基于西門子S7-200的水塔水位控制模擬.doc

電氣與信息工程學(xué)院PLC課程設(shè)計說明書電氣與信息工程學(xué)院 PLC 課程設(shè)計說明書題目： 水塔水位控制模擬 作 者： 沈 韜 組 員： 沈鑫睿 專業(yè)班級： 14電氣本（1）班 指導(dǎo)教師： 郁 煒 職稱： 副教授 2017年 1 月 19 日II摘 要在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和控制。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。而水位檢測可以有多種實現(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，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報警信息顯示、實時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：水位控制；西門子PLC S7-200；水塔；水池 AbstractIn the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. Water level control in the daily life of a wide range of applications, such as water towers, groundwater, hydropower stations in the case of water level control. The water level detection can have a variety of ways to achieve, such as mechanical control, logic circuit control, electromechanical control. This article uses the PLC to carry on the main control, installs in the water tank an automatic measure water level installment. The use of water conductivity continuously around the clock to measure the water level changes, the measured water level changes into the corresponding electrical signal, the MCGS console application software to receive the signal processing data to complete the corresponding water level display, Fault alarm information display, real-time curve and historical curve display, so that the water level to maintain the appropriate location.Keywords: Water level control; Siemens PLC S7-200; Water tower; Pool 目 錄第1章 概述11.1 PLC及西門子S7-200系列PLC介紹11.2水塔水位基本介紹1第2章 PLC硬件設(shè)計22.1系統(tǒng)描述22.2 控制要求22.2.1控制要求描述22.2.2水塔水位示意圖22.2.3水塔水位系統(tǒng)控制電路32.3 輸入/輸出分配42.3.1列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表42.3.2 水塔水位系統(tǒng)的輸入/輸出設(shè)備4第3章 PLC軟件設(shè)計53.1 工作過程53.2 程序流程圖53.3 梯形圖7第4章 水塔水位PLC模擬實物設(shè)計8致謝11參考文獻(xiàn)12第1章 概述1.1 PLC及西門子S7-200系列PLC介紹20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器1。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC）。20世紀(jì)70年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算2、PID功能3及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀(jì)80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力4、數(shù)字運算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。西門子S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。西門子S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測5，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械3，中央空調(diào)6，電梯控制，運動系統(tǒng)。1.2水塔水位基本介紹水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)7，傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制位粗放式的，基本沒有水泵的合理控制，且多數(shù)為人力控制，工作強度大、危險。所以除了浪費電能外，還造成了人員的浪費。采用新型PLC控制水位的方式與過去的舊式控制相比在運行的經(jīng)濟(jì)性8、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢，特別是在提倡低碳的當(dāng)下，有著優(yōu)良的節(jié)能效果，且由于PLC強大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水建設(shè)的發(fā)展需要。第2章 PLC硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)描述隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷提高，社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對控制系統(tǒng)的靈敏度、節(jié)能性、易操作性等方面要求日益提高。居民及工廠供水又是一件極為重要的工作，傳統(tǒng)的水塔水位控制方式已經(jīng)不足以滿足今天的要求，所以新的方式是適應(yīng)時代要求的。以下便是PLC控制水塔水位的基本描述：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，當(dāng)執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，電磁閥Y打開，開始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過8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)就會自動報警。若8秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了。系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵M開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超過水塔上限，但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，此次給水塔供水完成。2.2 控制要求2.2.1控制要求描述1）當(dāng)水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進(jìn)水（Y為ON）定時器開始定時；2）閥Y打開4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進(jìn)水，出現(xiàn)故障；3）S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)S4為OFF時，且水塔水位低于水塔低水位界時S2為ON，電機(jī)M運轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時電機(jī)M停止。2.2.2水塔水位示意圖如下圖2.1，是水塔水位及控制的模擬版式圖，可以簡易地看到水塔的工作原理。圖2.1 水塔水位控制2.2.3水塔水位系統(tǒng)控制電路如下圖2.2，是水塔水位控制的主電路，可以清楚的顯示主電路的運行原理。圖2.2水塔水位系統(tǒng)控制主電路圖2.3 輸入/輸出分配2.3.1列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表水塔水位系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入輸出I0.0水塔上限液位開關(guān)S1Q0.0水泵MI0.1水塔下限液位開關(guān)S2Q0.1電磁閥YI0.2水池上限液位開關(guān)I0.3水池下限液位開關(guān)2.3.2 水塔水位系統(tǒng)的輸入/輸出設(shè)備這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有5個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點書有8個，輸入、輸出觸點數(shù)共有13個，只需選用一般中小型控制器即可。據(jù)此，可以對輸入、輸出點作出地址分配，水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如下：圖2.3 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖第3章 PLC軟件設(shè)計3.1 工作過程設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時，電磁閥打開，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過4S，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)就會自動報警。若4S只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈a1滅。此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，電機(jī)M開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈a2，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈a3滅，電機(jī)M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿是，水塔也未超過水塔上限，水塔上限指示燈a4滅，但剛剛給水塔供水的時候，電機(jī)M已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈a2良。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)計要求控制流程圖如下圖3.1：結(jié)束水池低于下限S4？否是電磁閥Y打開Y報警是4s后水池高于下限S4？是水塔水位低于下限S2？水池繼續(xù)進(jìn)水水池水位高于上限S3電磁閥關(guān)閉電機(jī)M啟動，供水是水塔水位高于上限S1水塔水位低于下限S2水泵停止開始圖3.1 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖3.3 梯形圖根據(jù)程序流程圖設(shè)計的梯形圖如下圖3.2：圖3.2 程序流程圖設(shè)計的梯形圖第4章 水塔水位PLC模擬實物設(shè)計我們經(jīng)過實際的測試發(fā)現(xiàn)PLC的S7-200軟件編程達(dá)到了課程設(shè)計所需要的實際要求，符合實際運用時的要求。整體實際實驗結(jié)果如下圖：輸入及輸出實驗結(jié)果如下圖：12致謝通過這次課程設(shè)計，讓我更加深刻了解課本知識，和以往對知識的疏忽得以補充，在設(shè)計過程中遇到一些模糊的公式和專業(yè)用語，比如說經(jīng)濟(jì)刮板運輸機(jī)及皮帶運輸?shù)倪x擇，在選擇選擇刮板皮帶運輸選型時，在使用手冊時，有的數(shù)據(jù)很難查出，但是這些問題經(jīng)過這次設(shè)計，都一一得以解決，我相信這本書中還有很多我為搞清楚的問題，但是這次的課程設(shè)計給我相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)知識，為我以后工作打下了嚴(yán)實的基礎(chǔ)。雖然這次課程是那么短暫的1周時間，我感覺到這些天我的所學(xué)勝過我這一學(xué)期所學(xué)，這次任務(wù)原則上是設(shè)計，其實就是一次大的作業(yè)，是讓我對課本知識的鞏固和對基本公式的熟悉和應(yīng)用，計算力學(xué)和運動學(xué)及預(yù)選電動機(jī)過程中的那些繁瑣的數(shù)據(jù)，使我做事的耐心和仔細(xì)程度得以提高。課程設(shè)計是培訓(xùn)學(xué)生運用本專業(yè)所學(xué)的理論知識和專業(yè)知識來分析解決實際問題的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是對三年所學(xué)知識的復(fù)習(xí)和鞏固。同樣，也促使了同學(xué)們的相互探討，相互學(xué)習(xí)。因此，我們必須認(rèn)真、謹(jǐn)慎、踏實、一步一步的完成設(shè)計。如果時間可以重來，我可能會認(rèn)真的去學(xué)習(xí)和研究，也可能會自己獨立的完成一個項目，我相信無論是誰看到自己做出的成果時心里一定會很興奮。此次設(shè)計讓我明白了一個很深刻的道理：團(tuán)隊精神固然很重要，擔(dān)人往往還是要靠自己的努力，自己親身去經(jīng)歷，這樣自己的心里才會踏實，學(xué)到的東西才會更多。課程設(shè)計是一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運用工具書的能力，把我們所學(xué)的課本知識與實踐結(jié)合起來，起到溫故而知新的作用。課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門設(shè)計課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。在課程設(shè)計過程中。我們要比較系統(tǒng)的了解礦井運輸提升的設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)，包括從總體設(shè)計原則，本次設(shè)計綜合三年所學(xué)的專業(yè)課程，以設(shè)計任務(wù)書的指導(dǎo)思想為中心，參照有關(guān)資料，有計劃有頭緒、有邏輯地把這次設(shè)計搞好！總之，這次課程設(shè)計使我收獲很多、學(xué)會很多、比以往更有耐心很多。感謝學(xué)校及老師給我們這次課程設(shè)計的機(jī)會，最真摯的感謝我們的輔導(dǎo)老師，在設(shè)計過程中，老師精心的輔導(dǎo)和不厭其煩地的態(tài)度才使得我們以順利的完成這次設(shè)計，他那無私的奉獻(xiàn)的精神照耀著