基于PLC水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于 PLC 水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)，人們生活用水的增加，早先采取的繼電器作為水塔水位的自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于頻繁操作，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械電氣磨損，而且維護(hù)和更新的不方便，已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們賦予這個(gè)時(shí)代的實(shí)際需求。 本文采用的是三菱 F1 系列 PLC 可編程序控制器作為水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)核心，對(duì)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能性進(jìn)行了需求分析。主要實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)傳感器檢測(cè)水塔的實(shí)際水位，將水位具體信息傳至 PLC 構(gòu)成的控制模塊，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后 ，進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，來(lái)控制抽水電機(jī)的動(dòng)作，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)還原，顯示水位具體信息，如果水位低于或高于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出危險(xiǎn)報(bào)警的信號(hào)。 本篇論文以一個(gè)水塔水位控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的全過(guò)程為主線(xiàn)，給出了基于 PLC 水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的具體過(guò)程，特別在細(xì)節(jié)上分析了其功能的實(shí)現(xiàn)思想，較全的闡述了建立一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該遵循的分析方法。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制，三菱 F1 系列，傳感器，報(bào)警 目錄 第一章 前言 .1 1.1 可變程序控制器的研究背景 .2 1.2 PLC 的發(fā)展 .3 1.3 PLC 的基本結(jié)構(gòu) .4 1.4 PLC 的特點(diǎn) .5 1.5 PLC 的工作原理 .6第二章 水塔水位系統(tǒng) PLC硬件設(shè)計(jì) .7 2.1 水塔水位控制系統(tǒng)要求 .8 2.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 .9 2.3 I/O 口的分配 .10 2.4 水塔水位系統(tǒng)的輸入 /輸出設(shè)備 .11第三章 水塔水位系統(tǒng)的 PLC 軟件設(shè)計(jì) .12 3.1 水位控制系統(tǒng)的工作過(guò)程 .13 3.2 程序流程圖 .14 3.3 梯形圖 .15 3.4 指令表 .16 第四章 總結(jié) . .18 參考文獻(xiàn) .19 致謝 .20 第一章 前 言 1.1 可變程序控制器的產(chǎn)生背景 可編程 控制 器 是二 十 世紀(jì) 七 十年 代 發(fā)展 起 來(lái) 的控 制 設(shè)備 ，是集 微 處理 器、儲(chǔ)存 器 、輸 入 /輸 出接 口 與中 斷 于一 體 的器 件 ， 已經(jīng) 被 廣泛 應(yīng) 用于 機(jī) 械制 造、冶金 、 化 工、 能 源 、交 通 等 各個(gè) 行 業(yè) 。計(jì) 算 機(jī)在 操 作 系統(tǒng) 、 應(yīng) 用軟 件 、 通行能力 上 的 飛速 發(fā) 展 ，大 大 加 強(qiáng)了 可 編 程控 制 器通 信 能 力， 豐 富 了可 編 程 控制器編 程 軟件 和 編程 技 巧， 增 強(qiáng) 了 PLC 過(guò) 程 控制 能 力 。因 此 ，無(wú) 論 是單 機(jī) 還是多機(jī) 控 制 、是 流 水 線(xiàn)控 制 還 是過(guò) 程 控 制， 都 可以 采 用 可編 程 控 制器 ， 推 廣和普及 可 編 程控 制 器 的使 用 技 術(shù)， 對(duì) 提 高我 國(guó) 工業(yè) 自 動(dòng) 化生 產(chǎn) 及 生產(chǎn) 效 率 都有十分重要的意義。 可 編 程 控 制 器 (Programmable Controller) 也 可 稱(chēng) 邏 輯 控 制 器(Programmable Logic Controller),是 一微 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(chēng) PC。為 了 與個(gè) 人 電腦 （ 也簡(jiǎn) 稱(chēng) PC）相混淆通常將可編程控制器稱(chēng)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 經(jīng) 有百 年 的 歷史 ， 它 是一 種 弱電 信 號(hào) 控制 強(qiáng) 電 信號(hào) 的 電 磁開(kāi)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 有 優(yōu) 點(diǎn)。對(duì)于 工 作 模式 固 定 、要 求 比 較簡(jiǎn) 單 的 場(chǎng)合 非 常使 用 ， 至今 仍 有 廣泛 的 用 途。但是 當(dāng) 工 作模 式 改 變時(shí) ， 就 必須 改 變 系統(tǒng) 的 硬件 接 線(xiàn) ，控 制 柜 中的 物 件 以及接線(xiàn) 都 要 作相 應(yīng) 的 變動(dòng) ， 改 造工 期 長(zhǎng) 、費(fèi) 用 高， 用 戶(hù) 寧愿 扔 掉 舊控 制 柜 ，另做一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種， 向小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器 接觸器控制難以滿(mǎn)足市場(chǎng)要求，此問(wèn)題首先被美國(guó)通用汽車(chē)公司（ GM 公司）提了出來(lái)。通用汽車(chē)公司為適合汽車(chē)型號(hào)的不斷翻新，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品多樣性的需求，公開(kāi)對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器 接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的 GM10 條，即 : 1. 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序； 2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 3. 可靠性高于繼電器控制裝置； 4. 體積小于繼電器控制裝置； 5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6. 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)； 7. 輸 入可以是交流 115V； 8. 輸出為交流 115V， 2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等； 9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； 10. 用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K。 這十 項(xiàng) 指標(biāo) 就 是現(xiàn) 代 PLC 的 最 基本 功 能， 值 得 注意 的是 PLC 并 不等 同于 普 通 計(jì)算 機(jī) ， 它 與 有 關(guān) 的 外部 設(shè) 備 ， 按 照 “ 易 于與 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 連 成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來(lái)設(shè)計(jì)。 用可 編 程控 制 器代 替 了繼 電 器 接 觸器 的 控制 ，實(shí) 現(xiàn) 了邏 輯 控制 功 能，并 且 具 有計(jì) 算 機(jī) 功 能 靈 活 、 通用 性 等 特 點(diǎn) ， 用 程 序代 替 硬 接 線(xiàn) ， 并 且 具有計(jì) 算 機(jī) 功能 靈 活 、 通 用 性 能 強(qiáng)等 優(yōu) 點(diǎn) ， 用 程 序 代 替硬 接線(xiàn)，減少了重新設(shè)計(jì) ， 重 新接 線(xiàn) 的 工 作 ， 此 種 控制 器 借 鑒 計(jì) 算 機(jī) 的 高級(jí) 語(yǔ) 言 ， 利 用 面 向 控制過(guò)程 ，面 向 問(wèn)題 的“ 自 然語(yǔ) 言” 編 程，其 標(biāo) 志 性語(yǔ) 言 是極 易 為 IT電 器 人員掌 握 的 梯形 圖 語(yǔ) 言 ， 使 得 熟 悉計(jì) 算 機(jī) 的 人 也 能 方 便地 使 用 。 這 樣 ， 工 作人員 不 必 在變 更 上 花 費(fèi) 大 量 地 精力 ， 只 需 集 中 精 力 去考 慮 如 何 操 作 并 發(fā) 揮更改 裝 置 地功 能 即 可 ， 輸 入 、 輸出 電 平 與 市 電 接 口 ，使 控 制 系 統(tǒng) 可 方 便 地在需要的地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。 1.2 PLC 的發(fā)展 雖然 PLC 問(wèn)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(guò)程大致可分為三各階段：早期的 PLC 一般稱(chēng)為可編程邏輯控制器。這時(shí)的 PLC 也就是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。裝置中的器件主要采用分離元件和中小規(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器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線(xiàn)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，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中 PLC 特有的編程語(yǔ)言 梯形圖一直沿用至今。 在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為 PLC 的中央處理單元（ CPU）。 這樣，使 PLC 的功能大大增強(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(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、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(xiàn)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 的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 進(jìn)入八十年代中、后期，由于大規(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(lèi)型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步 提高 PLC 的處理速度，各制造廠商紛紛開(kāi)發(fā)研制了專(zhuān)用邏輯處理芯片。這樣使得 PLC 軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。 1.3 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，中央處理單元 (CPU)，如下圖所示。 圖 1-1 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(hù)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(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀 態(tài) 和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn) 算結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 進(jìn)一步提高 PLC 可靠性，近年來(lái)對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 表決式系統(tǒng)。這樣，某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 二 、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。 PLC 常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型 （ 1） RAM （ Random Assess Memory） 這是一種讀 /寫(xiě)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） EPROM（ 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(xiàn)連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 )。 （ 3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(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與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的接口。現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感器輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過(guò)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與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng) 開(kāi)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(lèi)很多，例如高速技術(shù)模塊、 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(mén)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(hù)進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶(hù)程序和有關(guān)信息打印出來(lái)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(lèi)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(lèi)： 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、 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(lèi)型的電源其地線(xiàn)也不同 。 1.4 PLC 的特點(diǎn) (一 ) 高可靠性 1. 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間 在電氣上隔離 2. 各輸入 端均采用 R-C 濾波器其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 1020ms 3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾 4. 采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源 5. 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選 6. 良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況 ， CPU 立即采用有效措施以防止故障擴(kuò)大 7. 大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進(jìn)一步提高 (二 ) 豐富的 I/O 接口模塊 1. PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。 2. 有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線(xiàn)圈；控制閥。 3. 直接連接 ， 另外為了提高操作性能它還有多種人 -機(jī)對(duì)話(huà)的接口模塊 ; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò) ， 它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 (三 ) 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)， PLC 的各個(gè)部件包括 CPU 電源 I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶(hù)的需要自行組合。 (四 ) 編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的 編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線(xiàn)路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 (五 ) 安裝簡(jiǎn)單維修方便 PLC 不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房 ， 可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶(hù)了解運(yùn)行情況和查找故障，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障 ， 用戶(hù)可以通過(guò)更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 1.5 PLC 的工作原理 最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由 繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的： （ 1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線(xiàn)圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線(xiàn)路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。 （ 2） PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線(xiàn)圈或邏輯線(xiàn)圈被接通或斷開(kāi)，該線(xiàn)圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 -掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于 I/O 響應(yīng)要求不 高的場(chǎng)合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。 1、掃描技術(shù) 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱(chēng)作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 如下圖： 圖 1-2 PLC 掃描周期 （ 1）輸入采樣階段 在輸入采樣階段 ， PLC 以?huà)呙璺绞揭来蔚刈x入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶(hù)程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （ 2）用戶(hù)程序執(zhí)行階段 在用戶(hù)程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶(hù)程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路， 并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線(xiàn)圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線(xiàn)圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線(xiàn)圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新 的邏輯線(xiàn)圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 （ 3）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶(hù)程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 2、 PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間 為了增強(qiáng) PLC 的抗干擾能力，提高其可 靠 性， PLC 的每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線(xiàn)路的硬邏輯并行控制， PLC 采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因， 使得 PLC 得 I/O 響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿(mǎn)的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。所謂 I/O 響應(yīng)時(shí)間指從 PLC 的某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。 如下圖： 圖 1-3 PLC 掃描周期示意圖 第二章 水塔水位系統(tǒng) PLC 硬件設(shè)計(jì) 圖 2-1 水塔水位控制裝置圖 2.1 水塔水位控制系統(tǒng)要求 1）保持水池的水位在 S1 S2 之間，當(dāng)水池水位低于下限液位開(kāi)關(guān) S1，此時(shí) S1 為 ON，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里注水，當(dāng) 4S 以后，若水池水位沒(méi)有超過(guò)水池下限液位開(kāi)關(guān) S1時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)水池下限液位開(kāi)關(guān) S1 為 OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)頁(yè)面高于上限水位 S2 時(shí)，則 S2 為 ON，電磁閥關(guān)閉。 2）保持水 塔 的水位在 S3 S4 之間，當(dāng)水 塔 水位低于水 塔 下限水位開(kāi)關(guān) S3 時(shí)，則水 塔 下限液位開(kāi)關(guān) S3 為 ON，則驅(qū)動(dòng)電機(jī) M 開(kāi)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 上限水位開(kāi)關(guān) S4 時(shí)，則 S4 為 ON，電機(jī) M 停止抽水。 3）當(dāng)水塔水位低于 下限水位時(shí)，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，電機(jī) M 不能啟動(dòng)。 2.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 圖 2-2 水塔水位系統(tǒng)控制主電路圖 2.3 I/O 口的分配 表 2-1 水塔水位系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表 輸入 繼電器 輸入變量名 輸出 繼電器 輸出變量名 X0 控制開(kāi)關(guān) Y0 電磁閥 X1 水塔上限液位開(kāi)關(guān) Y1 電機(jī) M X2 水塔下限液位開(kāi)關(guān) Y2 水池下限指示燈 a1 X3 水池下限液位開(kāi)關(guān) Y3 水池上限指示燈 a2 X4 水池上限液位開(kāi)關(guān) Y4 水塔下限指示燈 a3 Y5 水塔上限指示燈 a4 Y6 報(bào)警指示燈 a5 2.4 水塔水位系統(tǒng)的輸入 /輸出設(shè)備 這是一個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒(méi)有特殊的控制要求，它有 5 個(gè)開(kāi)關(guān)量，開(kāi)關(guān)量輸出觸點(diǎn)共有 8 個(gè)，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有 13 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(xiàn)圖如下： 圖 2-3 第三章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 軟件設(shè)計(jì) 3.1 水位控制系統(tǒng)的工作過(guò)程 設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4個(gè)液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時(shí)，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過(guò) 4S，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 4S只有水池液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 a1滅。此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過(guò)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，電機(jī) M開(kāi)始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，水池上限指示 燈 a2，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿(mǎn)，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，則水塔下限指示燈 a3滅，電機(jī) M繼續(xù)工作，從水池向水塔抽水，水塔抽滿(mǎn)是，水塔也未超過(guò)水塔上限，水塔上限指示燈 a4滅，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，電機(jī) M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，水池上限指示燈 a2亮。此次給水塔供水完成。 3.2 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(jì)要求控制流程圖如下： 開(kāi) 始水 池 水 位 低 于 下限 嗎 ？電 磁 閥 打 開(kāi)4 S 后 水 池 水 位 高于 下 限 嗎 ？報(bào) 警水 池 繼 續(xù) 進(jìn) 水水 塔 水 位 低 于下 限 嗎 ？水 池 水 位 高 于 上 限電 磁 閥 關(guān) 閉水 泵 起 動(dòng) ， 給 水 塔 供 水水 塔 水 位 高 于 下 限水 塔 水 位 高 于 上 限水 泵 停 止水 池 水 位 低 于 下 限結(jié) 束否是否是是否圖 3-1 3.3 梯形圖 圖 3-2 水塔水位控制系統(tǒng)的梯形圖 3.4 指令表 圖 3-3 水塔水位控制系統(tǒng)指令表 第四章 總結(jié) 畢業(yè)論文是我學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次所做的基于 PLC 的水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合，鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料 、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體設(shè)計(jì)的掌控，對(duì)局部設(shè)計(jì)的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的，也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的真正目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣，但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種元件的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)