畢業(yè)設計水塔水位控制系統(tǒng)設計

1、江蘇城市職業(yè)學院畢 業(yè) 設 計（ 2011 屆）設計（論文）題目 水塔水位控制系統(tǒng)設計 辦 學 點 （系）江蘇城市職業(yè)學院武進辦學點 機電工程系 專 業(yè) 電氣自動化 班級 08電氣自動化 學號 080203350109 學生姓名 李榮波 起訖日期 2010.122011.4 地點江蘇城市職業(yè)學院武進辦學點指導教師 顧曙敏 職稱 副教授 2011年 4 月 20 日江蘇城市職業(yè)學院教務處制前言可編程控制器（programmable logic controller）是一種以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指

2、令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的設備或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破饕云浜唵我锥?、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列優(yōu)點，在汽車、鋼鐵、航空航天、船舶、化工、紡織、食品、造紙、軍工等工業(yè)領域獲得了廣泛的應用。目錄摘要1第一章緒論21.1可編程控制器的產(chǎn)生21.2的發(fā)展31.3基本結(jié)構(gòu)41.4plc的工作原理 71.5梯形圖設計及工作過程分析9第二章 水塔水位系統(tǒng)plc硬件設計102.1水塔水位控制系統(tǒng)的控制要求102.2 水塔水位plc控制分析112.3 水塔水位控制系統(tǒng)的plc選型和資源配置12第三章 水塔水位控制系統(tǒng)plc軟件設計133.1 工作過程133.

3、2 梯形圖 133.3 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應指令表133.4 調(diào)試14第四章 設計總結(jié)17辭謝 18參考文獻 18摘 要 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進行測量和控制。水位控制在日常生活中應用也相當廣泛，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，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本文采用plc進行主控制，在水塔上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應的電信號，主控臺應用mcgs組態(tài)軟件對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應的水位顯示、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

4、當?shù)奈恢?。關鍵詞 水位控制、plc、三菱fx2n系列 第一章 緒論1.1可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器是二十世紀七十年代發(fā)展起來的控制設備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(tǒng)、應用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強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，增強了plc過程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、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，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義?？删幊炭刂破?programm

5、able controller)也可稱邏輯控制器(programmable logic controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機家族的一名成員，簡稱pc。為了與個人電腦（也簡稱pc）相混淆通常將可編程控制器稱為plc。可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器接觸器控制系統(tǒng)有很大的關系。繼電器接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強電信號的電磁開關，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應的變動，改

6、造工期長、費用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個新控制柜使用，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足市場要求，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的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)品多樣性的需求，公開對外招標，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.

7、 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；6. 成本可與繼電器控制裝置競爭；7. 輸入可以是交流115v；8. 輸出為交流115v，2a以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9. 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲器容量至少能擴展到4k。這十項指標就是現(xiàn)代plc的最基本功能，值得注意的是plc并不等同于普通計算機，它與有關的外部設備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴充功能”的原則來設計。用可編程控制器代替了繼電器接觸器的控制，實現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機功能靈活、通用性等有點，用程序代替硬接線，并且具有計算機功能靈活、通用性能強等優(yōu)點，用程序代替硬接線，減少了重新設計，重新接線

8、的工作，此種控制器借鑒計算機的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標志性語言是極易為it電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運行。所以，可編程控制器廣泛地應用于各工業(yè)領域。1969年，第一臺可編程控制器pdp14由美國數(shù)字設備公司（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，在控制領域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。plc問世時間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)

9、模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術不斷進步，plc迅速發(fā)展。plc進入九十年代后，工業(yè)控制領域幾乎全被plc占領。國外專家預言，plc技術將在工業(yè)自動化的三大支柱（plc、機器人和cac/cam）種躍居首位。我國在八十年代初才開始使用plc，目前從國外應進的plc使用較為普遍的由日本omron公司c系列、三菱公司f系列、滅國ge公司ge系列和德國西門子公司s系列等。1.2的發(fā)展雖然plc問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術的不斷進步，plc也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：早期的plc一般稱為可編程邏輯控制器。這是的plc多少由電繼電

10、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、定時等。它在硬件上 以計算機的形式出現(xiàn)，在i/o接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。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)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復使用等。其中plc特有的編程語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，日本，德國等一些廠家先后開始采

11、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。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術運算、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模塊以外，還增加了模擬量快、遠程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，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的應用范圍得以擴大。進入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，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

12、處理芯片。這樣使得plc軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。1.3基本結(jié)構(gòu)plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，、中央處理單元(cpu)，如下圖所示。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從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(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

13、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)傳送到相應輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。進一步提高plc可靠性，近年來對大型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cpu出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。二、存儲器存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。1、plc常用存儲器類型（1）ram （random assess memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，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器

14、。斷電情況下，存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3）eeprom(electrical erasable programmable read only memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。2、plc存儲空間分配各種plccpu最大尋址空間各不相同，plc工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)（2）系統(tǒng)ram存儲區(qū)（包括i/o映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等）（3）用戶程序存儲區(qū)系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)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

15、程序等。由制造廠商將其固化eprom中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該plc性能。系統(tǒng)ram存儲區(qū)：系統(tǒng)ram存儲區(qū)包括i/o映象區(qū)以及各類軟設備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。（1）i/o映象區(qū)：plc投入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應外設。它需要一定數(shù)量存儲單元(ram)以存放i/o狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作i/o映象區(qū)。一個開關量i/o占用存儲單元中一個位（bit），一個模擬量i/o占用存儲單元中一個字（16個bit）。整個i/o映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量i/o映象區(qū)；模擬量i/o

16、映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：i/o映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)ram存儲區(qū)還包括plc內(nèi)部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者plc斷電時，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當plc斷電時，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到plc機的ram存貯器中，以便于用戶隨時修改。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)設備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的

17、借口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關，行程開關、限位開關以及傳感輸出的開關量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到plc。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器cpu所處理的信息只能是標準電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成plc能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(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，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量

18、輸入輸出/模塊，部件上都設有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于plc內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。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，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輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(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)行機構(gòu)有一些信號是連續(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?，F(xiàn)在標準量

19、程的模擬電壓主要是05伏和010伏兩種。另外還有：0somv、0iv、5+sv、10+10v，010ma等。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構(gòu)。四、擴展模塊當一個plc中心單元的i/o點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強大和完善。只能i/o接口模塊種類很多，例如高速計數(shù)模塊、plca控制模塊、數(shù)字位基于

20、plc的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設計置譯碼模塊、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或磁帶機相連，以將用戶程序和有關信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關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：1.便攜式編程器(也叫簡易編程器)；2.圖形編程器；3.用于ibmpc及其兼容機的編程器。便于攜帶的特點，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

21、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)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。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、錄音機、繪畫儀等設備連接，有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。用于ibmpc及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐鳎部芍苯泳幹瞥商菪螆D，其監(jiān)控功能也很強。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

22、plc機處于停機狀態(tài)時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運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候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選

23、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)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的plc的輸入輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入輸出點數(shù)可達16k，而很多小型機僅有10來點，而且cpu本身不帶模擬輸入與輸出，但cpu一般都帶有擴展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴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、熱電偶擴展模板，還有智能

24、模板等許多具有專用功能的特殊模板。用擴展模板來擴展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對plc作硬件組態(tài)，以求達到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。當已運行的系統(tǒng)需要改造或擴充時，plc可以隨時進行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴展模板和修改相應的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進一步提高控制質(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芯片和集成運放使用；2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源

25、；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，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其i/o點的數(shù)量將 plc分為三大類：小型機：256點以下（無模擬量）； 中型機：256 2048點（64 128路模擬量）； 大型機：2048點以上（128 512路模擬量）。 具體實現(xiàn)時，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實際應用需求進行配置。但一些小型機常制作成一體機，其配置固定，主要供定型成套設備使用；而一些大型機一般在電源、或者cpu，甚至兩者都作了熱備份。.plc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

26、構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的： （1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 （2）plc的cpu則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于運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的動作時間一般在100ms以上，而plc掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，plc采用了一種不同于一般微型計算機的

27、運行方式-掃描技術。這樣在對于i/o響應要求不高的場合，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、 掃描技術 當p lc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。如下圖：（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)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如

28、果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(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，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備

29、在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(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)果會對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)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 （3）輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(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)動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。2、plc的i/o響應時間為了增強plc的抗干擾能力，提高其可*性，plc的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯

30、并行控制，plc采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因，使得plc得i/o響應比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂i/o響應時間指從plc的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需的時間。如下圖：1.梯形圖程序設計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、線圈、串并聯(lián)等術語和圖形符號，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而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對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

31、梯形圖多半適用于比較簡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表達plc的各種功能的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應的語句表，編程設備簡單價廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言(sfc)類似于計算機常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細具體，包括每一框前的輸入信號，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方式。高級語言類似于bacic語言、c語言等，它們在某些廠家的plc

32、中應用。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。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用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作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認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質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，

33、相應某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，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，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。5)繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數(shù)不受限制。6)plc在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設計梯形圖時，可以減少許多有約束

34、關系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。當plc運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但cpu是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的過程稱為cpu對程序的掃描。掃描從0000號存儲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，按存儲地址號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)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始。第二章 水塔水位系統(tǒng)plc硬件設計水塔水位控制

35、系統(tǒng)的控制要求當水位低于水池低水位界時，液位傳感器輸出信號為（即為on），控制電動機m1運轉(zhuǎn)，水池開始進水，同時定時器也進行定時，4s后，如果s1的輸出信號仍為on，表示進水管內(nèi)沒有進水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報警。當水位達到s2位置時，s2液位傳感器輸出信號為1（即s2為on），電動機m1停止運行。當水塔水位低于水塔低水位界時，水塔液位傳感器s3輸出信號為1（即s3為on），且s1輸入信號為0時（即水池內(nèi)有蓄水），電動機m2運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時（即s4為1），電動機m2停止工作。水池和水塔的進水也可由手動進行控制。水塔水位控制示意圖如下2.2 水塔水位plc控制分析由控制要求可知，

36、水塔水位的工作流程如下圖所示。打開電源 ，首先對水池水位進行水位檢測，若水位低于最低水位時，m1電動機工作，自來水從進水口流入，若進水口沒有水流入時，表示故障產(chǎn)生報警。當達到最高水位時，m1電動機停止工作。當水塔水位低于最低水位時，且水池內(nèi)有水，m2電動機工作。當水位達到最高水位時，m2電動機停止工作。 m1和m2電動機均可手動控制，加上電源的開關控制，因此需要4個控制按鈕，s1s4液位傳感器可理解為行程開關，信號為1表示觸電閉合，信號為0表示觸電斷開。m1和m2電動機分別由km1和km2控制。水塔水位控制系統(tǒng)工作流程圖如下：2.3 水塔水位控制系統(tǒng)的plc選型和資源配置 根據(jù)控制要求及控制分

37、析可知，該系統(tǒng)需要8個輸入點和3個輸出點，輸入/輸出分配表如下圖所示 元件代號功能輸入元件代號功能輸出sb1啟動開關x0km1電動機m1y0s1水池下限液位開關x1km2電動機m2y1s2水池上限液位開關x2l1水池下限指示燈y2s3水塔下限液位開關x3l2水池上限指示燈y3s4水塔上限液位開關x4l3水塔下限指示燈y4sb2水池進水啟動x5l4水塔上限指示燈y5sb3水池水塔進水停止x6sb4水塔進水啟動x7plc控制水塔水位的i/o接線圖如下所示：第三章 水塔水位控制系統(tǒng)plc軟件設計3.1 工作過程設水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的。當執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時，m1電動機

38、工作，開始往水池里進水，如果進水超過5s，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5s只有水池液位按預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，電機m2開始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時，m1停止工作，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，未觸及行程開關s4，電機m2繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，觸及行程開關s4，m2停止工作。但剛剛給水塔供水的時候，電機m1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，m1繼續(xù)工作直至水

39、池水滿。此次給水塔供水完成。3.2梯形圖根據(jù)程序流程圖設計的梯形圖如下3.3 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應指令表水塔水位控制系統(tǒng)指令表3.4調(diào)試將裝有swopc-fxgp/win-c編程軟件的計算機與plc用編程電纜連接起來，把plc調(diào)“stop”狀態(tài)。打開計算機中的swopc-fxgp/win-c編程軟件，并新建文件。如下圖所示。點擊上圖中的確認，打開如下圖所示頁面將梯形圖最大化，并編寫出程序，如下圖所示。把plc調(diào)“stop”狀態(tài)，并將編程軟件中編寫的程序傳入plc。再將plc調(diào)到“run”狀態(tài)，并點擊編程軟件中的“監(jiān)控/測試 ”，開始監(jiān)控。 設水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，當執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，電磁閥打開，開始往水池離境稅，如果進水超過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)就會自動報警。若4秒之后水池液位按預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，水泵開始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時，電磁閥就關閉，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