關(guān)于三菱PLC的水位控制系統(tǒng)的畢業(yè)設計

1、 畢業(yè)設計 題題 目：目： plc 水塔水位控制及應用系統(tǒng)設計 專業(yè)班級專業(yè)班級 ： 姓姓 名名 ： 學號：學號： 指導教師姓名：指導教師姓名： 20112011 年年 1010 月月 9 9 日日 目目 錄錄1 緒 論.1 1.1 可編程控制器的產(chǎn)生 .1 1.2 plc 的發(fā)展 .32plc 的基本結(jié)構(gòu) .42.1 中央處理單元(cpu) .42.2存儲器 .42.3 輸入/輸出模塊 .62.4 擴展模塊 .72.5 編程器 .72.6 plc 電源.83 plc 的工作原理與特點 .93.1 plc 的工作原理.93.2 plc 特點.114 梯形圖程序設計及工作過程分析.135 水塔水

2、位系統(tǒng)設計.145.1 水塔水位系統(tǒng) plc 硬件設計與調(diào)試 .145.2 水塔水位系統(tǒng)控制電路與輸入/輸出設備 .155.3 水塔水位控制系統(tǒng) plc 的輸入/輸出接口分配表 .166 水塔水位控制系統(tǒng) plc 軟件設計.166.1 水塔水位控制系統(tǒng)工作過程 .166.2 水塔水位控制系統(tǒng)程序流程圖 .166.3 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 .18結(jié) 論.19致 謝.20參考文獻.21摘 要隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)進步，現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)水平的日益提高，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在繼電器控制系統(tǒng)的基礎上產(chǎn)生了一種新型的工業(yè)控制裝置可編程控制器。隨著科技的發(fā)展和現(xiàn)實暴露的一些問題，以便能更快捷更方

3、便的完成一些任務，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，在水箱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，使水位保持在適當?shù)奈恢?。關(guān)鍵詞： 水位控制、plc 、故障報警abstractwith the development

4、 of modern social production and technological progress,the level of modern industrial automation increasingly rapid development of microelectronics technology machine, the relay control system based on a new generation of industrial control devices - programmable logic controller . with the develop

5、ment of technology and the reality of some of the problems exposed in order to be more efficient and more convenient to complete some tasks in the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. water level control applications in everyday life are

6、very wide, such as water towers, groundwater, hydropower and other water level control case. the water level detection can have a variety of implementation methods, such as mechanical control, logic control, electrical and mechanical control. in this paper, the main plc control, install an automatic

7、 water tank level measuring device. the conductivity of water use around the clock to measure the water level continuously changes, the measured water level changes into a corresponding electrical signal, the console application mcgs the received signal configuration software for data processing, co

8、mplete the corresponding level shows fault alarm information display, real-time display of curve and the curve of history, so that the water level maintained at the appropriate location.key words:water level control, plc, fault alarmplc 水塔水位控制及應用系統(tǒng)設計1 緒 論1.1 可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器是繼電器控制的基礎上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置，

9、它是將自動化技術(shù)、微型計算機技術(shù)及通訊技術(shù)融為一體的高可靠性的控制器，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，它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入或輸出，控制各類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設備，都應按照易于與工業(yè)控制形成一個整體，易于擴充其功能的原則來設計。它已經(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

10、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(shù)，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?(programmable controller)也可稱邏輯控制器(programmable logic controller),是以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?？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

11、電器 接觸器控制已經(jīng)有上百年的歷史，它是一種弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常實用，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

12、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)；4. 體積小于繼電器控制裝置；5. 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(guān)

13、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、通用性等優(yōu)點，用程序代替硬接線，減少了重新設計，重新接線的工作，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，使得不熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在編程上花費大量地精力，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，市電控制系統(tǒng)可方便地在需要的地方運行。所以，可編程控制器廣泛地應用于各工業(yè)領域。19

14、69 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)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)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(shù)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、美國ge 公司 ge

15、系列和德國西門子公司s 系列等。1.2 plc 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(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，plc 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三個階段。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。裝置中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(shù)

16、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(shù)運算、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，還增加了模擬量快、遠程 i/o 模塊、各種特殊功能模塊。

17、并擴大了存儲器的容量，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 的應用范圍得以擴大。進入八十年代中、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)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得 plc 軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。2 plc 的基本結(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)，如圖 2-1 所示。系統(tǒng)程序存儲器電源輸入電路中央處理單元（cpu）編程器輸出電路系統(tǒng)程序存儲器圖

18、 2-1 硬件結(jié)構(gòu)2.1 中央處理單元(cpu)中央處理單元(cpu)是 plc 控制中樞。它將 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)行邏輯或算術(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。為進一步提高 plc 可靠

19、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。2.2 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。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(el

20、ectrical 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)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 eprom 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該

21、 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。（4）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(guān)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(guān)量 i/o 映象區(qū)；模擬量 i/o 映象區(qū)。（5）系統(tǒng)軟設備

22、存儲區(qū) ：除 i/o 映象區(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。2.3 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

23、連接的接口。現(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感器輸出的開關(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

24、/輸出模塊和模擬量輸入輸出/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)字量輸入模塊帶有光電耦合電路，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

25、輸出鎖存器與 plc 的 i/0 總線掛接?，F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是 05 伏和 010 伏兩種。另外還有：0somv、05v、5+5v、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后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、10 位或 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)。2.4 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

26、強大和完善。智能 i/o 接口模塊種類很多，例如高速計數(shù)模塊、plc 控制模塊、數(shù)字位基于 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?？煲约爸悄?i/o模塊等。2.5 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(guān)信息打印出來或存放。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，這種編程器適合小型可編程控制器的編

27、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用多種編程語言編程，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、繪圖儀等設備連接，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?，也可直接編制成梯形圖，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plc機處于停機狀態(tài)時可以進行編

28、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)控方式對控制器中重新輸入程序的調(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，以便選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品

29、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，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊

30、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)自己實踐控制系統(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，所做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。2.6 plc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；3、鋰電池及其充

31、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。3 plc 的工作原理與特點31 plc 的工作原理最初研制生產(chǎn)的 plc 主要

32、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那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，

33、因此，plc 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式-掃描技術(shù)。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。plc 的 cpu 是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行，這種分時操作進程稱為 cpu 對程序的掃描。plc 的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。cpu從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。1、掃描技術(shù) 當 plc 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

34、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。如圖 3-1：圖 3-1 plc 掃描周期（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)中的相應的單元內(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

35、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

36、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，提高其可靠性，plc 的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，plc 采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)） 。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)

37、控制系統(tǒng)慢的多，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(guān)輸出端信號的改變所需的時間。如圖 3-2：上電run自診斷通訊輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新故障圖 3-2 plc 掃描周期示意圖3.2 plc 特點(一) 高可靠性1. 抗干擾能力強，適合于在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下運行，它完全不需要一般計算機所要求的環(huán)境。且所有的 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2. 各輸入端均采用 r-c 濾波器其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms.3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干

38、擾4. 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源5. 對采用的器件進行嚴格的篩選6. 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大7. 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),使可靠性更進一步提高(二) 系統(tǒng)采用了分散的模塊化結(jié)構(gòu)1. plc 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強電或弱電等。2. 有相應的 i/o 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，可針對各類不同控制需要進行組合，便于擴展；也易于檢查故障和維修更換，從而大大提高了效率。3. 直接連接，另外為了提高操作性能它還有多種人-機對話的

39、接口模塊，為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。(三) 采用了大規(guī)模集成電路技術(shù)和微處理器技術(shù)為了實現(xiàn)機電一體化，將其設計得緊湊、堅固、小體積，易于裝入機械設備內(nèi)部，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 的各個部件包括 cpu 電源 i/o 等均采用模塊化設計，由機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plc 的編程大多使用面向控制操作的控制邏輯語言。類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。(五)

40、安裝簡單維修方便plc 不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 plc 相應的 i/o 端相連接即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障，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)迅速恢復運行。4 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(shù)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接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半

41、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basic語言、c語言等，它們在某些廠家的plc中應用。通

42、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，相應某位觸

43、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“0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關(guān)系的聯(lián)鎖

44、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。5 水塔水位系統(tǒng)設計51 水塔水位系統(tǒng) plc 硬件設計

45、與調(diào)試水塔水位控制裝置如圖 5-1 所示。1、保持水池的水位在 s3s4 之間，當水池水位低于下限液位開關(guān) s4，此時 s4 為 on，電磁閥打開，開始往水池里注水，超過水池下限液位開關(guān) s4 時，此時水池下限液位開關(guān) s4 為 off，表示水位高于下限水位。當液面高于上限水位 s3 時，則 s3 為 on，電磁閥關(guān)閉。2、保持水塔的水位在 s1s2 之間，當水塔水位低于水塔下限水位開關(guān)s2 時，則水塔下限液位開關(guān) s2 為 on，則驅(qū)動電機 m 開始工作，向水塔供水。當 s2 為 off 時，表示水塔水位高于水塔下限水位。當水塔液面高于水塔上限水位開關(guān) s1 時，則 s1 為 on，電機 m

46、 停止抽水。當水塔水位低于下限水位時，同時水池水位也低于下限水位時，電機 m 不能啟動。圖 5-1 水塔水位控制裝置圖52 水塔水位系統(tǒng)控制電路與輸入輸入/ /輸出設備輸出設備1、水塔水位系統(tǒng)控制電路如圖 5-2 所示。圖 5-2 水塔水位系統(tǒng)控制電路2、水塔水位系統(tǒng)的輸入/輸出設備這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，只需選用一般中小型控制器即可。53 水塔水位控制系統(tǒng) plc 的輸入/輸出接口分配表水塔水位控制系統(tǒng) plc 的輸入/輸出接口分配表如表 5-1 所示：表 5-1 水塔水位系統(tǒng) plc 的輸入/輸出接口分配表輸入繼電器輸入變量名輸出繼電器輸出變量名x0控制開關(guān)y1電磁閥

47、yx1水塔上限液位開關(guān)y0電機 m1x2水塔下限液位開關(guān)x3水池上限液位開關(guān)x4水池下限液位開關(guān)s1 表示水塔的水位上限，s2 表示水塔水位下限，s3 表示水池水位上限，s4表示水池水位下限，m1 為抽水電機，y 為水閥。6 水塔水位控制系統(tǒng) plc 軟件設計61 水塔水位控制系統(tǒng)工作過程設水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的當水池水位低于水池低水位界（s4 為 on表示），閥y 打開進水（y 為 on）定時器開始定時，4 秒后，如果s4 還不為off，那么閥 y 指示燈閃爍，表示閥y 沒有進水，出現(xiàn)故障，s3 為 on 后，閥 y關(guān)閉（y 為 off）。當 s4 為 off 時，且水塔水位低于水塔低水位界時s2 為 on，電機 m 運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水塔高水位界