1、沈陽大學(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 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查1.1.1 PLC及西門子S7-200系列PLC介紹20世紀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算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程

2、控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀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(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀末期，可

3、編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、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)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。西門子S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的

4、工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(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。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，基本沒有水泵的合理控制，且多數(shù)為人力控制，工作強度大、危險。所以除了浪費電能外，還造成了人員的浪費。采用新型PLC控制水位的方式與過去的舊式控制相比在運行的經(jīng)濟性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢，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強大的擴展性可以適應(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，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對控制系統(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，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，電磁閥Y打開，開始往水池離境稅，如果進水超過8秒，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8秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工

6、作，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，水泵M開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，電磁閥就關(guān)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，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超過水塔上限，但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，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關(guān)S4，此時S4為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)4S以后，若水池水位沒有超過水池下限液位開關(guān)S4時，則

7、系統(tǒng)發(fā)出警報；若系統(tǒng)正常運行，此時水池下限液位開關(guān)S4為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)頁面高于上限水位S3時，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關(guān)S2時，則水塔下限液位開關(guān)S2為ON，則驅(qū)動電機M開始工作，向水塔供水。當(dāng)S2為OFF時，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關(guān)S1時，則S1為ON，電機M停止抽水。3、當(dāng)水塔水位低于下限水位時，同時水池水位也低于下限水位時，電機M不能啟動。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)計要求控制流程圖如下：圖1-22、設(shè)計

8、方案2.1 組態(tài)設(shè)計2.1.1 組態(tài)畫面設(shè)計（如圖2-1所示） 圖2-12.1.2 組態(tài)程序設(shè)計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)類型設(shè)置為：Bit。5）采集頻率改為1。6）將運行系統(tǒng)設(shè)置中“特殊“一欄中的運行系統(tǒng)基準頻率和時間頻率修改為55，以提高與PLC通訊的同步性3、將變量與畫面關(guān)聯(lián)將圖畫中水塔水位各個需要控制的部分與設(shè)置變量關(guān)聯(lián)。點擊相應(yīng)要求，表達式與相應(yīng)變量關(guān)聯(lián)，如：S1中表達式為：本站點s1。4、編寫組態(tài)王應(yīng)用程序命令語言i

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

10、站點水池-3;本站點水罐=本站點水罐-0;本站點水流2=-255;本站點水流3=-255;本站點水流4=-255;5、保存程序2.1.3 組態(tài)設(shè)計要點序號PLC地址（PLC端子）電氣符號（面板端子）功能說明組態(tài)王對應(yīng)變量1Q0.0Y水泵YY2Q0.2M電機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2.2.1硬件選擇（寫明選擇原因）本課題與同類相比，優(yōu)越性更大，不過各有各的特點，市場上大部分是單片機做的，而本設(shè)計是用S7300 PLC做的，是用S7-300 PLC的硬件和軟件結(jié)合起來。應(yīng)用S7-2

11、00 PLC天塔之光設(shè)計的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序設(shè)計。通過控制S7-20PLC的定時繼電器的功能來實現(xiàn)各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅。接通延遲定時器SD的特點（如果RLO有正跳沿，則接通延遲定時器啟動指令，以設(shè)定的時間值啟動指令的定時器）。這種控制電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，應(yīng)用性強；軟件程序適應(yīng)范圍廣，對各彩燈按一定的規(guī)律點亮和熄滅的控制，只需要改變相應(yīng)的定時器的時間接通即可。進行應(yīng)用軟件設(shè)計時可采用模塊化程序設(shè)計方法，其優(yōu)點是：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、維護方便、使用簡單、通用性強等特點，PLC還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要控制實際水塔供水控制，有效的減輕了人類的體力活動。2.2.2 I/O分配(做出I/O分配的表格，輸入輸出分開)序號PLC地址（PLC端子）電氣符號（面板端子）功能說明7Q0.0Y水泵Y8Q0.2M電機M9I0.0S1