畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）針對雙液位控制并且基于PLC組態(tài)王的軟件

1、第1章 緒論1.1 課題來源本課題來源于科研。隨著城市化的發(fā)展以及現(xiàn)代科學(xué)的快速進(jìn)步導(dǎo)致現(xiàn)代人們對生活質(zhì)量的要求越來越大，在工廠工業(yè)生產(chǎn)的過程中的油料、冷卻水、調(diào)速油、油類加工、液態(tài)燃料的供應(yīng)、廢棄油量的凈化等加工和傳輸?shù)葓龊铣Ｐ枰獙θ萜髦幸何贿M(jìn)行有效可靠的監(jiān)控與及時(shí)控制，如果不能按之前設(shè)定的讓液體循環(huán)就不能讓整個(gè)機(jī)組能夠正常運(yùn)行。所以，我們的課題針對雙液位控制并且基于plc組態(tài)王的軟件來操作。1.2 研究目的與意義隨著科學(xué)的進(jìn)步，現(xiàn)在技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)、自動控制理論的快速發(fā)展并向工業(yè)建筑行業(yè)的滲透與融合，現(xiàn)在的人類面對在享受生活和提高工作環(huán)境的要求也在漸漸提高，所以

2、全自動的控制系統(tǒng)的應(yīng)用就發(fā)展開來。近年來，在工廠里的雙容量控制已經(jīng)成為了時(shí)下的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。可是在現(xiàn)代的工業(yè)自動控制系統(tǒng)設(shè)備中具有相對明顯延后性并且在控制過程中也是時(shí)變得。在工業(yè)生產(chǎn)與傳輸質(zhì)量或能量的過程中，存在著各種各樣的阻力和容積構(gòu)成的多容對象。在現(xiàn)實(shí)中含有大量的分散性質(zhì)，類似被不同的阻隔和容量相分隔一樣。顯示生產(chǎn)中的大多是被控不同容量和阻力的的相隔離類似。實(shí)際生產(chǎn)過程中的大多數(shù)被控對象就像好多由多數(shù)阻隔和容量構(gòu)成構(gòu)成的多容對象一樣。生產(chǎn)中的由兩類串聯(lián)的單容的對象的組成的雙容對象就非常的明顯。為此，我設(shè)計(jì)一種基于plc與組態(tài)技術(shù)的雙容量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用歐姆龍plc與組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，

3、不僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確的實(shí)時(shí)監(jiān)控并且及時(shí)控制，而且構(gòu)造簡單，施工成本相對低廉，性價(jià)比較高，具有較好的應(yīng)用前景。在我們自動化專業(yè)的教學(xué)任務(wù)中最重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)就是畢業(yè)設(shè)計(jì)。它的教學(xué)的任務(wù)就是加強(qiáng)學(xué)生的知識聯(lián)系到實(shí)際操作中去，提高運(yùn)用之前所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論專業(yè)的知識，加大解決現(xiàn)實(shí)的問題和提高我們分析實(shí)際現(xiàn)象的能力，加強(qiáng)我們獨(dú)立研究單項(xiàng)設(shè)計(jì)的能力。在老師的知道培訓(xùn)下，通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)必須達(dá)到上述目的。我實(shí)際操作中是通過在本設(shè)計(jì)中能夠具體獨(dú)立利用本專業(yè)的自動化的專業(yè)基礎(chǔ)的知識然后結(jié)合kingview6.52組態(tài)王軟件應(yīng)用等知識設(shè)計(jì)基于組態(tài)王監(jiān)控軟件的雙容量的控制系統(tǒng)的自動控制來體現(xiàn)上述目的。1.3 主要研究內(nèi)

4、容雙容量的液位系統(tǒng)的控制是一種基于組態(tài)軟件與plc的液位控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用組態(tài)的軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真，在能實(shí)現(xiàn)精確的基本上全面實(shí)現(xiàn)自動控制，構(gòu)造簡單并且成本還比較低廉，然后還具有非常有前景發(fā)展趨勢。雙容量的自動控制的實(shí)現(xiàn)可大大減輕工廠的成本，提高能源利用率，減少人力，物力和財(cái)力，有相對較少的能源的浪費(fèi)，是建筑智能的標(biāo)志。1.4 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀目前的國內(nèi)水箱液位控制是工廠設(shè)計(jì)的重要部分，一般在汽車廠、發(fā)電站、污水凈化站蓄水庫等需要監(jiān)控液位的地方，目前只是依靠以往的自動化經(jīng)驗(yàn)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。控制方法有pid比例積分微分控制、基于線性模型控制系統(tǒng)，大多數(shù)是在工作點(diǎn)附近線性化以后再加以控制4。針對

5、雙容水箱普遍存在容積延遲問題和傳統(tǒng)pid比例積分微分的單回路控制難于達(dá)到控制要求的特點(diǎn)，提出了基于組態(tài)王和可編程控制器的雙容液位控制系統(tǒng)。液位對象一般具有時(shí)變、非線性、大慣性特點(diǎn)，控制系統(tǒng)一般采用常規(guī)pid控制，由于參數(shù)固定pid控制難以保證系統(tǒng)適應(yīng)工作條件的變化。經(jīng)過30多年的發(fā)展，plc已十分成熟與完善，在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，應(yīng)用情況大致可歸納如以下幾類：（1）開關(guān)量的邏輯控制。它們都是plc的自動控制器比較基礎(chǔ)和比較廣泛的領(lǐng)域，這些不僅代替了一些傳統(tǒng)的設(shè)備電路，完成了基本的控制龍脊，控制順序，還能應(yīng)用在個(gè)

6、體機(jī)器設(shè)備上，還能用在其它串聯(lián)在一起的多機(jī)群控和自動控制流水線上9。（2）模擬量控制。現(xiàn)在大多數(shù)工廠作業(yè)中，很多非數(shù)字化變化的量，比如溫度控制、壓力控制和流量控制這些都是模擬量。我們因?yàn)橄胧筽lc控制的程序能處理模擬量，所以就得完成模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)化，就是我們經(jīng)常所學(xué)的a/d，d/a轉(zhuǎn)換。（3）運(yùn)動控制。plc的可編程器現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用圓周和直線的運(yùn)動上。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器

7、人、電梯等場合5。（4）過程控制。過程控制系統(tǒng)包括溫度和壓力還有流量等一些模擬控制量的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因?yàn)榭刂乒I(yè)設(shè)備,可編程的控制系統(tǒng)能夠編寫多種程序控制設(shè)備,完成閉環(huán)控制。伴隨著現(xiàn)代化的進(jìn)步,現(xiàn)在一些比較新的控制系統(tǒng)已經(jīng)用新的標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)的軟件平臺和硬件平臺來組成的集成串級系統(tǒng)來代替我們之前應(yīng)用的封閉環(huán),現(xiàn)在的過程控制有較強(qiáng)的適應(yīng)性,較好的開放性,外部擴(kuò)展方便,經(jīng)濟(jì)和開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)6。1.5 國外發(fā)展現(xiàn)狀1.在時(shí)間發(fā)展到20世紀(jì)的70年代后來的時(shí)候，可編程控制的操作系統(tǒng)就已經(jīng)進(jìn)入能夠在實(shí)際中應(yīng)用的發(fā)展的時(shí)間段，pc電腦的技術(shù)發(fā)展也已經(jīng)發(fā)展到全面引入的可編程控制器件的操作系統(tǒng)中中，這樣的發(fā)展

8、能夠讓它們在實(shí)際的功能發(fā)生了很大的跳躍。比較快速運(yùn)算效率、體積更加小巧、更加方便可靠實(shí)現(xiàn)工業(yè)抵抗的干擾操作、還能模擬量的數(shù)據(jù)的運(yùn)算、比例積分微分的功能和它極高的性價(jià)比也能奠定了自動控制在現(xiàn)代工業(yè)中的地位，舉足輕重的地位。當(dāng)時(shí)間發(fā)展到20世紀(jì)第80年的時(shí)候，可編程控制操作系統(tǒng)在世界先進(jìn)的工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中就已經(jīng)獲得比較廣泛的應(yīng)用。在這個(gè)時(shí)候可編程控制器的發(fā)展的最大的特性就是規(guī)模大、速度快、性能強(qiáng)大、產(chǎn)品系列化。發(fā)展到這個(gè)階段的另一個(gè)突出的特性是世界上的生產(chǎn)的可編程控制器的國家也逐漸增多，其生產(chǎn)的數(shù)量更是日益增多。明顯這就標(biāo)志著我們的可編程控制器已步入成熟階段1。 德國一家自動化公司研制的雙容水箱系

9、統(tǒng)是著名的智能實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一，在國外很多大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室都已得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)也有包括清華大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林大學(xué)等高校引進(jìn)了該公司研制的雙容水箱過程控制實(shí)驗(yàn)裝置。但是，由于該雙容水箱系統(tǒng)價(jià)格太高，給購置這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶來很多困難。也正是受其高價(jià)格的限制給基于雙容水箱系統(tǒng)的算法研究和仿真帶來了困難。液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中，對液位的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，以保證質(zhì)量和生產(chǎn)安全，使生產(chǎn)自動進(jìn)行下去。液位過程參數(shù)的變化不但受到過程內(nèi)部條件的影響，也受外界條件的影響，而且影響生產(chǎn)過程的參數(shù)一般不止一個(gè)，在過程中的作用也不

10、同，這就增加了對過程參數(shù)進(jìn)行控制的復(fù)雜性，或者控制起來相當(dāng)困難，因此形成了過程控制的很多問題。以前我們所了解的一些工廠工業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中的比較廣泛的使用的電氣自動化控制系統(tǒng)就是例如繼電器-接觸器的控制系統(tǒng)。其系統(tǒng)不僅具有簡單的結(jié)構(gòu)、價(jià)格更是相對便宜、它的操作性能也比較簡易然后對待維護(hù)的技術(shù)的要求也不是很高等多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，特別適用于工作模式固定、控制要求比較簡單的場合10。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，繼電控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)變得日益突出。由于其線路復(fù)雜，系統(tǒng)的可從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的靠性難以提高且檢查和修復(fù)相當(dāng)困難。1968年，美國通用汽車公司（gm）為適應(yīng)

11、汽車工業(yè)激烈的競爭，滿足汽車型號不斷更新的要求，向制造商公開招標(biāo)，尋求一種取代傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的新的控制裝置，通用汽車公司對新型控制器提出的十大條件 1.編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； 2.維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)； 3.可靠性高于繼電接觸控制系統(tǒng)； 4.體積小于繼電接觸控制系統(tǒng)； 5.成本可與繼電器控制柜競爭；6.可將數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)； 7.輸入是交流115v(美國標(biāo)準(zhǔn)系列電壓值)；8.輸出為交流115v、2a以上，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器、小功率電機(jī)等；9.通用性強(qiáng)，能擴(kuò)展； 10.能存貯程序，存儲器容量至少能擴(kuò)展到4kb。根據(jù)上述要求，美國數(shù)字設(shè)備公司(dec)在1969年

12、首先研制出第一臺可編程控制器pdp-14，在汽車裝配線上使用，取得了成功。接著，美國modicon公司也開發(fā)出了可編程控制器08410。1971年日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出日本第一臺可編程控制器dsc-18。1973年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路，其功能基本上限于開關(guān)量邏揖控制，僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，一般稱為可編程邏輯控制器(programmablelogiccontroller,簡稱plc)。這種plc主要由中小規(guī)模集成電路和分立元件組成，在硬件設(shè)計(jì)上特

13、別注重適用于工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境的應(yīng)用，但編程需要由受過專門訓(xùn)練的人員來完成，這是第一代可編程控制器?，F(xiàn)代的plc不僅能實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯順序的控制，而且具有數(shù)字運(yùn)算、處理數(shù)據(jù)、運(yùn)動控制以及模擬量控制，還具有遠(yuǎn)程輸入輸出、通信網(wǎng)絡(luò)和圖像顯示等功能，已成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化、管理自動化的重要支柱3。1.6 研究內(nèi)容通過組態(tài)王軟件與plc相關(guān)聯(lián)形成的動態(tài)監(jiān)控是本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的，具體是通過水箱，水槽的液位傳感器檢測液位的高低，將信號傳遞給閥門與循環(huán)泵通過改變閥門的寬窄調(diào)節(jié)水流量，最終達(dá)到循環(huán)。它還能完成比較精準(zhǔn)的全自動非人為控制，并且有簡單的構(gòu)造，作業(yè)成本較低，前景廣泛。雙容量的自動控制的實(shí)現(xiàn)可大大減輕工

14、廠的成本，提高能源利用率，較少能源的浪費(fèi)，是建筑智能的標(biāo)志8。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件軟件介紹 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是通過可編程控制器編程，對雙容液位實(shí)時(shí)監(jiān)控通過編寫梯形圖，以達(dá)到循環(huán)自動控制，下面具體介紹plc的組成與特點(diǎn)。2.1 plc的組成plc是經(jīng)過繼電線路和接觸線路的相關(guān)原理來組裝的，其同等的內(nèi)部裝置及線路與繼電接觸線路基本相同。由plc定義可知，它同平常的pc電腦的結(jié)構(gòu)相似，也有中央處理單元（cpu）、儲存器（memory）、輸入/輸出（input/output）接口、電源部件及外部設(shè)備接口等。可是由于plc是專門為在工廠工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)出來的。為方便于接線、方便于擴(kuò)充功能、方便于操作及

15、維護(hù)，它的結(jié)構(gòu)又與一般pc計(jì)算機(jī)有所區(qū)別。 圖2-1 原理圖 我們常見的plc有整體式和模塊式兩類。不論哪種結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部組成都是相同相似的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。 1.cpu是plc的核心處理部分。 與電腦的cpu一樣，cpu在pc系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。其功能： （1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器； （2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； （3）診斷電源和pc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯(cuò)誤； （4）在pc進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后：a）執(zhí)行用戶程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指

16、令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟動有關(guān)的控制電路）b）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù) c）更新輸出狀態(tài)輸出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等） 2.存儲器 系統(tǒng)程序存儲器存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序）、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令、解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù)，不能由用戶直接存取。 用戶程序存儲器存放用戶程序。即用戶通過編程器輸入的用戶程序，可以由用戶直接存取。 功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）存放用戶數(shù)據(jù) p

17、c電腦的用戶存儲器通常以字（16位/字）為單位來表示存儲的容量。 注意：系統(tǒng)程序直接聯(lián)系到pc的特性，不能由用戶直接存取，所以，通常電腦產(chǎn)品資料中所設(shè)定的存儲器形式或存儲方式和它的容量，是指用戶程序存儲器而說的。 3.i/o輸入/輸出部件（i/o模塊：接口電路、i/o映像存儲器） i/o輸入/輸出部件cpu與現(xiàn)場i/o裝置或跟其他的一些外部設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)部件。plc給予了各種操作電平和驅(qū)動電路能力的輸入輸出模塊，并且各種用途的輸入輸出組件供用戶選用： 輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換 電氣的隔離 并行/串行轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)的傳送 數(shù)模，模數(shù)轉(zhuǎn)換 誤碼的校驗(yàn) 其他功能模塊i/o模塊也可與cpu處理器放在一起，并且也

18、可以做遠(yuǎn)程放置。通常，輸入輸出模塊上還具有狀態(tài)顯示和輸入輸出的接線端子排。0.4.編程器等外部設(shè)備編程控制器plc的開發(fā)和應(yīng)用、監(jiān)測和運(yùn)行、檢查和維護(hù)都是不可缺少的工具作用：主要作為用戶的開發(fā)程序的編制、編輯、調(diào)試、檢查和監(jiān)視等。通過pc鍵盤和電腦顯示器然后去檢測plc內(nèi)部的狀態(tài)和對應(yīng)參數(shù)。通過通訊的端口與cpu處理器關(guān)聯(lián)，然后實(shí)現(xiàn)最終的plc的人機(jī)對話 分類：簡單型只能聯(lián)機(jī)編程；只能用指令清單編程 智能型既可聯(lián)機(jī)（online），也可脫機(jī)（offline）編程；可以采用指令清單（語句表）、梯形圖等語言編程。?？芍苯右噪娔X作為編程器，安裝相關(guān)的編程軟件編程值得注意的是：編程器不直接加入現(xiàn)場控制

19、運(yùn)行。一臺編程器可開發(fā)、監(jiān)護(hù)許多臺plc的作。 其他外設(shè)：磁盤、光盤、eprom寫入器（用于固化用戶程序）、打印機(jī)、圖形監(jiān)視系統(tǒng)或上位計(jì)算機(jī)等等。 5.電源內(nèi)部電源開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供dc24v穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場的開關(guān)信號、外部傳感器供電。外部電源可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。2.2 plc的工作原理 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)）

20、在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會立即同時(shí)動作。 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)）不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。 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。1.輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地

21、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)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號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. 用戶執(zhí)行階段 在操作人員執(zhí)行的時(shí)候，該程序總是從上面開始在到下面依次掃描程序圖。并且在掃描每一個(gè)梯形圖,總是掃描梯形圖的左邊形成的接觸控制電路,從左到右而檢測,在控制電路監(jiān)測邏輯運(yùn)算,然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果,刷新邏輯行循環(huán)系統(tǒng)中ram內(nèi)存位對應(yīng)于狀態(tài);或刷新輸出線圈在i /

22、o圖像的相應(yīng)狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖是提供特殊的命令。在用戶程序的執(zhí)行過程中,只在i / o輸入點(diǎn)圖像區(qū)域的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會改變,和其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備i / o圖像區(qū)域或系統(tǒng)ram存儲區(qū)域的狀態(tài)和數(shù)據(jù)有可能會改變,排在前面的梯形圖和程序執(zhí)行的結(jié)果排在下面這些線圈通常用于梯形圖或數(shù)據(jù);相反,低于梯形圖,刷新邏輯線圈狀態(tài)或數(shù)據(jù)只有一個(gè)掃描周期排在上面的程序來起作用。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映象區(qū)內(nèi)對應(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)動相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是plc 的真正輸出。當(dāng)plc 投入運(yùn)行后，其工作過程一

23、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。 2.3 plc的特點(diǎn)1. 通用性比較強(qiáng)plc是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的具體控制操作的功能可以通過編程軟件來確定，在具體操作當(dāng)中生產(chǎn)或設(shè)備的更新時(shí)，不用改變plc的硬件的設(shè)備，只是來需要適當(dāng)改變編程程序就可以實(shí)現(xiàn)不同種類的控制，具有良好的發(fā)展前景與通用性能。2. 編程方案完善我們所學(xué)習(xí)的大多數(shù)的plc都是可采用相類似的繼電控制電路圖的形式的“梯形圖”進(jìn)行編程，控制線路清晰直觀，方便調(diào)試，不需要太深入的學(xué)習(xí)即可進(jìn)行編程控制，受到大家

24、的普遍的歡迎。plc還與個(gè)人pc計(jì)算機(jī)相連成網(wǎng)絡(luò)或者加入到集散的控制系統(tǒng)當(dāng)中，通過在上位機(jī)上用梯形圖的編程，來使編程更加方便、更加簡潔。3.功能更加齊全現(xiàn)在因?yàn)槲覀兊挠?jì)算機(jī)有很強(qiáng)的運(yùn)算處理能力，所以用計(jì)算機(jī)為核心的現(xiàn)代plc不只是有邏輯的運(yùn)算定時(shí)、計(jì)數(shù)等控制功能，還有能完成a/d的轉(zhuǎn)換、d/a的轉(zhuǎn)換、模擬量的處理、高速計(jì)數(shù)、聯(lián)網(wǎng)通信的功能，還能經(jīng)過之前的上位機(jī)進(jìn)行顯示調(diào)控、報(bào)警記錄、進(jìn)行人機(jī)對話，交流、使控制的水平大大提高。4. 擴(kuò)展相對靈活plc的產(chǎn)品也具有擴(kuò)展的單元，使可以方便地來適應(yīng)不同的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)及不同的輸入/輸出店的最小的系統(tǒng)到幾千個(gè)點(diǎn)的超級大型的系統(tǒng)均會輕易的實(shí)現(xiàn)，拓展靈活方便

25、，組合也方便。5.系統(tǒng)的構(gòu)成簡單，安裝調(diào)試方便經(jīng)過需要組成的控制系統(tǒng)的時(shí)候，用簡便的編程方法將程序存入存儲器里面，接上相對應(yīng)的輸入，輸出的信號，變能組成一個(gè)較完整的自動控制系統(tǒng)，不必須要繼電器、轉(zhuǎn)換的開關(guān)等等，它的輸出也可直接啟動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(負(fù)載的電流一般可達(dá)2a），中間一般的時(shí)候也不需要設(shè)定轉(zhuǎn)換的單元裝置，所以就大大的簡便了硬件的連接線路，減少設(shè)計(jì)的施工的工作量。同時(shí)可編程控制器又能事先進(jìn)行模擬的調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量，并且plc的監(jiān)控監(jiān)視功能很強(qiáng)，模塊化結(jié)構(gòu)大大減少了維修量。6.可靠性更高可編程控制器是采用大規(guī)模的集成控制電路，其可靠的性能要比一些有觸點(diǎn)的繼電解除系統(tǒng)高一大截。在其自

26、身的編程設(shè)計(jì)中，是經(jīng)過采用冗余措施并且和容錯(cuò)技術(shù)，并且還有輸入輸出都采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)控與自身保護(hù)等相關(guān)措施，這提高了抵抗工業(yè)環(huán)境中存在的干擾，也使plc適合在工業(yè)環(huán)境中使用，其可靠性能大大提高。因?yàn)榭删幊炭刂破鱬lc存在之前的特點(diǎn)，它與微型計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)和開關(guān)量的控制技術(shù)很好地相結(jié)合在一塊，還把連續(xù)量的非間接數(shù)字控制ddc的技術(shù)拼接進(jìn)去并且和監(jiān)控計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的功能。所以其前景非常廣泛，幾乎覆蓋所有的工業(yè)的領(lǐng)域，正在成為新時(shí)代機(jī)電一體化產(chǎn)業(yè)。它與目前應(yīng)用于工業(yè)過程的各種順序控制設(shè)備相比較，具有非常明顯的優(yōu)勢。2.4 組態(tài)軟件的概念本次課程設(shè)計(jì)是在plc控制同時(shí)，基于組態(tài)軟件形成動態(tài)的實(shí)

27、時(shí)監(jiān)控控制，下面介紹組態(tài)王軟件的特點(diǎn)發(fā)展。組態(tài)軟件是在軟件的領(lǐng)域內(nèi)，操作人員根據(jù)應(yīng)用的對象以及控制的任務(wù)的需求，配置包括對象的定義、制作和編輯，對象的狀態(tài)的屬性特點(diǎn)參數(shù)的設(shè)定等，用戶的應(yīng)用軟件的過程，就是使用軟件的工具對計(jì)算機(jī)和對應(yīng)軟件的各種資源相進(jìn)行配置關(guān)聯(lián)，以達(dá)到預(yù)期的設(shè)置以自動來執(zhí)行特定的任務(wù)、滿足使用的人的要求的目的，其實(shí)也就是把組態(tài)軟件視為應(yīng)用程序的生產(chǎn)器。從應(yīng)用角度講組態(tài)軟件是完成系統(tǒng)的硬件和軟件的溝通關(guān)聯(lián)，起到搭橋的作用。建立現(xiàn)場和監(jiān)控層相溝通的人機(jī)界面的軟件平臺，它的主要任務(wù)應(yīng)用在工業(yè)自動化的領(lǐng)域，但是又不僅僅局限于此。伴隨著集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，組態(tài)軟件已經(jīng)引入到工業(yè)控制領(lǐng)域。

28、在工業(yè)工廠的控制系統(tǒng)中存在兩大類的可變因素；1. 操作人員需求的變化；2. 被控對象狀態(tài)的變化及被控對象所用硬件的變化；然而我們所學(xué)習(xí)的組態(tài)軟件又是在保持軟件平臺執(zhí)行的代碼不變的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改變之前的軟件配置信息例如圖形文件、硬件配置文件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。適應(yīng)這些不同系統(tǒng)對兩大因素的要求，構(gòu)成新的監(jiān)控系統(tǒng)的平臺的軟件。用這樣的方式來組成系統(tǒng)，這不僅提高了系統(tǒng)的工作效率，又保證了系統(tǒng)軟件的可操作性和可靠性，這使用起來非常的方便靈活，并且又便于調(diào)控與維護(hù)。2.5 組態(tài)軟件的組成 我們現(xiàn)在所了解的各種的組態(tài)軟件，其基本的都是類似的組態(tài)軟件，從大體上結(jié)構(gòu)來看大多數(shù)一般都是由系統(tǒng)開發(fā)的環(huán)境(或稱組態(tài)環(huán)境)與

29、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境兩大部分的構(gòu)成。其系統(tǒng)的基本開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)基本運(yùn)行的環(huán)境之間的聯(lián)系的組成都是實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫，三者之間的具體關(guān)系如圖2-2所示。圖 2-2 系統(tǒng)組態(tài)環(huán)境、系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫三者之間的關(guān)系 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用9。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、

30、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。1使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法：(1)圖形界面的設(shè)計(jì)。(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。(3)建立動畫連接。(4)運(yùn)行和調(diào)試。2使用組態(tài)王軟件開發(fā)具有以下特點(diǎn):組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)的采集和過程的控制的相關(guān)軟件，它們是在基于自動控制理論系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開

31、發(fā)環(huán)境，能夠用靈活多變的組態(tài)方式(并不是編程方式)提供良好的用戶開發(fā)界面，它的之前設(shè)置的相關(guān)軟件的模塊能夠用非常容易的實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層面的相關(guān)功能，并且能夠同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和i/o產(chǎn)品，和工廠工控pc計(jì)算機(jī)且網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相結(jié)合，其可控制層提供軟、硬件的所有接口，進(jìn)行系統(tǒng)的組成。目前世界上有很多專業(yè)廠商(包括專業(yè)軟件公司和硬件/系統(tǒng)廠商)生產(chǎn)和提供各種組態(tài)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品?？偟母爬ㄆ饋?，我們所了解的組態(tài)軟件有如下的特點(diǎn):1. 功能的多樣組態(tài)王系統(tǒng)的軟件部分是提供工業(yè)科學(xué)的的基本教學(xué)模型庫與功能庫的控制，組態(tài)軟件的基本模式比較簡便，它還能夠滿足工作人員設(shè)定需要的測控的基本要求。還能夠?qū)y控的

32、基本情況信息的歷史的記錄進(jìn)行相應(yīng)儲存、顯示和計(jì)算轉(zhuǎn)換、分析還有打印，它的界面的操作也比較靈活和方便。還具有兩方面的安全系統(tǒng)體系，在處理數(shù)據(jù)方面更加安全可靠。2. 豐富的畫面顯示的組態(tài)功能組態(tài)軟件提供給用戶以豐富的編輯工具和作圖工具，能夠提供大量的工程設(shè)備的標(biāo)示符、儀表圖符，還能夠提供歷史趨勢圖、歷史曲線、組數(shù)據(jù)分析圖等；提供非常友好的圖形化用戶的界面實(shí)時(shí)監(jiān)控的畫面等。畫面豐富多彩，能夠?yàn)樵O(shè)備的正常運(yùn)行、操作人員的集中監(jiān)控提供了極大的方便。它具有非常強(qiáng)大的通信功能和良好的開放性，組態(tài)軟件向下可以與數(shù)據(jù)采集的相關(guān)硬件相通信；向上通過tcp/ip可與高層管理網(wǎng)互聯(lián)。3. 多任務(wù)的軟件運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫

33、管理和資源共享組態(tài)的軟件是基于windows系統(tǒng)，充分的利用面向?qū)ο蟮挠?jì)數(shù)和activex動態(tài)的連接庫的技術(shù)，極大地豐富了控制系統(tǒng)的顯示畫面和編程的操控環(huán)境，從很多的方面使其方便靈活地實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的操作。 (1)實(shí)驗(yàn)操作的過程中基本全部用軟件來實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。(2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對用戶而言,操作簡單易學(xué)且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線。3具體在采用組態(tài)王軟件開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用的程序當(dāng)中要注意以下三點(diǎn):(1)圖形,是用工具

34、欄中抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際操作的工程現(xiàn)場和對應(yīng)的自動控制設(shè)備。(2)數(shù)據(jù),就是根據(jù)目標(biāo)組建一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)庫,然后根據(jù)之前的數(shù)據(jù)庫中的操作變量對應(yīng)描述自動控制對象的多種屬性,比如液位位、閥門控制流量等。(3)連接,就是根據(jù)組態(tài)軟件的畫面上的圖案用動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的具體運(yùn)行,以及怎樣讓操作人員輸入實(shí)時(shí)的控制設(shè)備的指令。2.6 傳感器選擇2.6.1傳感器原理現(xiàn)代因?yàn)槲覀円獜耐饨绔@取一些必要的信息，所以借助于感覺器官。但是光靠我們自身的感應(yīng)器官，在具體的研究過程當(dāng)中例如自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就顯得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。所以為了適應(yīng)這種情況，傳感器就應(yīng)運(yùn)而生了。因此可以認(rèn)為，傳感器是人類五官感

35、應(yīng)的延長，所以稱之為電五官。傳感器其實(shí)就是人們?yōu)榱藢Ρ粶y對象所包含的信息進(jìn)行定性的分析和定量的掌控所采取的一系列技術(shù)手段。工業(yè)技術(shù)革命的到來，讓全世界快速進(jìn)入信息時(shí)代。當(dāng)利用信息的過程中，最先應(yīng)該解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠及時(shí)的數(shù)據(jù)信息，而傳感器就是獲取自然和工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域中信息的主導(dǎo)方法與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化無人生產(chǎn)過程中，要使用各式各樣傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)數(shù)據(jù)以便及時(shí)控制更使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，提高效率并使產(chǎn)品達(dá)到最高最好的產(chǎn)品質(zhì)量。所以可以這樣認(rèn)為，沒有這么多的優(yōu)良的傳感器計(jì)數(shù)，我們現(xiàn)代自動化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)水準(zhǔn)?，F(xiàn)在的一些非常重要和基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，傳感器

36、已經(jīng)是舉足輕重的地位。當(dāng)代高科技的跳躍式的飛速前進(jìn)，致使現(xiàn)在的人類進(jìn)入了喝多前所未見的新領(lǐng)域：比如在宏觀上我們考察數(shù)十億年的宇宙,還有在研究微小粒子的顯微鏡看不到世界,垂直觀察的成千上萬年的進(jìn)化的天體,短到微秒瞬時(shí)的響應(yīng)。此外還有更多的應(yīng)該注意的出現(xiàn)在關(guān)于物理方面理解,開發(fā)新能源、新材料,都具有非常重要的作用在各種技術(shù)研究,如超高溫、超低溫度、超高壓力、超高真空、強(qiáng)磁場、超弱磁場等等。因此,獲得大量的人類感官信息不能直接得到,沒有傳感器不能適應(yīng)?，F(xiàn)在許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,首先克服對象信息采集困難,大量的新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器,往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域的突破。大多數(shù)傳感器的發(fā)展,往往是一些前沿學(xué)

37、科發(fā)展的先驅(qū)。傳感器在很早的時(shí)候就已經(jīng)被人們所用，諸如生產(chǎn)線中，探索太空，研究深海，生存發(fā)展的環(huán)保，海底和地底的資源，生物醫(yī)學(xué)的研究和保護(hù)，等等非常多的領(lǐng)域，我們可以非?？鋸埖恼f現(xiàn)在的人們已經(jīng)越來越離不開傳感器技術(shù)。從我們賴以生存的環(huán)境到到人們所向往的太空。這些復(fù)雜和重要的工程已經(jīng)都離不開傳感器的參與，幾乎每一個(gè)重要的是工業(yè)科技環(huán)節(jié)都離不開傳感器。所以，傳感器的應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步的一些方面的起到舉足輕重的地位，是顯而易見的。世界很多國家已經(jīng)是非常關(guān)注這類領(lǐng)域的推進(jìn)。感覺的到不長的時(shí)間里，傳感器的實(shí)際應(yīng)用將會出現(xiàn)非常大的跳躍。通常，傳感器都是由轉(zhuǎn)換原件和敏感原件構(gòu)成的，可是因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵?/p>

38、信號在一般的時(shí)候都是比較微弱。主要有別的的電信號的調(diào)控和變化電路并且將它們計(jì)算放大或者轉(zhuǎn)變成別的較容易傳送、計(jì)算處理、記錄并且顯示的現(xiàn)象。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的半導(dǎo)體器件與一些先進(jìn)的集成的科學(xué)技術(shù)并且在傳感器設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用。傳感器的電信號的調(diào)節(jié)器件和變換還可以安裝在傳感器的內(nèi)部中，再者還可以跟其他的敏感的元件模塊一起集成在一個(gè)芯片上。所以，輸出信號的調(diào)節(jié)還有變換的電路并且實(shí)際需求的供電的電源都應(yīng)該是傳感器器件的組成的核心部分。我們所知道的很多傳感器的組成部分都存在敏感的元件和信號轉(zhuǎn)換的元件還有電路變換和外部的輔助的供電電源四部分組成如圖2-2所示。圖2-2 傳感器的組成 我們之前所了解的比較常見的信號

39、的調(diào)節(jié)和變化的電路都是具有電路放大器、電橋和振蕩器還有電荷的放大原件，這些都是分別跟它們相對應(yīng)應(yīng)的傳感所匹配。2.6.2 液位傳感器種類1、浮球式液位傳感器這類的傳感器的組成部分一般是由具有磁性的浮球、測量精準(zhǔn)的導(dǎo)管、信號明確單元和電子單元還有接線盒跟它的安裝的部件所構(gòu)成。大多數(shù)的具有磁性的浮球的比重都是小于0.5，它的能夠漂于液面介質(zhì)上面，然后經(jīng)過測量的導(dǎo)管的上和下的位移。測量的導(dǎo)管的內(nèi)部一般裝有能夠測量的器件，還有它還能夠在外磁的作用之下還能將被測的液位高低的電信號轉(zhuǎn)化成正比于的液位高度變化的電阻的信號，然后將電信號的單元變化成為420ma后者一些別的具有標(biāo)準(zhǔn)電信號的輸出量。這類傳感器一般

40、具有模塊化的電路還有抵抗酸性服飾、抵御潮濕、防護(hù)震動、抵抗腐蝕等多累優(yōu)點(diǎn)，這類的電路它的內(nèi)部一般含有恒久的電流的反饋電路還有內(nèi)部的保護(hù)電路，并且還能控制輸出的最大電流絕不超過28ma，所以能夠比較可靠安全的地保護(hù)工作電源并且能夠使實(shí)驗(yàn)中的二次儀表不被燒損破壞。 2、浮簡式液位傳感器浮筒式的液位傳感器的核心原理就是是將磁性的浮球作為試驗(yàn)中的浮筒，它的基本原理就是阿基米德原理。我們所認(rèn)識到的浮筒式的相關(guān)的液位傳感器就是是利用較微小的金屬膜作為應(yīng)變，之后再通過傳感器技術(shù)來測量計(jì)算液體介質(zhì)的液位高度、界位限度和密度大小的。在傳感器工作的時(shí)候我們可以通過現(xiàn)場的操作控制板的按鍵來進(jìn)行常規(guī)的實(shí)時(shí)的基本設(shè)定操

41、作。 3、靜壓或液位傳感器靜壓的傳感器就是通過利用液體介質(zhì)的一些靜態(tài)壓力的測量原理方面的作業(yè)。其大多數(shù)只選用一般的硅壓力來進(jìn)行測壓傳感器然后再將之前所測量到的壓力數(shù)據(jù)值在將其轉(zhuǎn)換成有關(guān)的電信號，之后再經(jīng)過補(bǔ)償電路計(jì)算放大進(jìn)行電路補(bǔ)償，最后以420ma或010ma電流方式輸出。本次設(shè)計(jì)的液位傳感器選定靜壓液位傳感器，該傳感器是通過檢測液體靜壓和液體介質(zhì)高度的比例，經(jīng)過計(jì)算在將該信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號，來通過plc識別以控制閥門和循環(huán)泵的工作狀態(tài)。第3章 雙容液位監(jiān)控的基本原理3.1 實(shí)驗(yàn)原理該設(shè)計(jì)的兩個(gè)水箱的液位檢測實(shí)驗(yàn)是采用傳感器的控制檢測。本次實(shí)驗(yàn)核心是采用基于plc的自動循環(huán)控制，根據(jù)水箱

42、的液位控制，將兩個(gè)水箱液位控制在設(shè)定高度并且有一定的允許誤差范圍。然后通過傳感器的上升沿和下降沿測定的信號，將信號反饋給閥門跟循環(huán)泵，及時(shí)控制。在水箱和水槽的頂部跟底部都安裝有相應(yīng)液位傳感器，以便于實(shí)時(shí)監(jiān)控，在工廠工作的時(shí)候向兩個(gè)水箱注水時(shí)就會產(chǎn)生相應(yīng)的液位信號。液位傳感器將該信號轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號傳入plc，在plc的內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，根據(jù)之前程序的設(shè)定，最終控制閥門跟循環(huán)泵的關(guān)停來控制水流量，具體原理圖如圖3-1。圖3-1 實(shí)驗(yàn)原理圖3.2手動控制在水箱液位控制中，為了保持上下水箱跟水槽的液位恒定，我們操作人員也可以根據(jù)液位高度的變化情況實(shí)時(shí)控制閥門跟循環(huán)泵來控制水的液位。手動控制的過程主要

43、分為三步如下設(shè)定參數(shù)如圖3-2所示：1 實(shí)操作的過程中，實(shí)驗(yàn)人員通過自己眼睛的觀察水箱的液位的高度來獲取所需的測量值，然后再將這些數(shù)據(jù)通過我們的中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳送給大腦。2我們的大腦通過之前眼睛所觀測的水箱液位的高度的數(shù)據(jù)，然后跟我們之前的實(shí)驗(yàn)設(shè)定值來比較計(jì)算，就能得出實(shí)驗(yàn)的偏差大小和具體的研究方向，之后就根據(jù)大腦的操作經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)并且發(fā)出一些命令來及時(shí)控制。表3-1 雙容水箱液位控制儀表參數(shù)儀表主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器kc1010ti10010td00設(shè)定60100輸出1000反饋5150.50手動20203通過大腦的思考然后發(fā)出的一些命令，指示雙手操作改變調(diào)節(jié)閥門1（或閥門2）的開度或者循環(huán)泵，讓水箱液

44、位始終能保持在工廠設(shè)備的工藝要求的高度上。在這類人為的控制調(diào)節(jié)的過程中，操作人員的眼睛、手和胳膊、大腦這三個(gè)器官，就像計(jì)算機(jī)中那些核心部分都擔(dān)負(fù)了具體的檢測、思考判斷、和思維運(yùn)算、執(zhí)行控制三個(gè)作用，來完善完成測量檢查、求偏差數(shù)值、在通過施加控制操作等工作來糾正設(shè)計(jì)偏差的工作流程，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并且保持水箱液位介質(zhì)的恒定。3.3 自動控制3.3.1 檢測環(huán)節(jié) 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)是非常重要的一個(gè)操作環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)中封閉容器的液位就是指密封容器內(nèi)容器中液體介質(zhì)的溶液的高低，經(jīng)過液體高低的位測量就可以了解到容器中的介質(zhì)例如原料或者半成品和成品的容積數(shù)量，方便調(diào)節(jié)設(shè)備中液體的流入流出容器的介質(zhì)，讓它

45、達(dá)到工程中物料介質(zhì)的平衡，讓它保證生產(chǎn)過程能夠順利進(jìn)行并且實(shí)時(shí)監(jiān)測。在設(shè)計(jì)的過程中會關(guān)系到液位介質(zhì)的檢測和輸送這些就方便和操作系統(tǒng)中的那些關(guān)于檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算處理最終來來調(diào)節(jié)通道中液體水的流量，實(shí)時(shí)監(jiān)控調(diào)節(jié)和控制水箱的具體的液位，流程框圖如圖3-2所示。 3-2 設(shè)計(jì)流程框圖3.3.2 執(zhí)行單元操作執(zhí)行的單元是構(gòu)成自動化的控制系統(tǒng)中不可缺少的非常重要組成部分，它主要接受來自外部調(diào)節(jié)控制單元的輸出電信號，并且將其轉(zhuǎn)化成直角位移或轉(zhuǎn)角位移控制閥門的開度，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制水的流入或流出在被控過程的水位物料或能實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的非人為自動控制。執(zhí)行器的具體的工作原理，是經(jīng)過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)

46、節(jié)閥)循環(huán)泵和執(zhí)行操作機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)首先將來自調(diào)節(jié)器的信號根據(jù)設(shè)定值產(chǎn)生的誤差轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的推力或位移，來對調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥)根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力或位移實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制，用來調(diào)節(jié)電動閥的閥座里面的液體流通面積或者開度和閥門中的閥芯的位置，用來調(diào)節(jié)容器內(nèi)液位介質(zhì)的做法。當(dāng)來自調(diào)節(jié)器的電信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換對應(yīng)的信號制式后，和來自執(zhí)行操作機(jī)構(gòu)的位置的反饋信號相比量，將它的電信號差值輸入到對應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)過運(yùn)算，以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的方向和大小寬度，它傳輸出的的位移的力的控制調(diào)節(jié)閥門的相對變化動作，是改變調(diào)節(jié)閥門的液體流通的流量面積，從而改變被控介質(zhì)的流量2。當(dāng)操作過程中的反饋信號跟輸入信號對應(yīng)相

47、等時(shí)，系統(tǒng)就會處于平衡狀態(tài)達(dá)到無限循環(huán)工作，使調(diào)節(jié)閥處于某一開度。操作的系統(tǒng)中我們用到的調(diào)節(jié)閥門是以qs為核心的科學(xué)的智能型調(diào)節(jié)閥，它的所聯(lián)系到的執(zhí)行控制操作機(jī)構(gòu)為全自動電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出為角位移的過程變化，方便來調(diào)節(jié)控制軸轉(zhuǎn)動。關(guān)于plc控制器的對應(yīng)的模擬量的輸出大部分是dc4-20ma電信號ii，然后將反饋電信號if來相比較計(jì)算，之后將他們的計(jì)算的差值經(jīng)過計(jì)算放大后來控制伺服的電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)例如閥門跟循環(huán)泵，然后再經(jīng)過設(shè)備中的減速器減速后，來改變調(diào)節(jié)閥門控制器的開度跟循環(huán)泵的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，之后在根據(jù)輸出軸的位移的變化，在經(jīng)位置發(fā)生器計(jì)算在轉(zhuǎn)換成對相應(yīng)的電流的變化信號if。如果在ii=i

48、f的時(shí)候，設(shè)備中的電動機(jī)就會根據(jù)之前的設(shè)計(jì)及時(shí)停止轉(zhuǎn)動，當(dāng)設(shè)備中的調(diào)節(jié)閥處于某一開度的時(shí)候，比如q=kii，式中q為輸出軸的轉(zhuǎn)角，k為比例常數(shù)。電動調(diào)節(jié)閥還提供手動操作以備人為調(diào)節(jié)控制，它的上部分存有一個(gè)手柄跟上部分的軸連接起來在，在系統(tǒng)斷電的時(shí)侯操作人員就可進(jìn)行人為控制，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)來完善工程設(shè)施。3.3.3 控制單元自動控制部分是整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的大腦。在操作的過程中，plc模塊是此次自動控制的核心部分，它的自動控制操作單元式核心部分。操作系統(tǒng)應(yīng)用的是歐姆龍系列的plc，其結(jié)構(gòu)相對簡單，性價(jià)比高，使用靈活并且方便維護(hù)。它可以采用例如模塊化操作設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)它的主要部分是cpu的模塊、模擬

49、量的輸入模塊和模擬量輸出模塊和供電模塊跟組態(tài)王軟件相關(guān)聯(lián)。該設(shè)計(jì)的核心是基于plc的自動控制具體步驟如下；我們本次的plc選擇的歐姆龍plc，最開始啟動程序首先是打開循環(huán)泵抽取水槽里面的水以供應(yīng)上水箱，并且上水箱也會相應(yīng)的向下水箱供水，一直勻速的供應(yīng)一直到上水箱液位保持在100左右，下水箱液位保持在60左右，過程中一直通過倆個(gè)調(diào)節(jié)器，來調(diào)節(jié)完成基本的任務(wù)。第4章 基于plc水箱的液位編程設(shè)計(jì)4.1 plc地址分配因?yàn)閷?shí)際試驗(yàn)中參數(shù)比較雜鎖繁多為我們的帶來很多的困擾，所以我們根據(jù)歐姆龍plc操作臺首先設(shè)置輸入和輸出的具體分配的地址參數(shù)方為便于后期的編寫梯形圖如表4-1所示。開關(guān)作用自動控制中間繼

50、電器控制器地址手動控制中間繼電器0.00總啟動 20.00 系統(tǒng)電源0.07儲水槽低液位監(jiān)測 20.070.01總停止1.01閥門1手動啟動10.010.02上水箱高液位監(jiān)測20.022.01閥門1手動停止0.03上水箱低液位監(jiān)測20.031.02閥門2手動啟動10.020.04下水箱高液位監(jiān)測20.042.02閥門2手動停止0.05下水箱低液位監(jiān)測20.051.00循環(huán)泵手動啟動10.030.06儲水槽高液位監(jiān)測20.062.00循環(huán)泵手動停止表4-1 plc地址分配表4.2 plc操作步驟首先根據(jù)之前所學(xué)的內(nèi)容打開歐姆龍的plc軟件，之后點(diǎn)擊文件在打開新建的設(shè)置文件名稱為雙容液位，設(shè)備名稱

51、選擇cpm2*，點(diǎn)擊確定進(jìn)入我們的具體編程的界面其詳細(xì)的操作如圖4-1所示。圖4-1 plc操作圖4.3 編寫plc的控制元件梯形圖首先設(shè)定中間繼電器，中間繼電器的作用能為后期的電動機(jī)的控制起一定的作用，例如能控制閥門1、閥門2和循環(huán)泵的啟停。這些都根據(jù)水箱的液位來實(shí)時(shí)控制具體的參數(shù)設(shè)定如下；設(shè)定上水箱高液位的監(jiān)測0.02，上升沿微分20.02。上水箱低液位監(jiān)測0.03，下降沿微分20.03。下水箱高液位監(jiān)測0.04，上升沿微分20.04。下水箱低液位監(jiān)測0.05，下降沿微分20.05，具體如圖4-2所示。因?yàn)橐瓿勺詣涌刂圃谶@個(gè)過程中就少不了plc中的自動檢測，當(dāng)上升沿接到上升的信號就表示水

52、箱的液位已經(jīng)高于之前設(shè)定的水箱容器的上限，這時(shí)程序應(yīng)該停止往該水箱繼續(xù)進(jìn)水。相應(yīng)的當(dāng)程序中下降沿接受到下降的信號就表示水箱的水量已經(jīng)低于容器的下限，在不停止輸出可能導(dǎo)致工作環(huán)境出現(xiàn)問題。綜上所述，當(dāng)兩個(gè)水箱和水槽開始工作的時(shí)候，系統(tǒng)就會把接收到的信號轉(zhuǎn)換成plc能識別的電信號，進(jìn)入到歐姆龍的plc系統(tǒng)，而plc就會把這些信號經(jīng)過計(jì)算和轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)中的所謂的啟動和停止信號。系統(tǒng)首先會根據(jù)接收的信號來控制上升沿和下降沿所控制的20.02,、20.03、20.04、20.05繼電器，進(jìn)而就會根據(jù)水槽和上下水箱的液位的高度來自動控制設(shè)備中的液體介質(zhì)的容量，來控制系統(tǒng)的所需要的平衡的循環(huán)結(jié)構(gòu)。圖4-2

53、 plc雙容水箱梯形圖相應(yīng)的水槽里面也存在傳感器，因?yàn)樗圩鳛檎麄€(gè)系統(tǒng)的核心調(diào)控組成部分。當(dāng)水槽的液位高于上限就會給20.06一個(gè)上升脈沖，當(dāng)水槽的液位低于下限就會給20.07一個(gè)下降脈沖，以此來控制循環(huán)泵的啟停，來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的循環(huán)穩(wěn)定性如圖4-3所示。圖4-3 水槽梯形圖4.4 實(shí)驗(yàn)的基本控制過程因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的基本要求是達(dá)到雙容液位的自動循環(huán)控制，但是由于因?yàn)榭紤]到實(shí)驗(yàn)是模擬工廠的實(shí)際情況，就加入了人為的控制操作。我設(shè)計(jì)的步驟是首先人為的啟動總開關(guān)，接通系統(tǒng)電源20.00，后面設(shè)定的20.00啟動20.01經(jīng)過1秒之后自動斷開20.01，這時(shí)候循環(huán)泵10.00已經(jīng)自鎖。這時(shí)候最先啟動的單向的循

54、環(huán)泵，會從處水槽里面抽取液體介質(zhì)往上水箱里面注水這期間的閥門一跟閥門二是停止工作的，當(dāng)水槽里面的水低于下限，或者上水箱里面的水高于我們之前設(shè)定的上限80，傳感器就會控制循環(huán)泵就會自動停止工作，設(shè)計(jì)中當(dāng)然也可以因?yàn)樵蛉藶榈耐Ｖ?，之后的循環(huán)的工作中當(dāng)上水箱的液位低的時(shí)候并且儲水槽的水的液位滿足工作狀態(tài)的情況下也會自動啟動循環(huán)泵。其具體的梯形流程圖如圖4-4所示。圖4-4 循環(huán)泵的梯形圖當(dāng)前面的上水箱的液位高于上限這時(shí)候就會相應(yīng)的啟動閥門1，閥門1的開通就會從上水箱里面向下水箱供水，當(dāng)然也可以人為的控制1.01來控制閥門1的啟動或者關(guān)閉閥門1。當(dāng)閥門1自鎖之后會根據(jù)下水箱的液位和上水箱的液位來控制

55、，當(dāng)下水箱的液位高于上限80，或者上水箱的液位低于20這個(gè)下限值，就會自動關(guān)閉閥門1。系統(tǒng)工作的過程中當(dāng)下水箱的液位低于下限和上水箱的液位滿足工作環(huán)境的時(shí)候也會自動開啟閥門10.01，這與之前的設(shè)定并不矛盾，其具體的梯形流程圖如圖4-5所示。圖4-5 閥門1的梯形圖當(dāng)前面的下水箱的液位高于上限這時(shí)候就會相應(yīng)的啟動閥門2，閥門2的開通就會從下水箱里面向儲水槽供水，當(dāng)然也可以人為的控制1.02來控制閥門2的啟動或者關(guān)閉閥門2。當(dāng)閥門2自鎖之后會根據(jù)下水箱的液位和儲水槽的液位來控制，當(dāng)儲水槽的液位高于上限80，或者下水箱的液位低于20這個(gè)下限值，就會自動關(guān)閉閥門2。系統(tǒng)工作的過程中當(dāng)儲水槽的液位低于

56、下限和下水箱的液位滿足工作環(huán)境的時(shí)候也會自動開啟閥門10.02，這與之前的設(shè)定并不矛盾，其具體的梯形流程圖如圖4-6所示。圖4-6 閥門2的梯形圖 根據(jù)我們之前的所有的設(shè)定和編寫的程序，雙容水箱即可以人為的控制閥門和循環(huán)泵的工作狀況來控制液位的高度，也可以全自動的控制水箱的液位來滿足我們系統(tǒng)的要求，這不僅方便還能很有發(fā)展前景，而且減少人力。第5章 軟件調(diào)試與連接5.1 組態(tài)王軟件與plc控制器的連接軟件的仿真是設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于plc的關(guān)于組態(tài)王軟件的仿真，所以首先要關(guān)聯(lián)組態(tài)王軟件與plc，用我們之前焊接的pc線連接電腦與plc機(jī)器的端口。接下來打開歐姆龍plc軟件，點(diǎn)擊在線

57、工作看是否連接成功如圖5-1所示。圖5-1 監(jiān)測圖 當(dāng)滿足條件，即可關(guān)聯(lián)plc與組態(tài)王軟件就可以接下來的仿真測試。5.2 系統(tǒng)的調(diào)試mcgs(monitor and control generated system，它的基本作用就是監(jiān)測與基本控制)這種系統(tǒng)是一種將windows95/98/nt的軟件操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的軟件，它不僅能夠比較快速建筑和創(chuàng)建pc上位機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，而且還可以根據(jù)我們用戶的需要給予從驅(qū)動的設(shè)備、采集的數(shù)據(jù)一直到處理數(shù)據(jù)還能夠根據(jù)設(shè)定報(bào)警的控制流程，還可以根據(jù)動畫的顯示還有報(bào)表輸出等實(shí)際的功能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的操作系統(tǒng)軟件工具。mcgs的組態(tài)軟件還具有多種任務(wù)處理和多線程并列處理的工作能力