1、題目：水塔水位控制系統(tǒng)系別：電子信息和控制工程系班別：自動(dòng)化 072 班姓名：秦志廣學(xué)號(hào)： 200700301090指導(dǎo)老師：馮平目錄1結(jié)論 3可編程控制器的產(chǎn)生 3PLC 的特點(diǎn) 3PLC 的基本結(jié)構(gòu) 3PLC 的工作方式 41.5 PLC 的發(fā)展 52水塔水位控制系統(tǒng) PLC 硬件設(shè)計(jì) 6水塔水位控制系統(tǒng)要求 6水塔水位控制系統(tǒng)主電路 62.3I/O 口的分配 73. 水塔水位控制系統(tǒng) PLC的軟件設(shè)計(jì) 8 TOC o 1-5 h z 程序流程圖8梯形圖94. 設(shè)計(jì)總結(jié) 11參和文獻(xiàn) 11第 1 章 緒論可編程控制器的產(chǎn)生可編程控 制器( Programmable Controller )

2、, 也 稱可編 程邏輯控制器 ( Programmable Logic Controller )，是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用 裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡(jiǎn)稱 PC，為了避免和個(gè)人電腦(也簡(jiǎn)稱為 PC) 相混淆，通常將可編程控制器簡(jiǎn)稱為 PLC。可編程控制器的產(chǎn)生和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(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)， 具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。此種控制系統(tǒng) 布局固定，按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間、條件、順序工作。對(duì)于工作模式固定、要求比較 簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常適用，至今仍有廣泛的用途。PLC 的特點(diǎn)一

3、、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)二、編程簡(jiǎn)單，易于掌握三、組合靈活，使用方便四、功能強(qiáng)，通用性好五、開發(fā)周期短，成功率高六、體積小，重量輕，功耗低PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)， 其硬件結(jié)構(gòu)基本上和微型計(jì)算機(jī) 相同，如圖 1-1 所示：一、中央處理單元 （CPU）中央處理單元 （CPU）是 PLC的控制中樞。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接 收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定 時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。 當(dāng) PLC投入運(yùn)行時(shí)， 首先它以掃 描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀二、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器

4、。 存放使用軟件的存儲(chǔ)器稱為用 戶程序存儲(chǔ)器。1、PLC常用的存儲(chǔ)器類型（1）RAM（ RandomA ssess Memory） 這是一種讀 /寫存儲(chǔ)器（隨機(jī)存儲(chǔ)器 ）， 其存取速度最快，由鋰電池支持。（ 2）EPRO（M Erasable Programmable Read Only Memory ）這是一種可擦除 的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。（ 在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 ） 。（ 3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory） 這是 一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。 使用編程器就能很容

5、易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修 改。三、輸入 /輸出模塊輸入 / 輸出模塊是可編程控制器和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的接 口。現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，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。四、擴(kuò)展模塊當(dāng)一個(gè) PLC中心單元的 1/0 點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)， 就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展， 擴(kuò)展接口 就是用于連接中心基本單元和擴(kuò)展單元的。 模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中 的廣泛使用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開發(fā)出一系列的智能接口模 塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。 智能 1/0 接口模塊種類很多，例如 高速技術(shù)模

6、塊、 PLCA控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置 譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。五、編程器它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、 編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可和 打印機(jī)或磁帶機(jī)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 :便攜式編程器 （也 叫簡(jiǎn)易編程器）;圖形編程器;用于 IBM一PC及其兼容機(jī)的編程器。六、電源PLC中的電源一般有三類：1、+5V、 15V直流電源：供 PLC中 TTL芯片和集成運(yùn)放使用；2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；3

7、、鋰電池及其充電電源。 考慮到系統(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。1.4 PLC 的工作方式PLC大多采用成批輸入 / 輸出的周期掃描方式工作，按用戶程序的先后次序 逐條運(yùn)行。一個(gè)完的期可分為三個(gè)階段：（1）、輸入采樣階段程序開始時(shí)， 監(jiān)控程序使機(jī)器以掃描方式逐個(gè)所有輸入端口上的信號(hào)， 并依 次存入對(duì)應(yīng)的輸入映象寄存器。（2）、用戶程序執(zhí)行階段所有的輸入端口采樣結(jié)束后， 即開始進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理， 根據(jù)用戶輸入的控 制程序，從第一條開始，逐條加以執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)行結(jié)果，存入對(duì)應(yīng)的 中間元件和輸出元件映象寄存器， 當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后， 即轉(zhuǎn)入輸出 刷新處

8、理。（3）、輸出刷新階段 將輸出元件映象寄存器的內(nèi)容，從第一個(gè)輸出端口開始，到最后一個(gè)結(jié)束， 依次讀入對(duì)應(yīng)的輸出鎖存器，從而驅(qū)動(dòng)輸出器件形成可編程的實(shí)際輸出。PLC 的發(fā)展雖然 PLC問世時(shí)間不長(zhǎng)，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(jìn)步， PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程 大致可分三個(gè)階段：早期的 PLC一般稱為可編程邏輯控制器。 這時(shí)的 PLC多少有點(diǎn)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(shí)等。 它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)， 在 I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制 現(xiàn)場(chǎng)的要求。 裝置中的器件

9、主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路， 存儲(chǔ)器采用 磁芯存儲(chǔ)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， 采用廣大電氣工程技術(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(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積 小，能耗低，有故障指使，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 70 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得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、 計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還

10、增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等 功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量， 使各種邏輯線圈的數(shù) 量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC得使用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器 的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提 高。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC的處理速度， 各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用 邏輯處理芯片。這樣使得 PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。第 2 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 硬件設(shè)計(jì)、水

11、塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 水塔水位控制裝置如圖 2-1 所示圖 2-1 水塔水位控制裝置水塔水位的工作方式：當(dāng)水池液位低于下限液位開關(guān) S1，S1 此時(shí)為 ON，電磁閥打開，開始往水池里注 水，當(dāng) 4S 以后，若水池液位沒有超過水池下限液位開關(guān)時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警， 若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池下限液位開關(guān) S4為 OFF,表示水位高于下限水位。當(dāng)水位 液面高于上限水位，則 S2為 ON，電磁閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限水位開關(guān)S3為 ON，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng) S3 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時(shí)，則水塔上限水位開關(guān) S4 為 OF

12、F，水泵停止。當(dāng)水塔水位低于下限水位， 同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)， 水泵不能啟動(dòng)。水塔水位控制系統(tǒng)主電路水塔水位控制系統(tǒng)主電路如圖 2-5 所示：L1 L2 L3圖 2-2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路I/O 接口分配列出水塔水位控制系統(tǒng) PLC的輸入 / 輸出接口分配表，見表 2-1 表 2-1 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 的輸入 / 輸出接口分配表輸入信號(hào)輸入變量名輸出信號(hào)輸出變量名X001水塔上限位Y000閥門X002水塔下限位Y001水泵X003水池上限位X004水池下限位2.3.2 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備這是一個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有 4 個(gè)開關(guān)量，開關(guān)量 輸

13、出觸點(diǎn)數(shù)有 2個(gè)，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有 6 個(gè)，只需選用一般中小型控制器即 可。據(jù)此，可以對(duì)輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配，水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 接線圖 如圖 2-2 所示。程序流程圖3-1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，控制流程圖如圖 所示。圖 3-1 水塔水位控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程圖3.2 梯形圖 根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)的梯形圖程序如圖 3-2 所示。圖 3-2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖工作過程 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)，電磁閥打開，開始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過 4 秒，而水池 液位沒有超過水池下限位， 說明系

14、統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 4 秒之后 水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，此時(shí)， 水池的液位 已經(jīng)超過了下限位了 . 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(shí)， 電磁閥就關(guān)閉， 但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿， 可此時(shí)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(shí)，水塔液位超過水塔上限，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。水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表第 4 章 設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。讓我更熟練的掌握 plc 的編程方法，對(duì) PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我的工程素質(zhì)。經(jīng)過我一次次的實(shí)踐，最后把正確的結(jié)果做出來時(shí)，才看到了自己的缺點(diǎn)。在設(shè)計(jì)的過程中我還得到了老師的幫助和意見。 在學(xué)習(xí)的過程中， 不是每一 個(gè)問題都能自己解決， 向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法， 不是有句話 叫做思而不學(xué)則殆。做事要學(xué)思結(jié)合?，F(xiàn)在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是做完了， 可是我