基于PLC的水塔水位控制系统设计.docx

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基于PLC的水塔水位控制系统设计

1．结论…………………………………………………………………………3

1.1可编程控制器的产生…………………………………………………3

1.2PLC的特点………………………………………………………………3

1.3PLC的基本结构…………………………………………………………3

1.4PLC的工作方式…………………………………………………………4

1.5PLC的发展……………………………………………………………………………5

2．水塔水位控制系统PLC硬件设计……………………………………………………6

2.1水塔水位控制系统要求……………………………………………………6

2.2水塔水位控制系统主电路…………………………………………………6

2.3I/O口的分配……………………………………………………………7

3.水塔水位控制系统PLC的软件设计…………………………………………8

3.1程序流程图…………………………………………………………………8

3.2梯形图………………………………………………………………………9

4.设计总结………………………………………………………………………11

参与文献…………………………………………………………………………11

第1章绪论

1.1可编程控制器的产生

可编程控制器（ProgrammableController）,也称可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC，为了避免与个人电脑（也简称为PC）相混淆，通常将可编程控制器简称为PLC。

可编程控制器的产生与继电器—接触器控制系统有很大的关系。

继电器—接触器控制已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的优点。

此种控制系统布局固定，按预先规定的时间、条件、顺序工作。

对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常适用，至今仍有广泛的用途。

1.2PLC的特点

、可靠性高，抗干扰能力强

、编程简单，易于掌握

、组合灵活，使用方便

、功能强，通用性好

、开发周期短，成功率高

六、体积小，重量轻，功耗低

1.3PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图1-1所示：

、中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状

、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

1、PLC常用的存储器类型

（1）RAM（RandomAssessMemory） 这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。

（2）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种可擦除的只读存储器。

在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。

（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。

（3）EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory）这是一种电可擦除的只读存储器。

使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。

、输入/输出模块

输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。

现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量（压力、流量、温度、电压、电流）等，都要通过输入模块送到PLC。

、扩展模块

当一个PLC中心单元的1/0点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。

模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能接口模块，使可编程控制器的功能更加强大和完善。

智能1/0接口模块种类很多，例如高速技术模块、PLCA控制模块、数字位基于PLC的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能1/0模块等。

、编程器

它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。

有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入PLC。

目前编程器主要有以下三种类型:

便携式编程器（也叫简易编程器）;图形编程器;用于IBM一PC及其兼容机的编程器。

、电源

PLC中的电源一般有三类：

1、+5V、±15V直流电源：

供PLC中TTL芯片和集成运放使用；

2、供输出接口使用的高压大电流的功率电源；

3、锂电池及其充电电源。

考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。

1.4PLC的工作方式

PLC大多采用成批输入/输出的周期扫描方式工作，按用户程序的先后次序逐条运行。

一个完的期可分为三个阶段：

（1）、输入采样阶段

程序开始时，监控程序使机器以扫描方式逐个所有输入端口上的信号，并依次存入对应的输入映象寄存器。

（2）、用户程序执行阶段

所有的输入端口采样结束后，即开始进行逻辑运算处理，根据用户输入的控制程序，从第一条开始，逐条加以执行，并将相应的逻辑运行结果，存入对应的中间元件和输出元件映象寄存器，当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新处理。

（3）、输出刷新阶段

将输出元件映象寄存器的内容，从第一个输出端口开始，到最后一个结束，依次读入对应的输出锁存器，从而驱动输出器件形成可编程的实际输出。

1.5PLC的发展

虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。

这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。

它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。

装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。

另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。

因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。

其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。

美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。

这样，使PLC得功能大大增强。

在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。

在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。

并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。

进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。

而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。

这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

第2章水塔水位控制系统PLC硬件设计

2.1、水塔水位控制系统设计要求

水塔水位控制装置如图2-1所示

图2-1水塔水位控制装置

水塔水位的工作方式：

当水池液位低于下限液位开关S1，S1此时为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当4S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位开关S4为OFF,表示水位高于下限水位。

当水位液面高于上限水位，则S2为ON，电磁阀关闭。

当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S3为ON，水泵开始工作，向水塔供水，当S3为OFF时，表示水塔水位高于水塔下限水位。

当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔上限水位开关S4为OFF，水泵停止。

当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。

2.2水塔水位控制系统主电路

水塔水位控制系统主电路如图2-5所示：

图2-2水塔水位控制系统主电路

2.3I/O接口分配

2.3.1列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表，见表2-1。

表2-1水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表

输入信号

输入变量名

输出信号

输出变量名

X001

水塔上限位

Y000

阀门

X002

水塔下限位

Y001

水泵

X003

水池上限位

X004

水池下限位

2.3.2水塔水位控制系统的I/O设备

这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有4个开关量，开关量输出触点数有2个，输入、输出触点数共有6个，只需选用一般中小型控制器即可。

据此，可以对输入、输出点作出地址分配，水塔水位控制系统的I/O接线图如图2-2所示。

图2-3水塔水位控制系统的I/O接线图

第3章水塔水位控制系统PLC软件设计

3.1程序流程图

水塔水位控制系统的PLC控制流程图，根据设计要求，控制流程图如图3-1所示。

图3-1水塔水位控制系统的PLC控制流程图

3.2梯形图

根据控制要求，设计的梯形图程序如图3-2所示。

图3-2水塔水位控制系统梯形图

3.2.1工作过程

设水塔、水池初始状态都为空着的，当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，电磁阀打开，开始往水池离境税，如果进水超过4秒，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。

若4秒之后水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，此时，水池的液位已经超过了下限位了.系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，水泵继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，此次给水塔供水完成。

3.2.2水塔水位控制系统梯形图对应的指令表

第4章设计总结

 通过这次设计实践。

让我更熟练的掌握plc的编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我的工程素质。

经过我一次次的实践，最后把正确的结果做出来时，才看到了自己的缺点。

在设计的过程中我还得到了老师的帮助与意见。

在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学则殆。

做事要学思结合。

现在我的毕业设计是做完了，可是我的学习之路还没有完，是这次设计让我明白了人这一辈子不能仅仅局限于那一点点的满足感上去，要放眼望去，外面的世界是那么的宽广，等着我们去征服，等着我们去创造。

参考文献

[1]方承远.工厂电气控制技术.北京:

机械工业出版社，2007

[2]刘新宇.S7-300/400PLC入门和用户应用分析.北京:

中国电力出版社，2008

[3]肖峰.PLC编程100例.北京:

中国电力出版社2009

[4]周美兰.PL