水塔水位控制小论文.docx
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水塔水位控制小论文
机
电
综
合
实
践
题目：
水塔水位控制模拟系统
班级：
机自07-10班
实验调试时间：
2010年12月9日
水塔水位控制模拟系统
1、实验题目
1．1、实验目的
学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINSS7-200）控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成水塔水位自动控制系统。
1．2、实验装置与附件
（1）TKPLC-1型实验装置一台
（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态软件的计算机一台。
（3）PC/PPI编程电缆一根。
（4）连接导线若干。
1．3、实验内容
当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水（Y为ON）定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）。
当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水。
当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。
1．4、水塔水位控制系统的实验面板图：
图1水塔水位控制面板
上图下框中的S1、S2、S3、S4分别接主机的输入点I0.0、I0.1、I0.2、I0.3，M、Y分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1。
1．5、实验要求
（1）画出控制系统图。
（2）进行控制，主要有控制策略，电气控制原理图设计，组态软件设计。
（3）根据实验内容要求，编写PLC程序，梯型图或表达式程序，并调试通过。
（4）根据工况，进行工业监控软件设计，选择组态王软件进行设计，并调试通过。
（5）模拟工况，设置时间继电器时间和梯层进行工况调试，最终满足实验要求。
（6）进行综合调试，其工业监控同工况一致。
2、控制系统图
图2水塔水位系统控制图
3、程序控制流程图
水塔水位控制系统的PLC控制程序流程图，根据设计要求控制流程图如下：
图3水塔水位控制程序流程图
4、PLC选型、梯形图编写及程序调试
4．1、PLC选型
根据实验室配备的具体情况，本实验选择的PLC型号为：
德国西门子公司的SIMEINSS7-200CPU224CN。
4.2、SIMEINSS7-200简介
该型号的PLC集成了14点输入和10点输出，共有24个数字量I/O,它可以连接7个扩展模块，最大可扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O。
CPU224有13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制功能。
CPU224配有1个RS-485通信/编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由口通信方式，是具有较强控制能力的小型控制器。
【2】
S7-200系列出色表现在以下几个方面：
（1）极高的可靠性
（2）极丰富的指令集
（3）易于掌握
（4）便捷的操作
（5）丰富的内置集成功能
（6）实时特性
（7）强劲的通讯能力
（8）丰富的扩展模块
适用范围：
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
如：
冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
CPU单元设计：
集成的24V负载电源：
可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU221，222具有180mA输出，CPU224，CPU224XP，CPU226分别输出280，400mA。
可用作负载电源。
不同的设备类型：
CPU221~226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。
本机数字量输入/输出点：
CPU221具有6个输入点和4个输出点，CPU222具有8个输入点和6个输出点，CPU224具有14个输入点和10个输出点，CPU224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU226具有24个输入点和16个输出点。
本机模拟最输入/输出点：
CPU224XP具有2个输入点，1个输出点。
中断输入：
允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
高速计数器：
CPU221/222
4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90°的A/B相增量编码器
CPU224/224XP/226
6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。
CPU222/224/224XP/226
可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。
可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。
编程：
CPU221/222/224/224XP/226
STEP7-Micro/WIN32V3.1编程软件可以对所有的CPU221/222/224/224XP/226功能进行编程。
同时也可以使用STEP7-Micro/WIN16V2.1软件包，但是它只支持对S7-21x同样具有的功能进行编程。
STEP7-Micro/DOS不能对CPU221/222/224/224XP/226编程。
如果使用PG/PC的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。
如果使用STEP7-Micro/WIN32V3.1编程软件，则也可以通过SIMATICCP5511或CP5611编程。
在这种情况下，通讯速率可高达187.5kbit/s。
可以利用PC/PPI电缆和自由口通讯功能把S7-200CPU连接到许多和RS-232标准兼容的设备。
有两种不同型号的PC/PPI电缆：
带有RS-232口的隔离型PC/PPI电缆，用5个DIP开关设置波特率和其它配置项。
带有RS-232口的非隔离型PC/PPI电缆，用4个DIP开关设置波特率。
有关非隔离型PC/PPI电缆的技术规范，请参阅S7-200可编程控制器系统手册。
当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI电缆是发送模式。
当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI电缆是接收模式。
当检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式转换到发送模式。
当RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。
这个时间与电缆上的DIP开关设定的波特率选择有关。
5、水塔水位控制时序图及I/O口分配
5．1水塔水位控制时序图如下
图4水塔水位控制时序图
5．2、I/O口分配
根据实验的控制要求，确定PLC所需的各类继电器，对各元件编号，如下表所示。
表1I/O口分配
输入
输出
定时器
名称
地址
名称
地址
名称
地址
S1
I0.0
M
Q0.0
4秒延时
S2
I0.1
Y
Q0.1
产生1秒时钟
S3
I0.2
S4
I0.3
6、电气控制原理图
图5水塔水位电器控制图
7、水塔水位控制（未含时间继电器实现自动模拟，通过手动拨动开关模拟）梯形图、语句表程序及调试
7.1、梯形图程序
7.2、语句表程序
TITLE=水塔水位控制语句表：
Network1
//水池水位控制部分：
LDI0.3
OM0.0
ANI0.2
ANT37
=M0.0
Network2
//4s计时：
LDI0.3
TONT37,40
Network3
//闪烁报警程序（周期2s）：
LDT37
LPS
ANT39
TONT38,10
LRD
AT38
TONT39,10
LPP
AT38
=M0.1
Network4
LDM0.0
OM0.1
=Q0.1
Network5
//水塔水位控制部分：
LDI0.1
OQ0.0
ANI0.0
ANI0.3
=Q0.0
6．3、程序调试
在实验室中的模拟控制面板上正确接线，使用STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机进行下载、调试,很快达到所要求的实验要求。
8、水塔水位控制（含时间继电器实现自动模拟）梯形图、语句表
时间继电器控制水塔水位自动运行顺序:
按下S4后阀Y启动，2s后S4打开，10s后S3关闭，水池水位已到上限位，阀Y关闭，同时S2关闭，电机M启动，水塔开始进水，2s后S2、S3打开，10s后S1关闭，水塔水位已到上限位，电机M关闭，2s后S4关闭实现循环。
7.1梯形图
8.2语句表
TITLE=水塔水位控制（含顺序继电器实现自动模拟）语句表：
Network1
LDI0.3
OM0.0
ANI0.2
ANT37
=M0.0
Network2
//4s计时：
LDI0.3
TONT37,40
Network3
//闪烁报警程序（周期2s）：
LDT37
LPS
ANT39
TONT38,10
LRD
AT38
TONT39,10
LPP
AT38
=M0.1
Network4
LDM0.0
OM0.1
=Q0.1
TONT40,20
TONT41,100
Network5
LDT40
RI0.3,1
Network6
LDT41
SI0.2,1
Network7
LDT41
OM0.1
=M0.1
Network8
LDM0.1
TONT42,20
TONT43,100
TONT44,120
Network9
LDNI0.2
ANI0.3
SI0.1,1
Network10
LDT42
RI0.2,1
Network11
LDT43
SI0.0,1
Network12
LDI0.1
OQ0.0
ANI0.0
ANI0.3
=Q0.0
Network13
LDT44
RI0.0,1
RM0.1,1
SI0.3,1
9、工业监控软件设计
9.1、组态王（kingview）简介
组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。
通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。
其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。
尤其考虑三方面问题：
画面、数据、动画。
通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。
组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。
而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。
它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。
组态王软件开发具有以下几个特点:
（1）实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。
（2）该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。
对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。
9.2设计组态王监控程序过程一般如下：
9.2.1、建立工程
9.2.2、定义外部设备
9.2.3、定义变量
9.2.4、画面设计
9.2.5、动画连接
9.3、组态王数据字典
在组态王运行界面中，单击“数据词典”，单击新建，依次设计如下设计变量。
变量名
变量类型
对应PLC端口
S1
I/O离散
I0.0
S2
I/O离散
I0.1
S3
I/O离散
I0.2
S4
I/O离散
I0.3
M
I/O离散
Q0.0
Y
I/O离散
Q0.1
9.4、监控结果
（1）水塔水位控制（未含时间继电器实现自动模拟，通过手动拨动开关模拟）监控结果
闭合开关S4，S4显示灯亮，阀Y指示灯亮，4s后如未打开S4，阀Y指示灯闪烁，闭合开关S3，阀Y指示灯灭；在开关S4打开情况下，闭合S2，电机M指示灯亮，闭合S1，电机M指示灯灭。
（2）水塔水位控制（含时间继电器实现自动模拟）梯形图、语句表
按下S4后阀Y启动，S4灯亮，阀Y指示灯亮，2s后S4灯灭；10s后S3灯亮，水池水位已到上限位，阀Y指示灯灭，同时S2灯亮，电机M指示灯亮，2s后S2、S3灯灭，10s后S1灯亮，电机M指示灯灭，2s后S4灯亮，实现循环。
10、实验小结
通过此次对水塔水位控制模拟系统的PLC控制及组态软件系统监控，加深了对PLC控制系统的设计理论的理解，提高了编程、实践操作以及调试能力，同时初步掌握了组态软件的创作思想和组态王软件（kingview）的初级应用，这对以后的进一步学习打下了很好的基础。
整个过程中深刻体会到PLC这种循环扫描思想的特殊性，不同于单片机编程，单片机编程思想较为简单、明了，而PLC编程特别注重全局观，在后续的编程中一定要注意到所编的程序对前面程序的影响，肯定地说是整个过程各梯级程序时一个相互耦合、相互作用的过程，不弄清楚逻辑关系，很难提高编程效率。
所以需要多练，多体会，这对以后的相关学习和实践是一个很好的指导作用。
11、参考文献
[1]廖常初编.PLC基础及应用.机械工业出版社.北京.2004
[2]吕景泉编.可编程控制器技术教程.高等教育出版社.北京.2000
[3]严盈富,罗海平,吴海勤编.监控组态软件与PLC入门.人民邮电出版社.北京.2006
[4]miaoyunjiang.ProgrammableControl.ChinaUniversityofMiningandTechnology.XuzhouJiangsuProvince.2006
[5]刘恩博田敏李江全等编.组态软件数据采集与串口通信测控应用实战.人民邮电出版社.北京.2010
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