畢業(yè)設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、江蘇城市職業(yè)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 2011 屆）設(shè)計(jì)（論文）題目 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 辦 學(xué) 點(diǎn) （系）江蘇城市職業(yè)學(xué)院武進(jìn)辦學(xué)點(diǎn) 機(jī)電工程系 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 班級(jí) 08電氣自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 080203350109 學(xué)生姓名 李榮波 起訖日期 2010.122011.4 地點(diǎn)江蘇城市職業(yè)學(xué)院武進(jìn)辦學(xué)點(diǎn)指導(dǎo)教師 顧曙敏 職稱 副教授 2011年 4 月 20 日江蘇城市職業(yè)學(xué)院教務(wù)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(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指

2、令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破饕云浜?jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，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(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)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(shè)計(jì)及工作過(guò)程分析9第二章 水塔水位系統(tǒng)plc硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)133.1 工作過(guò)程133.

3、2 梯形圖 133.3 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令表133.4 調(diào)試14第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)17辭謝 18參考文獻(xiàn) 18摘 要 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)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，在水塔上安裝一個(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)應(yīng)用mcgs組態(tài)軟件對(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

4、當(dāng)?shù)奈恢?。關(guān)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(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(guò)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(guò)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?？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(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡(jiǎn)稱pc。為了與個(gè)人電腦（也簡(jiǎn)稱pc）相混淆通常將可編程控制器稱為plc?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和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經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改

6、造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個(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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)要求，此問(wèn)題首先被美國(guó)通用汽車公司（gm公司）提了出來(lái)。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是著名的gm10條，即:1. 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)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(jì)算機(jī)；6. 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；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(dòng)電磁閥，接觸器等；9. 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4k。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(lái)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、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線

8、的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言，利用面向控制過(guò)程，面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，其標(biāo)志性語(yǔ)言是極易為it電器人員掌握的梯形圖語(yǔ)言，使得部熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費(fèi)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(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(wèn)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)

9、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。我國(guó)在八十年代初才開始使用plc，目前從國(guó)外應(yīng)進(jìn)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(guó)ge公司ge系列和德國(guó)西門子公司s系列等。1.2的發(fā)展雖然plc問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，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(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(guò)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(shí)等。它在硬件上 以計(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(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

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(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。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

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(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)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。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

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(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。進(jìn)一步提高plc可靠性，近年來(lái)對(duì)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(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

14、。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。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)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：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)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(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。（1）i/o映象區(qū)：plc投入運(yùn)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(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲(chǔ)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(gè)開關(guān)量i/o占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量i/o占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)字（16個(gè)bit）。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

16、映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：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）存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持存儲(chǔ)區(qū)域，前者plc斷電時(shí)，由內(nèi)部鋰電池供電，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(lái)存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時(shí)指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的的產(chǎn)生過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過(guò)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(guò)程連接的

17、借口。現(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(guò)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)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)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

18、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(guò)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?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(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

20、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)信息打印出來(lái)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(jiǎn)易編程器)；2.圖形編程器；3.用于ibmpc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(guò)按鍵輸入指令，通過(guò)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(lái)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。使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ)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ibmpc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

22、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

23、擇其中一種方式工作。現(xiàn)在產(chǎn)品越來(lái)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，而很多小型機(jī)僅有10來(lái)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(guò)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(kuò)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(kuò)展模板來(lái)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)已運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(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

25、；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。.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(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型計(jì)算機(jī)的

27、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(méi)有什么區(qū)別了。 1、 掃描技術(shù) 當(dāng)p lc投入運(yùn)行后，其工作過(guò)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。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(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

28、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。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)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

29、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)排在其上面的程序起作用。 （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(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。2、plc的i/o響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)plc的抗干擾能力，提高其可*性，plc的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)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(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得plc得i/o響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。所謂i/o響應(yīng)時(shí)間指從plc的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。如下圖：1.梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過(guò)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(shuō)，易被接受。繼電器

31、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(guò)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。高級(jí)語(yǔ)言類似于bacic語(yǔ)言、c語(yǔ)言等，它們?cè)谀承S家的plc

32、中應(yīng)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(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(méi)有真實(shí)的電流流過(guò)。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，

33、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

34、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)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過(guò)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。第二章 水塔水位系統(tǒng)plc硬件設(shè)計(jì)水塔水位控制

35、系統(tǒng)的控制要求當(dāng)水位低于水池低水位界時(shí)，液位傳感器輸出信號(hào)為（即為on），控制電動(dòng)機(jī)m1運(yùn)轉(zhuǎn)，水池開始進(jìn)水，同時(shí)定時(shí)器也進(jìn)行定時(shí)，4s后，如果s1的輸出信號(hào)仍為on，表示進(jìn)水管內(nèi)沒(méi)有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)水位達(dá)到s2位置時(shí)，s2液位傳感器輸出信號(hào)為1（即s2為on），電動(dòng)機(jī)m1停止運(yùn)行。當(dāng)水塔水位低于水塔低水位界時(shí)，水塔液位傳感器s3輸出信號(hào)為1（即s3為on），且s1輸入信號(hào)為0時(shí)（即水池內(nèi)有蓄水），電動(dòng)機(jī)m2運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)（即s4為1），電動(dòng)機(jī)m2停止工作。水池和水塔的進(jìn)水也可由手動(dòng)進(jìn)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(duì)水池水位進(jìn)行水位檢測(cè)，若水位低于最低水位時(shí)，m1電動(dòng)機(jī)工作，自來(lái)水從進(jìn)水口流入，若進(jìn)水口沒(méi)有水流入時(shí)，表示故障產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)達(dá)到最高水位時(shí)，m1電動(dòng)機(jī)停止工作。當(dāng)水塔水位低于最低水位時(shí)，且水池內(nèi)有水，m2電動(dòng)機(jī)工作。當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)，m2電動(dòng)機(jī)停止工作。 m1和m2電動(dòng)機(jī)均可手動(dòng)控制，加上電源的開關(guān)控制，因此需要4個(gè)控制按鈕，s1s4液位傳感器可理解為行程開關(guān)，信號(hào)為1表示觸電閉合，信號(hào)為0表示觸電斷開。m1和m2電動(dòng)機(jī)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(gè)輸入點(diǎn)和3個(gè)輸出點(diǎn)，輸入/輸出分配表如下圖所示 元件代號(hào)功能輸入元件代號(hào)功能輸出sb1啟動(dòng)開關(guān)x0km1電動(dòng)機(jī)m1y0s1水池下限液位開關(guān)x1km2電動(dòng)機(jī)m2y1s2水池上限液位開關(guān)x2l1水池下限指示燈y2s3水塔下限液位開關(guān)x3l2水池上限指示燈y3s4水塔上限液位開關(guān)x4l3水塔下限指示燈y4sb2水池進(jìn)水啟動(dòng)x5l4水塔上限指示燈y5sb3水池水塔進(jìn)水停止x6sb4水塔進(jìn)水啟動(dòng)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(shè)計(jì)3.1 工作過(guò)程設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的。當(dāng)執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時(shí)，m1電動(dòng)機(jī)

38、工作，開始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過(guò)5s，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若5s只有水池液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作。此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過(guò)了下限位了，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，電機(jī)m2開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，m1停止工作，但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，未觸及行程開關(guān)s4，電機(jī)m2繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，觸及行程開關(guān)s4，m2停止工作。但剛剛給水塔供水的時(shí)候，電機(jī)m1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，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(shè)計(jì)的梯形圖如下3.3 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)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(jì)算機(jī)與plc用編程電纜連接起來(lái)，把plc調(diào)“stop”狀態(tài)。打開計(jì)算機(jī)中的swopc-fxgp/win-c編程軟件，并新建文件。如下圖所示。點(diǎn)擊上圖中的確認(rèn)，打開如下圖所示頁(yè)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(diǎn)擊編程軟件中的“監(jiān)控/測(cè)試 ”，開始監(jiān)控。 設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，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(guò)4秒，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)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(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過(guò)了下限位了.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，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)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(shí)，水塔液位超過(guò)水塔