基于PLC控制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2010 2011學(xué)年第 一 學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)課題名稱： 基于PLC控制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2010.09.212011.01.10 系 部： 電子信息工程系 班 級(jí)： 0802電氣技術(shù) 姓 名： 指導(dǎo)教師： 講師 總目錄第一部分 任務(wù)書 第二部分 開題報(bào)告 第三部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 一 部 分任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書系 部電子信息工程系指導(dǎo)教師職稱講師學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)題目基于PLC控制系統(tǒng)的水塔水位設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容目標(biāo)和要求一、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和目標(biāo)：1、應(yīng)用S7-300 PLC控制水塔水位系統(tǒng)的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過控制S7300 PL

2、C的定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn)水塔水位控制的運(yùn)行。2、本次畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：（1）通過對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握PLC的編程和程序調(diào)試方法；（2）進(jìn)一步熟悉PLC的I/O連接；（3）熟悉水塔水位等類似邏輯的工程實(shí)際的編程方法。 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求：1、提出選題的初步設(shè)想和研究目的；2、完成輸入和輸出分析；3、完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件組態(tài)和I/0分配表； 4、完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)梯形圖控制程序設(shè)計(jì)； 5、完成程序調(diào)試；6、完成WinCC畫面調(diào)試；7、根據(jù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)、編程、工作過程，形成符合學(xué)校規(guī)定的畢業(yè)設(shè)計(jì)書面文檔。教研室審核系部審核第 二 部 分開題報(bào)告 電子信息工程 系11屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書

3、（表1）學(xué)生姓名專業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)電氣技術(shù)學(xué)號(hào)題 目基于PLC水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師職稱講師學(xué) 位學(xué)士題目類別 工程設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)研究 應(yīng)用研究 其它【課題的內(nèi)容與要求】本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容是應(yīng)用S7-300 PLC控制水塔水位系統(tǒng)的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序設(shè)計(jì)。通過控制S7300 PLC的定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn)水塔水位的升降。要求：（1）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)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，電磁閥打開，開始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過4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。若4秒之后水池液位按預(yù)定的超過

4、水池下限位，說明系統(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)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水。（2）當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈A2滅，電磁閥就關(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A3滅，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈A4滅，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A2亮。此次給水塔供水完成?！厩把浴侩S著科技的飛速發(fā)展，無論在日常生活中，還是在工農(nóng)

5、業(yè)發(fā)展中，PLC具有廣泛的應(yīng)用。PLC的一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。PLC總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)?！痉桨傅谋容^與評(píng)價(jià)】PLC的應(yīng)用大大地減少了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)力。同時(shí)，PLC方便了工廠管理和工人的操作，提高了經(jīng)濟(jì)效益。采用PLC控制系統(tǒng)以后，提高了自動(dòng)控制的可靠性。當(dāng)PLC存在故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警并顯示故障原因，安全性能較好，便于維修?！绢A(yù)期的效果及指標(biāo)】通過STEP7仿真軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)所有的控制任務(wù)。能建立WINCC畫面模擬監(jiān)控

6、，可以看到水位調(diào)控的的過程，達(dá)到任務(wù)的要求。指標(biāo)：系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試后，能穩(wěn)定正常工作，在故障狀態(tài)能發(fā)出報(bào)警。通過Wincc畫面，能控制、監(jiān)控系統(tǒng)工作全過程，系統(tǒng)報(bào)警在Wincc畫面能準(zhǔn)確及時(shí)反應(yīng)?！具M(jìn)度安排】2010 年 9 月21 日 - 2010 年9 月30 日 選題、調(diào)研、收集資料2010 年10 月8 日 - 2010 年10 月15 日 論證、開題2010 年10 月16 日 - 2010 年11 月30 日 設(shè)計(jì)（寫作初稿）2010 年12 月1 日 - 2011 年1 月10 日 修改、定稿、打印【參考文獻(xiàn)】1胡學(xué)林.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京.電子工業(yè)出版社，2007.2胡學(xué)林

7、.可編程控制器教程（提高篇）.北京.電子工業(yè)出版社，2005.3汪志峰.可編程控制器原理及應(yīng)用.西安.電子科技大學(xué)出版社，2004.4廖常初.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù).北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2005.【指導(dǎo)教師意見】（有針對(duì)性地說明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋┩馓峤婚_題論證 修改后提交 不同意提交（請(qǐng)說明理由）指導(dǎo)教師簽章： 年 月 日 【系部意見】同意指導(dǎo)教師意見 不同意指導(dǎo)教師意見（請(qǐng)說明理由） 其它（請(qǐng)說明）系（部）主任簽章： 年 月 日第 三 部 分畢業(yè)設(shè)計(jì)正文基于PLC控制系統(tǒng)控制的水塔水位摘 要 隨著科技的發(fā)展，無論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中，PLC具有廣泛的應(yīng)

8、用。PLC的一般特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。PLC總的發(fā)展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網(wǎng)能力強(qiáng)。本水塔水位控制系統(tǒng)采用PLC為控制核心，具備開啟和全部停止功能，這是一種PLC控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。應(yīng)用此控制系統(tǒng)能顯著提高勞動(dòng)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。關(guān)鍵詞 高集成度 通信組網(wǎng) 水塔水位 PLCBased on PLC control system control towers water levelAbstract：With technological development, b

9、oth in daily life, or the industrial and agricultural development, plc have wide application. PLC general features: strong anti-jamming capability, high reliability, programming is simple and convenient, easy operation and maintenance convenience, design, construction, commissioning period is short,

10、 easy to realize the electromechanical integration. PLC general development trend is: high function, high speed, high level of integration, large capacity, small volume, low cost, communication networking capability is strong. This water tower water level control system adopts PLC as control core, w

11、ith open and full stop functions，this is a kind of PLC automatic adjustment of the control system. Application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduces labor intensity. Key words：The high level of Integration communication networking towers Water level PLC目 錄專

12、心-專注-專業(yè)第1章 緒 論1.1 可編程控制器可編程控制器（Programmable Controller）,也稱可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），是以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，簡稱PC，為了避免與個(gè)人電腦（也簡稱為PC）相混淆，通常將可編程控制器簡稱為PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生與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有上百年的歷史，它是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。此種控制系統(tǒng)布局固定，按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間、條件、順序工作。對(duì)于工作

13、模式固定、要求比較簡單的場合非常適用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，控制柜內(nèi)的物件和接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長，費(fèi)用高，用戶改造時(shí)寧愿扔掉舊控制柜，另作一個(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，市場競爭激烈，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足市場需要，此問題首先被美國通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的多樣性的需求，公開對(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

14、是著名的GM10條，即編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。維護(hù)方便，最好是插件式。可靠性高于繼電器控制柜。體積小于繼電器控制柜?？蓪?shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。在成本上可與繼電器控制柜競爭。輸入可以是交流115V。輸出可以是交流115V、2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更。用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展4KB。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、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接

15、線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在編程上發(fā)費(fèi)大量的精力，只需集中精力去考慮如何操作并發(fā)揮該裝置的功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，是控制系統(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)用于各工業(yè)領(lǐng)域。1969年，第一臺(tái)可編程控制器PDP-14由美國數(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，但是隨著

16、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90年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(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CAD/CAM）中躍居首位。我國在80年代初才開始使用PLC，目前從國外引進(jìn)的PLC使用較為普遍的有日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。1.2 可編程控制器使用前景可編程控制器是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、存儲(chǔ)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

17、作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大增強(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。 在改革開放最初幾年，我國工業(yè)生產(chǎn)還處于手動(dòng)操作階段，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)發(fā)展緩慢。而國際工業(yè)發(fā)展都處于自動(dòng)化向高度自動(dòng)化水平前進(jìn)，生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平也隨之提升快。我國正處于工業(yè)發(fā)展階段，工業(yè)生產(chǎn)水平急需提高，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)對(duì)提高我國的工業(yè)自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。1.3 PLC的發(fā)展雖然PLC問世時(shí)間不長，但

18、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)展過程大致可分三個(gè)階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC多少有點(diǎn)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。它在硬件上以準(zhǔn)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)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(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，采用廣大電氣工程技術(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

19、括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國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)。這樣，使PLC得功能大大增強(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關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、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得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入80年代

20、中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。1.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖1-1所示：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)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，

21、首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將圖1-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(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)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。PLC常用的存儲(chǔ)器類型RAM （Random Assess Me

22、mory） 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。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。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(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。PLC存儲(chǔ)空間的分配雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)

23、域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)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）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的性能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。I/O映象區(qū)：由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要一定數(shù)量的存

24、儲(chǔ)單元(RAM)以存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit）。因此整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng)PLC斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。

25、所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序。此程序由使用者通過編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。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能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出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)

26、換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的控制信號(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。這些模塊又分直流和交流、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)有輸入接線端子排，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)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離開來，以提高PLC的抗千擾能力。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量

27、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)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與PLC的1/0總線掛接。模擬量輸出模塊D/A轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0一5伏和O一10伏兩種，模擬電流主要是0一ZomA和4一ZomA兩種。另外還有。一somV，o一IV、一5一+SV、一10一+10V，o一10mA等。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成8位、

28、10位或12位的二制數(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

29、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型:便攜式編程器(也叫簡易編程器);圖形編程器;用于IBM一PC及其兼容機(jī)的編程器。便于攜帶的特點(diǎn)，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等

30、。使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。用于IBM一PC及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可

31、以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號(hào)的PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而很多小

32、型機(jī)僅有10來點(diǎn)，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入/輸出模板，模擬輸入/輸出模板，熱電阻、電偶擴(kuò)展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。用擴(kuò)展模板來擴(kuò)展系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點(diǎn)用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì)PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開支，減少不必要的投資。當(dāng)己運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或

33、擴(kuò)充時(shí)，PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。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?？紤]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

34、下（無模擬量）； 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。1.5 PLC的控制原理最初研制生產(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。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。PLC

35、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。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

36、。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。如圖1-2所示：圖1-2 PLC掃描周期圖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。 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

37、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。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，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)

38、排在其上面的程序起作用。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。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。如圖1-3所示圖1-3 PLC掃描周期示意圖1.6 PLC的特點(diǎn)一、高可靠性所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。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.各模塊均采用屏蔽措施，

39、以防止輻射干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。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。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PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(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。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(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；控制閥等直接連接。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

40、，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，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

41、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。第2章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)2.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求水塔水位控制裝置如圖2-1所示： 圖2-1 水塔水位控制裝置圖水塔水位的工作方式當(dāng)水池液位低于下限液位開關(guān)S1，S1此時(shí)為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當(dāng)4S以后，若水池液位沒有超過水池下限液位開關(guān)時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池下限液位開關(guān)S4為OFF,表示水位高于下限水位。當(dāng)水位液面高于上限水位，則S2為ON，電磁閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限水位開關(guān)S3為ON，水泵開始工作，向水塔供水

42、，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時(shí)，則水塔上限水位開關(guān)S4為OFF，水泵停止。當(dāng)水塔水位低于下限水位，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。2.2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路水塔水位控制系統(tǒng)主電路如圖2-2所示：圖2-2 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖2.3 I/O接口分配2.3.1 列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表。表2-1 水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入信號(hào)輸入變量名輸出信號(hào)輸出變量名I0.0啟動(dòng)開關(guān)Q4.0水閥M1I0.1停止開關(guān)Q4.1水泵M2I0.2水池下限位Q4.2水池下限指示燈A1I0.3水池上限位Q4.3

43、水池水位報(bào)警指示燈A2I0.4水塔下限位Q4.4水池上限指示燈A3I0.5水塔上限位Q4.5水塔下限指示燈A4Q4.6水塔水位報(bào)警指示燈A5Q4.7水塔上限指示燈A62.3.2 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備這是一個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有6個(gè)開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)數(shù)有8個(gè)，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有14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。第3章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)3.1 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，如圖3-1所示： 圖3-1 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖這種分時(shí)操作的過程稱為CPU對(duì)程序

44、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，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始。根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)的梯形圖程序如圖3-2所示。3.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，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)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡

45、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。梯形圖編程的一般規(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

46、儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“1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

47、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)行一個(gè)操作。3.2.1 工作過程設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個(gè)液位指示燈全滅。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)，水閥打開，開始往水池里進(jìn)水；如果進(jìn)水超過4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，水池報(bào)警燈A2亮。若4秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位

48、，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈A1亮，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水；如果進(jìn)水超過4秒，而水塔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，水塔報(bào)警燈A5亮。當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈A3亮，水閥就關(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A4亮，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈A6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

49、A3滅。此次給水塔供水完成。3.2.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖，如圖3-2所示：圖3-2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖（1）啟停程序：圖3-3 啟停程序梯形圖（2）水閥控制程序：圖3-4 水閥控制程序梯形圖（3）水池下限水位指示程序：圖3-5 水池下限水位指示程序梯形圖（4）水池水位報(bào)警程序：圖3-6 水池水位報(bào)警程序梯形圖（5）水池水位上限指示程序：圖3-7 水池水位上限指示程序梯形圖（6）水泵啟?？刂瞥绦颍簣D3-8 水泵啟?？刂瞥绦蛱菪螆D（7）水塔水位下限指示程序：圖3-9 水塔水位下限指示程序梯形圖（8）水塔水位報(bào)警程序：圖3-10 水塔水位報(bào)警程序梯形圖（9）水塔水位上

50、限指示程序：圖3-11 水塔水位上限指示程序梯形圖第4章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)4.1 組態(tài)軟件概述“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系（簡稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地

51、位。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，HumanMachineInterface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需

52、求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。4.2 組態(tài)軟件在我國的發(fā)展組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進(jìn)入我國。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國的應(yīng)用并不普及。究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：（1）國內(nèi)用戶還缺乏對(duì)組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí)，項(xiàng)目中沒有組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍?duì)具體項(xiàng)目做長周期的繁

53、冗的上位機(jī)的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件； （2）在很長時(shí)間里，國內(nèi)用戶的軟件意識(shí)還不強(qiáng)，面對(duì)價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購買正版。 （3）當(dāng)時(shí)國內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對(duì)大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，人們逐漸意識(shí)到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方式。對(duì)項(xiàng)目來說是費(fèi)時(shí)費(fèi)力、得不償失的，同時(shí)，MIS（管理信息系統(tǒng)，ManagementInformationSystem）和CIMS（集成制造系統(tǒng)，C

54、omputerIntegratedManufacturingSystem）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。4.3 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運(yùn)行于32位Windows平臺(tái)的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并且對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術(shù)上說，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及PC技術(shù)發(fā)展的趨勢，可以看出組態(tài)軟件未來發(fā)展的方向。4.4 建立WINCC組態(tài)畫面4.4.1 WINCC組態(tài)畫面打開WINCC組態(tài)軟件，新建單用戶項(xiàng)目，然后進(jìn)入圖形編輯管理器，建立WINCC組態(tài)畫面，如圖4-1所示。圖4-1 WINCC組態(tài)畫面4.4.2 畫面演示啟動(dòng)仿真，運(yùn)行WINCC組態(tài)畫面。點(diǎn)擊“啟動(dòng)按鈕”，“水閥”動(dòng)作，如圖4-2所示和圖4-3所示：圖4-2 啟動(dòng)初始WINCC畫面圖4-3 啟動(dòng)初始仿真畫面4秒后，若“水池低水位指示”信號(hào)未輸入，則“水池低水位”報(bào)警燈報(bào)警，如圖