西安邮电大学PLC课程设计报告.docx

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西安邮电大学PLC课程设计报告

西安郵電大学

PLC课程设计报告书

院（系）名称

：

自动化学院

学生姓名

：

XXX

专业名称

：

电气工程及其自动化

班级

：

电气1101班

时间

：

2014年9月30日,10月8日至10月17日

水位采集控制系统

一、课程设计题目及要求

名称：

水位采集控制系统

描述：

S7-200为核心控制器，设计一个水位采集控制系统。

具体要求：

1、可实时测量水位的变化，并在组态软件中显示，测量精度cm；

2、当水位发生变化时，自动进行出水与进水，使水位保持在设定值；

3、PLC程序、组态软件设计；

4、系统搭建及调试。

二、设计所课程需器件

主要元器件：

s7-200、压力传感器1个、导线若干。

三、器件介绍

1、

（一）S7-200MicroPLC的概述

S7-200系列是一类可编程逻辑控制器（MicroPLC）。

这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制需要，图2-1展示一台S7-200MicroPLC。

由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。

此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。

图2-1S7-200系列PLC外观图

图2-1是西门子公司S7-200系列PLC的外型示意图。

S7-22X系列有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM、CPU224XP等型号，均为整体式机，且外观布置大体相同。

图2-1中可见，连接输入、输出器件及电源用的接线端子也位于箱顶部两侧，为了方便接线，CPU224、CPU226和CPU226XM机型采用可插拔整体端子。

用于通信的RS-485接口在机身的左下部，图2-1中前盖下有用于连接扩展单元的扩展接口、模式选择开关、模拟量电位器等装置。

模式选择开关具有RUN/STOP及TERM的三种状态。

CPU在RUN状态下执行完整的扫描过程；在STOP状态下则可与装载STEP7-WIN编程软件的计算机通信、下载及上载应用程序；TERM状态是一种暂态，可以用程序将TERM转换为RUN或STOP状态，在调试程序时很有用处。

TERM状态还和机器的特殊标志位SM0.7有关，可用于自由口通信时的控制。

模拟电位器可用于定时器的外设定及脉冲输出等场合。

整体机的特点是结构紧凑，使用方便，缺点是输入输出口配置数量固定，主要用于小型PLC。

（二）、S7-200MicroPLC主要组成部分

1台S7-200MicroPLC包括一个单独的S7-200CPU，或者带有各种各样的可选扩展模块，本实验仪采用CPU224，模块223，继电器输出。

1、S7-200CPU

S7-200CPU模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

·CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。

·输入和输出是系统的控制点：

输入部分从现场设备（例如传感器或开关）中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其它设备。

·电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。

·通讯端口允许将S7-200CPU同编程器或其它一些设备连接起来。

·状态信号灯显示了CPU的工作模式（运行或停止），本机I/O的当前状态，以及检查出的系统错误。

·通过扩展模块可增加CPU的I/O点数（CPU221不可扩展）。

·通过扩展模块可提供其通讯性能。

·一些CPU具有内置的实时时钟，其它CPU则需要实时时钟卡。

·EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU的程序传送到另一个CPU中。

·通过可选的插入式电池盒延长RAM中的数据存储时间。

2、扩展模块

S7-200CPU模块提供了一定数量的本机I/O，扩展模块提供了附加的输入输出点（见图2-2）

图2-2带有扩展模块的CPU

（三）最大I/O配置

每种CPU的最大I/O配置须服从以下限制：

1、模块数量

CPU221：

不能扩展

CPU222：

最多2个扩展模块

CPU224和CPU226：

1最多工7个扩展模块

7个模块中最多能有2个智能扩展模块（EM227PROFIBUS-DP模块）。

2、数字量映象寄存器大小：

每个CPU允许的数字量I/O的逻辑空间为128个输入和殊模块可能不能全部寻址8个点，例如CPU224有10个输出点，但它占用逻辑输出区的16个点地址。

一个4入/4出的模块占用逻辑空间的8个输入点和8个输出点。

3、模拟量映象寄存器大小：

模拟量I/O允许的逻辑空间为：

CPU222：

16输入和16输出

CPU224和CPU226：

32输入和32输出

4、5V电源预算：

表2-1列出了每种CPU所能提供的最大5V电流。

在一个系统中的所有扩展模块的电流总和不能超过该预算。

表2-1S7-200CPU所提供的电流

2-2S7-200CPU的最大I/O配置

（四）S7-200MicroPLC系列的性能比较

1、所需设备

图2-3展示了一个基本的S7-200MicroPLC。

它包括一个S7-200CPU模块，一台个入计算机（PC），STEP7-Micro/WIN32（3.1版）编程软件，以及一条通讯电缆。

·一条PC/PPI电缆

·一个通讯处理器（CP）和多点接口（MPI）电缆

·一块MPI卡，随MPI卡提供一根通讯电缆。

S7-200MicroPLC系统的组成

2、压力传感器

（一）介绍

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。

一般普通压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。

或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。

当控制阀芯突然移动时，在极短的时间内会形成几倍于系统工作压力的尖峰压力。

在典型的行走机械和工业液压中，如果设计时没有考虑到这样的极端工况，任何压力传感器很快就会被破坏。

需要使用抗冲击的压力传感器，压力传感器实现抗冲击主要有2中方法，一种是换应变式芯片，另一种方法是外接盘管，一般在液压系统中采用第一种方法，主要是因为安装方便。

此外还有一个原因是压力传感器还要承受来自液压泵不间断的压力脉动。

（二）工作原理

4～20mA、0～5v、0～10mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。

利用流体静力学原理测量液位，压力传感器的一项重要应用。

采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性，是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。

用静压测量原理：

当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：

Ρ=ρg.H+Po

式中：

P：

变送器迎液面所受压力

ρ：

被测液体密度

g：

当地重力加速度

Po：

液面上大气压

H：

变送器投入液体的深度

同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔

相连，以抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为：

ρ.g.H，显然,通过测取压力P，可以得到液位深度

三、编程系统使用

（一）程序安装

1、预装指令

在运行装载前：

·如果已装有旧版本的STEP7-Micro/WIN32，应将所有的STEP7-Micro/WIN项目文件备份到软盘上。

·关闭所有的应用软件，包括MicrosoftOffice工具条。

·确信PC机和CPU间的通讯电缆已连接好

2、安装STEP-Micro/WIN32

按以下步骤安装STEP7-Micro/WIN32软件；

（1）将CD盘或软盘插入相应的驱动器

（2）单击“Start”按钮启动Windows菜单。

（3）单击Run菜单

（4）如果从软盘装载，则在Run对话框中，键入a：

\setup并按OK或ENTER键，则开始进行安装过程；

如果从光盘装载，则在Run对话框中，键入e：

\setup（“e盘”为光驱）并按OK或ENTER键，则开始进行安装过程。

（5）按照在线安装程序完成软件的安装。

（6）安装会自动出现设置PG/PC接口对话框，在本章后面将介绍如何设备PG/PC参数。

点击“Cancel”进行下一步。

（7）在安装结束时会出现下列两种选项：

·选项1：

是，我要现在重新启动计算机（缺省选项）

否，我以后再重新起动计算机

如果出现该选区项，建议您选择缺省选项，点击Finish完成安装，随后请阅读Readme文件浏览有关STEP7-Micro/WIN32的最新信息。

·选项2：

是，我现在要浏览Readme文件（缺省选项）

否，我现在要进入STEP7-Micro/WIN32

如果出现该选项，建议您选择缺省选项，点击Finish完成安装。

随后请阅读Readme文件游览有关STEP7-Micro/WIN32的最新信息。

有关STEP7-Micro/WIN32的最新信息可以在CD或磁盘中的READMEX.TXT文件中得到。

（在X位置，字母A=德语、B=英语、C=法语、D=西班牙语、E=意大利语）。

3、单连接用户的常见问题列表

（1）不正确的波特率，修改波特率。

（2）不正确的站地址：

修改站地址。

（3）PC/PPI电缆设置不正确：

参照有电缆设置。

（4）计算机上的不正确的通讯口：

检查通讯口，

（5）自由模式下的CPU（通讯口由用户程序控制）：

把CPU置为STOP模式

（6）和其它主站冲突：

把CPU从网络中断开。

（二）如何用PC/PPI电缆设置通讯？

1、PC/PPI电缆的连接

本节说明如何利用PC/PPI电缆建立S7-200CPU与个人计算机之间的通讯，这是单主机组态，不需要安装其它的硬件（例如调制解调器或编程设备）。

（1）选择计算机所支持的波特率。

（2）把PC/PPI电缆的RS-232端（标着PC）连接到计算机的通讯口虽COM1或者是COM2，并拧紧连接螺丝。

（3）把PC/PPI电缆的RS-485端（标着PPI）连接到CPU的通讯口，并拧紧连接螺丝。

有关PC/PPI电缆的技术细节，有关它的定货号，请参阅附录E

2、核实PC/PPI电缆缺省的参数

按照下面的步骤可以为你的接口核实缺省的参数：

（1）在STEP7-Micro/WIN32下，单击通讯图标，或从菜单中选择View>Communications，于是出现一个通讯设定对话框。

（2）在通讯设定对话框中，双击PC/PPI电缆的图标。

将出现设定PG/PC接口的对话框。

（3）选择“Properties”钮，将出现接口属性的对话框（见图3-2）。

检查有关属性，确保正确。

通讯速率缺省值为9600波特。

（4）有关修改缺省参数的帮助。

图3-1设定PG/PC接口的对话框

图3-2PG/PC接口对话框属性

（三）建立与S7-200CPU的在线联系

当你的计算机已经安装STEP7-Micro/WIN32软件，并且用PC/PPI电缆建立通讯，就可以与S7-200CPU建立在线联系。

（如果你使用的是编程器，编程器上已经预装了STEP7-Micro/WIN32。

）

按照下面的步骤建立S7-200CPU的联机：

1、在STEP7-Micro/WIN32下，单击通讯图标，或从菜单中选择View>Comm