水塔水位PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、電氣工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè)計(jì)題目： 水塔水位PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)系 別： 電氣工程及其自動(dòng)化 年級(jí)專業(yè)： 13級(jí)應(yīng)電2班 組 員： 賈猛、孟令軍、修圣虎、李晶 指導(dǎo)教師： 郭忠南 水塔水位PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)摘 要隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的日益提高，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了一種新型的工業(yè)控制裝置可編程控制器（PLC）。隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)實(shí)暴露的一些問題，以便能更快捷更方便的完成一些任務(wù)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢

2、測(cè)可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。 本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測(cè)水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測(cè)量水位的變化，把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報(bào)警信息顯示、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。關(guān)鍵詞：PLC(Programmable Logic Controller) 自動(dòng)化 水塔水位 三菱PLC 目錄第一章 研究背景11.1 可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展11.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)21.3 PLC的特點(diǎn)51.4 PLC的工作原理61.5 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析8

3、第二章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)10第三章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)123.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求123.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路123.3 水泵電機(jī)的選擇133.4 水位傳感器的選擇133.5 可編程序控制器的選擇143.6 PLC I/O口分配143.7 PLC控制電路原理圖15第四章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)174.1 程序流程圖174.2 梯形圖18第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)23第一章 研究背景1.1 可編程控制器的產(chǎn)生及發(fā)展 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

4、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、是流水線控制還是過程控制，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)也可稱邏輯控制(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PC。為了避免與個(gè)人電腦（也簡(jiǎn)稱PC）相混淆通常將可編程控制

5、器稱為PLC。 1969年，第一臺(tái)可編程控制器PDP14由美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。 PLC問世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國(guó)外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。 PLC的發(fā)過程大致可分為三各階段： 早期的PLC其要功能只是執(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

6、電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置種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)等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。這使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

7、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。再硬件方面，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，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。 進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(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，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)

8、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 PLC結(jié)構(gòu)框圖一、中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，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

9、到停止運(yùn)行。二、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。1、PLC常用存儲(chǔ)器類型 （1）RAM （Random Assess 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）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器。斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。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)這是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器。

10、使用編程器就能很容易對(duì)其所存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行修改。2、PLC存儲(chǔ)空間分配各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)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)過程連接的接口?，F(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。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理

11、的數(shù)字信號(hào)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接收的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來(lái)，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅

12、輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是05伏和010伏兩種。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8位、10位或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。四、擴(kuò)展模塊 當(dāng)一

13、個(gè)PLC中心單元的I/O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，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計(jì)數(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、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O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。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在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。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打

14、印出來(lái)或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。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、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。目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將 PLC分為三大類： 小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無(wú)模擬量）； 中型機(jī)：256-2048點(diǎn)（64-128路模擬量）； 大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128-512路模擬量）。 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶

15、根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。 1.3 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

16、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；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；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)

17、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的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(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不需要專門的機(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)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。1.4 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

18、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)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(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程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(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觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微

19、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，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(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。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(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

20、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）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(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。 （3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(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

21、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。1.5 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形化編程語(yǔ)言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來(lái)說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡(jiǎn)單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來(lái)表達(dá)PLC的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就

22、是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號(hào)組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語(yǔ)句表，編程設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語(yǔ)言(SFC)類似于計(jì)算機(jī)常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細(xì)具體，包括每一框前的輸入信號(hào)，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達(dá)方式。通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。2)梯形

23、圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來(lái)形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。3)梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈

24、應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。5)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。所以，由梯形圖編寫指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行

25、一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過程稱為CPU對(duì)程序的掃描。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始。30第二章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空水位，液位指示燈全滅。水塔水位控制裝置如下圖所示。圖2.1 水塔水位控制裝置 方案要求：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)，進(jìn)水閥Y打開，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過3秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警并

26、切斷電源。若3秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，水池下限位的指示燈亮，說明系統(tǒng)在正常的工作，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（啟動(dòng)過程采用星三角變換啟動(dòng)，時(shí)間設(shè)定為2s），向水塔供水，5s后若頁(yè)面低于下限位，注水發(fā)生故障，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，否則正常供水。當(dāng)水面高于限位開關(guān)S5時(shí)，電機(jī)由三角行運(yùn)行變?yōu)樾切芜\(yùn)行方式，注水速度降低（便于最后的制動(dòng)），當(dāng)水池的液位超過水池上限S3時(shí)，水池上限指示燈亮，進(jìn)水閥Y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，則水塔下限指示燈亮，水泵繼續(xù)工作，在抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示

27、燈亮，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，水池上限指示燈滅。此次給水塔供水完成。當(dāng)水塔水位低于下限水位S2，同時(shí)水池水位也低于下限水位S4時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。當(dāng)水塔水位低于下限位S2時(shí)，出水閥Q不能打開。S1故障時(shí)，水塔水位接近溢出，觸發(fā)溢出開關(guān)S6，系統(tǒng)報(bào)警，切斷電機(jī)開關(guān)，停止注水。故障時(shí)，可以手動(dòng)控制電機(jī)注水。第三章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 為實(shí)現(xiàn)第二章中設(shè)計(jì)的方案要求，對(duì)水塔水位控制裝置設(shè)計(jì)如圖2.1所示。3.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖3.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 水泵啟動(dòng)工作：當(dāng)收到PLC的啟動(dòng)水泵指令后

28、，線圈KM1、KM2中有電流流過，KM1和KM2的主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)低速啟動(dòng)（星啟），當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)經(jīng)過2s后，PLC控制KM3線圈得電，使KM3主觸點(diǎn)閉合;同時(shí)控制KM2線圈失電，使KM2主觸點(diǎn)斷開，使電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)（角轉(zhuǎn)）。 水泵停止工作：當(dāng)收到PLC的停止水泵指令后，線圈KM1、KM2、KM3中無(wú)電流流過，KM、KM2、KM3的主觸點(diǎn)斷開，電機(jī)停止工作。 FU：熔斷器，當(dāng)通過熔斷器的電流超過一定數(shù)值并經(jīng)過一定的時(shí)間后，電流在熔體上產(chǎn)生的熱量使熔體某處熔化而切斷電路，從而保護(hù)電路和設(shè)備。熔體的額定電流（1.52.5），為電動(dòng)機(jī)額定電流。3.3 水泵電機(jī)的選擇 由于本次設(shè)計(jì)選用的水泵電機(jī)功率較大，初

29、始運(yùn)行時(shí)的啟動(dòng)電流過大，故主電路中采用星-角變換減壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的繞組接成星形，進(jìn)而限制啟動(dòng)電流，當(dāng)反映啟動(dòng)過程結(jié)束的定時(shí)器發(fā)出指令再后將電機(jī)的繞組改接成三角形聯(lián)結(jié)實(shí)現(xiàn)全壓工作。 一般的水塔供水系統(tǒng)中水塔高度都在30米以上，所用水泵電機(jī)在向水池抽水時(shí)消耗的能量較大，為了保證水泵能可靠、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，故綜合考慮后將水泵電機(jī)額定功率選為11KW，型號(hào)為Y2-160L-6，其重要參數(shù)有額定電流為24.23A，額定轉(zhuǎn)速為970r/min。水泵揚(yáng)程為40米，流量為35立方米/小時(shí)。3.4 水位傳感器的選擇 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求所選傳感器要求在水面和水底都可以使用，且要考慮到對(duì)水質(zhì)的影響，所以選擇超聲

30、波液位傳感器U9ULS系列的 U9ULS10/100系列。U9ULS系列超聲波液位傳感器開關(guān)使用范圍非常廣。具有焊接的不銹鋼傳感器探頭，沒有縫隙不會(huì)泄露，另外沒有易損的活動(dòng)部件，它不會(huì)受溫度、壓力、密度和液體類型等參數(shù)的影響。在大多數(shù)情況下，電子設(shè)備放在鑄鋁的，NEMA 4/NEMA 7防爆且防水的殼體中。U9ULS具有以下特點(diǎn)：可應(yīng)用于多種液體中 可承受高達(dá)1000psi的壓力不受氣泡、蒸汽、雜質(zhì)后湍流等因素的影響長(zhǎng)度達(dá)121in(303.3cm)可安裝在側(cè)面、頂部或底部工作原理：U9ULS系列是給予超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)被嚴(yán)重衰減相反地，如果在液體中傳播時(shí)，超聲波的傳

31、播會(huì)被大大增強(qiáng)。電子控制單元發(fā)出一系列的電信號(hào)，傳感器將其轉(zhuǎn)化為超聲能量脈沖，并在被探測(cè)區(qū)內(nèi)傳播。當(dāng)另一端街道有效信號(hào)時(shí)，就發(fā)出數(shù)據(jù)有效的信號(hào)，表明有液體存在。這個(gè)信號(hào)輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。U9ULS100系列產(chǎn)品具有性能優(yōu)異的傳感器探頭，可在溫度為300F和壓力為1000PSI的情況下良好的工作。U9ULS10系列產(chǎn)品為更靠近池底，將頂端的探頭設(shè)計(jì)成缺口形狀?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)成小型，密封的結(jié)構(gòu)，可安裝在遠(yuǎn)程的控制地點(diǎn)。特點(diǎn)：10A的繼電器輸出115/230V AC，12V DC或24V DC輸入高增益，無(wú)需效準(zhǔn)，工作溫度可達(dá)300 長(zhǎng)度可達(dá)151.5CM3.5 可編程序控制器的選擇本次課程設(shè)計(jì)選取三菱-48MR型可編程序控制器。輸入輸出各24點(diǎn)滿足要求。3.6 PLC I/O口分配 輸入輸出部分如表1所示。輸入部分名稱PLC接口 注釋SB1X000啟動(dòng)SB2X005停止SB3X006出水閥開關(guān)SB4X011水泵手動(dòng)操作SB5X012進(jìn)水閥手動(dòng)操作SQ1X001水塔上限位SQ2X002水塔下限位SQ3X003水池上限位SQ4X004水池下限位SQ5X007水塔注水變速限位開關(guān)SQ6X010水塔溢出報(bào)警開關(guān)