點(diǎn)M=1)本站點(diǎn)水池=本站點(diǎn)水池-3;本站點(diǎn)水罐=本站點(diǎn)水罐+3;本站點(diǎn)水流2=-255;本站點(diǎn)水流3=-10;本站點(diǎn)水流4=10;if(本站點(diǎn)s1=1)本站點(diǎn)水池=本站點(diǎn)水池+0;本站點(diǎn)水罐=本站點(diǎn)水罐-6;本站點(diǎn)水流3=-255;本站點(diǎn)水流4=-255;本站點(diǎn)水流5=10;if(本站點(diǎn)s1=0)本站點(diǎn)水流5=-255;if(本站點(diǎn)M=0 && 本站點(diǎn)報(bào)警輔助=1)本站點(diǎn)水池=本

10、站點(diǎn)水池-3;本站點(diǎn)水罐=本站點(diǎn)水罐-0;本站點(diǎn)水流2=-255;本站點(diǎn)水流3=-255;本站點(diǎn)水流4=-255;5、保存程序2.1.3 組態(tài)設(shè)計(jì)要點(diǎn)序號(hào)PLC地址（PLC端子）電氣符號(hào)（面板端子）功能說(shuō)明組態(tài)王對(duì)應(yīng)變量1Q0.0Y水泵YY2Q0.2M電機(jī)MM3I0.0S1傳感器S1S14I0.1S2傳感器S2S25I0.2S3傳感器S3S36I0.3S4傳感器S4S4表2-12.2 PLC設(shè)計(jì)2.2.1硬件選擇（寫(xiě)明選擇原因）本課題與同類(lèi)相比，優(yōu)越性更大，不過(guò)各有各的特點(diǎn)，市場(chǎng)上大部分是單片機(jī)做的，而本設(shè)計(jì)是用S7300 PLC做的，是用S7-300 PLC的硬件和軟件結(jié)合起來(lái)。應(yīng)用S7-2

11、00 PLC天塔之光設(shè)計(jì)的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過(guò)控制S7-20PLC的定時(shí)繼電器的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)各彩燈按一定的規(guī)律點(diǎn)亮和熄滅。接通延遲定時(shí)器SD的特點(diǎn)（如果RLO有正跳沿，則接通延遲定時(shí)器啟動(dòng)指令，以設(shè)定的時(shí)間值啟動(dòng)指令的定時(shí)器）。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，應(yīng)用性強(qiáng)；軟件程序適應(yīng)范圍廣，對(duì)各彩燈按一定的規(guī)律點(diǎn)亮和熄滅的控制，只需要改變相應(yīng)的定時(shí)器的時(shí)間接通即可。進(jìn)行應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)時(shí)可采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，其優(yōu)點(diǎn)是：水塔水位控制采用PLC比傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護(hù)方便、使用簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，PLC還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要控制實(shí)際水塔供水控制，有效的減輕了人類(lèi)的體力活動(dòng)。2.2.2 I/O分配(做出I/O分配的表格，輸入輸出分開(kāi))序號(hào)PLC地址（PLC端子）電氣符號(hào)（面板端子）功能說(shuō)明7Q0.0Y水泵Y8Q0.2M電機(jī)M9I0.0S1