基于PLC的水塔供水系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計

1、摘要在一般住宅或大樓頂樓常設(shè)置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶使用,另備有地下水槽儲存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔進(jìn)水使用。由于當(dāng)前可編程序控制器(PLC)技術(shù)已日趨成熟,因而考慮利用它來實(shí)現(xiàn)水塔/水箱供水控制。多年來，可編程控制器（簡稱PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍，今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。本篇文章在水塔水位控制系統(tǒng)中使用了可編程序的邏輯控制器裝置。設(shè)計和實(shí)現(xiàn)了一種采用PLC可編程序控制器為主控制機(jī)的水塔水位控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)水塔供水的基礎(chǔ)

2、上,針對目前比較流行的控制技術(shù)，利用PLC等器件構(gòu)成了水塔水位的控制系統(tǒng)。本文詳細(xì)論述了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、操作流程和控制方法，以及各器件之間的協(xié)調(diào)控制方法,實(shí)現(xiàn)了對供水的自動控制,提高了供水質(zhì)量。關(guān)鍵詞：PLC，水塔水位，自動控制系統(tǒng)Design of The water tower supplying water monitoring based on PLCABSTRACTInorder to achieve the goal of energy conservation,enhances the quality of the water supply system,it consider t

3、o use the technology of programmable logic controller,the relay and the sensor,designs a set of practical water monitor plan.It coordinate the software in the hardware foundation to realize the low warning water level to report,and design two kinds of working way manual and automatic.For many years,

4、 The programmable controller (PLC) produces from it to the present, has realized the wiring logic to the stored logic leap， Today's PLC in the processing simulation quantity, the digital operation,the man-machine connection and network various aspects ability largely enhanced, becomes the indust

5、rial control domain mainstream the control device, is playing more and more major role in the various trades and occupations.This article named the appliance of Programmable Logic Controller in the controlling system of water-tower's water level. It designs and realizes a kind of water leve

6、l water tower control system, which is adopted PLC Programmable Logic Controller as the center computer. The system according to traditional water tank supporting water, in view of the quite popular control technology, using components and so on PLC constituted the water tank water mo

7、nitor system at present. It describes system hardware structure, operation process and controlling means, and how to control with harmony between these devices in detail. It realizes constant voltage automatic control supporting water, and improves the quantity of supporting water.KEY WORDS:PLC,Wate

8、r Level Water Tower,Auto Control System目錄前言1第1章概述21.1 PLC的定義和概念21.2 PLC的特點(diǎn)31.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)41.3.1 中央處理單元(CPU)41.3.2 存儲器51.3.3 電源51.4 PLC的內(nèi)部構(gòu)成51.4.1 PLC的構(gòu)成51.4.2 CPU的構(gòu)成51.4.3 I/O模塊61.4.4 電源模塊61.4.5 底板或機(jī)架61.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域71.5.1 開關(guān)量的邏輯控制71.5.2 模擬量控制71.5.3 運(yùn)動控制71.5.4 過程控制71.5.5 數(shù)據(jù)處理81.5

9、.6 通信及聯(lián)網(wǎng)81.6 PLC未來展望8第2章水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計92.1 用PLC設(shè)計的水塔水位自動控制系統(tǒng)92.2 I/O分配表92.3 水泵的主電路圖102.4 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備112.5 水塔水位控制系統(tǒng)的梯形圖112.6 水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖132.7 編程語言142.8 工作過程15第3章水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計163.1 建立組態(tài)王新工程163.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面183.3 圖庫管理器203.4 定義IO設(shè)備213.5 變量類型253.5.1 基本變量的類型253.5.2 變量的數(shù)據(jù)類型253.6 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫263.7 建立動畫連接273.7.1 水塔水位控制

10、系統(tǒng)的組態(tài)畫面283.7.2 各個圖素動畫連接設(shè)備283.7.3 命令語言313.7.4 PLC與組態(tài)的連接32結(jié)論35謝辭36參考文獻(xiàn)37外文資料翻譯39前言水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)供水系統(tǒng)大多采用水塔、高位水箱或氣壓罐式增壓設(shè)備，用水泵以高出實(shí)際用水高度的揚(yáng)程來“提升”水量，其結(jié)果增大了水泵的軸功率和能耗?，F(xiàn)研究設(shè)計的水塔水位控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水泵無級調(diào)速。依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，保持水壓恒定以滿足用水要求，是當(dāng)今先進(jìn)、合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。供水是一個關(guān)系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對城市供水提出

11、了更高的要求，要滿足及時、準(zhǔn)確、安全保證充足供水，如果仍然沿用人工方式，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，為此必須進(jìn)行水塔水位控制自動化系統(tǒng)的改造?？删幊炭刂破?PLC)是以計算接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。因其高可靠性和較高的性價比在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。本文針對目前比較流行的控制技術(shù)，利用PLC和傳感器構(gòu)成了水塔水位的控制系統(tǒng)。改造后的水塔水位自

12、控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水塔水位自動控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守。第1章概述1.1 PLC的定義和概念是指以計算接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的

13、機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。PLC問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA(National Electrical Manufactory Association) 經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC(Programmable Controller),并給PC作了如下定義：PC是一

14、個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。 以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿、第二稿，并在1987年2月通過了對它的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過

15、程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計?？傊删幊炭刂破魇且慌_計算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計編制。1.2 PLC的特點(diǎn)1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些

16、使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可

17、用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成種控制各系統(tǒng)變得非常容易。3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲邏輯

18、代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。1.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同。中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢

19、查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(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，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，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的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲

20、器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓去波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上。1.4 PLC的內(nèi)部構(gòu)成1.4.1 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合

21、配置。CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析

22、CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。I編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器

23、件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多

24、可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。1.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(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行業(yè)，使用情況大致可歸納為

25、如下幾類。開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用

26、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)器人、電梯等場合。過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含

27、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.6 PLC未來展望2

28、1世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備，會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Dis

29、tributed ControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。第2章水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計2.1 用PLC設(shè)計的水塔水位自動控制系統(tǒng)水塔水位控制模擬圖如圖2-1所示。圖2-1水塔水位控制模擬圖圖2-1為水塔水位控制模擬圖。當(dāng)水位低于水池低水位界（S1為ON表示），閥門Y打開進(jìn)水（Y為ON），定時器開始定時，4秒后，如果S1還不為OFF，那么閥門Y指示燈閃爍，表示閥門Y沒有進(jìn)水，出現(xiàn)故障，S2為ON后，閥門Y關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)S1為OFF時，且水塔

30、水位低于水塔低水位界時S3為ON，電機(jī)M帶動水泵運(yùn)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 I/O分配表首先先確定該系統(tǒng)的輸入輸出信號，在該系統(tǒng)里面共有5個輸入信號和7個輸出信號，具體分配如表2-1所示。表2-1水塔水位自動控制的I/O分配表輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名水塔上限位電磁閥水塔下限位水泵水池上限位水池下限指示燈a1水池下限位水池上限指示燈a2控制開關(guān)水塔下限指示燈a3水塔上限指示燈a4報警指示燈a52.3 水泵的主電路圖水塔水位控制系統(tǒng)中水泵的主電路圖如圖2-2所示。圖2-2水泵的主電路2.4 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制

31、要求，它有5個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)數(shù)有8個，輸入、輸出觸點(diǎn)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(diǎn)作出地址分配，水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如圖2-3所示。圖2-3水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖2.5 水塔水位控制系統(tǒng)的梯形圖水塔水位控制系統(tǒng)的梯形圖如圖2-4所示。圖2-4水塔水位控制系統(tǒng)的梯形圖2.6 水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖如圖2-5所示。圖2-5 水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖2.7 編程語言Network 1Network 2TON T37, 40Network 3Network 4LD T37LPSAN T38LPPAN T39TON

32、 T38, 10Network 5LD T38TON T39, 10Network 6Network 7Network 8 Network 9 2.8 工作過程在原始狀態(tài)的情況下（既水塔和水池都沒水），水池上限和水池下限指示燈及水塔上限和水塔下限指示燈都是亮著的。當(dāng)扳上開關(guān)按鈕的時候，電磁閥Q0.1開始工作，當(dāng)水流流到水池下限位時，既4秒之后，如果水池下限指示燈仍然亮著，這個時候電磁閥指示燈一閃一閃，表示電磁閥出了故障停止工作，系統(tǒng)開始報警。當(dāng)水池下限指示燈不亮的時候，水池水位開始往上升，同時水泵動作，開始往水塔里抽水。當(dāng)水位到水塔下限時，這時水塔下限指示燈Q0.5不亮。同時水池水位繼續(xù)往上升

33、，當(dāng)上升到水池上限位時，既水池灌滿水之后，此時電磁閥不動作。水泵繼續(xù)往水塔抽水，抽水的同時水池的水位會下降，當(dāng)下降到水池上限位以下時，此時水池上限指示燈變亮，而水塔的水位往上升。當(dāng)上升到水塔上限時，水塔上限指示燈不亮。此時電磁閥動作，當(dāng)水池灌滿水之后結(jié)束。第3章水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計3.1 建立組態(tài)王新工程要建立新的組態(tài)王工程，請首先為工程指定工作目錄（或稱“工程路徑”）?！敖M態(tài)王”用工作目錄標(biāo)識工程，不同的工程應(yīng)置于不同的目錄。工作目錄下的文件由“組態(tài)王”自動管理。啟動“組態(tài)王”工程管理器（ProjManager），選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出如圖3-1所示。圖3-1

34、 新建工程向?qū)б粏螕簟跋乱徊健崩^續(xù)。彈出“新建工程向?qū)еυ捒颉?，如圖3-2所示。圖3-2 新建工程向?qū)Ф诠こ搪窂轿谋究蛑休斎胍粋€有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕，在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑。單擊“下一步”繼續(xù)。彈出“新建工程向?qū)е龑υ捒颉?，如圖3-3所示。圖3-3 新建工程向?qū)诠こ堂Q文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當(dāng)前工程的路徑名稱。在工程描述文本框中輸入對該工程的描述文字。工程名稱長度應(yīng)小于32個字節(jié)，工程描述長度應(yīng)小于40個字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。系統(tǒng)會彈出對話框，詢問用戶是否將新建工程設(shè)為當(dāng)前工程，如圖3-4所示。圖3-4 是否設(shè)為

35、當(dāng)前工程對話框單擊“否”按鈕，則新建工程不是工程管理器的當(dāng)前工程，如果要將該工程設(shè)為新建工程，還要執(zhí)行“文件設(shè)為當(dāng)前工程”命令；單擊“是”按鈕，則將新建的工程設(shè)為組態(tài)王的當(dāng)前工程。定義的工程信息會出現(xiàn)在工程管理器的信息表格中。雙擊該信息條或單擊“開發(fā)”按鈕或選擇菜單“工具切換到開發(fā)系統(tǒng)”，進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。3.2 創(chuàng)建組態(tài)畫面進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形（圓角矩形）、直線、橢圓（圓）、扇形（圓?。?、點(diǎn)位圖、多邊形（多邊線）、文本等基本圖形對

36、象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復(fù)雜的圖形對象。提供了對圖形對象在窗口內(nèi)任意移動、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具。“組態(tài)王”采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面。用戶構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。同時支持畫面之間的圖形對象拷貝，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。繼續(xù)上節(jié)的工程，進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“文件畫面”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出對話框如圖3-5所示。圖3-5 新建畫面在“畫面名稱”處輸入新的

37、畫面名稱，如leipeng，其它屬性目前不用更改。點(diǎn)擊“確定”按鈕進(jìn)入內(nèi)嵌的組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)。如圖3-6所示。圖3-6組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)3.3 圖庫管理器使用圖庫開發(fā)工程界面有三個方面好處：降低人工設(shè)計界面的難度；用圖庫開發(fā)的軟件將具體有統(tǒng)一的外觀；利用圖庫的開放性，工程人員可以生成自己的圖庫元素。組態(tài)王為了便于用戶更好的使用圖庫，提供圖庫管理器。圖庫管理器集成了圖庫管理的操作，點(diǎn)擊“編輯”，彈出下拉菜單，在統(tǒng)一的界面上完成“創(chuàng)建圖庫精靈”、“更改圖庫名稱”、“加載用戶開發(fā)的精靈”、“刪除圖庫精靈”等，如圖3-7所示。圖3-7圖庫管理器本設(shè)計具體操作是：選擇菜單“圖庫/打開圖庫”或按F2鍵打開圖

38、庫管理器。在圖庫管理器左側(cè)名稱列表中選擇圖庫名稱“反應(yīng)器”，從中選中反應(yīng)器，雙擊鼠標(biāo)，圖庫管理器自動關(guān)閉，在工程畫面上，鼠標(biāo)位置出現(xiàn)“”標(biāo)志。在畫面上打擊鼠標(biāo)，該圖素就被放置在畫面上。拖動邊框到適當(dāng)?shù)奈恢?，改變其大小。在圖庫管理器中選擇不同的圖素，在畫面上分別做出四個感應(yīng)器、五個指示燈、水塔、水池、電磁閥、水泵。選擇工具箱中的立體管道工具，在畫面上，鼠標(biāo)圖形邊為“”形式，在適當(dāng)位置作為立體管道的起始位置，單擊鼠標(biāo)左鍵，然后移動鼠標(biāo)到結(jié)束位置后，雙擊，則立體管道在畫面上顯示出來。如果立體管道需要拐彎，只需在折點(diǎn)處單擊鼠標(biāo)，然后繼續(xù)移動鼠標(biāo)，就可實(shí)現(xiàn)折線形式的立體管道。選中所畫的立體管道，在調(diào)色板

39、上的對象選擇按鈕中按下線條按鈕，再選色區(qū)選擇某種顏色，則立體管道變?yōu)橄鄳?yīng)的顏色。通過菜單“工具/選中圓角矩形”可選擇短點(diǎn)的矩形；另外復(fù)制幾段，選擇工具中的合并單元，就生成了在管道中流動的水。這樣一個簡單的水塔水位控制系統(tǒng)靜態(tài)畫面就建立起來了。靜態(tài)畫面如圖3-8所示。圖3-8 靜態(tài)畫面3.4 定義IO設(shè)備本設(shè)計中使用仿真PLC和組態(tài)王通信。仿真PLC可以模擬PLC為組態(tài)王提供數(shù)據(jù)。假設(shè)仿真PLC連接在計算機(jī)的COM1口。繼續(xù)上節(jié)的工程。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“設(shè)備COM1”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，運(yùn)行“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-9所示。圖3-9設(shè)備配置向?qū)б贿x擇“S7-20

40、0系列”的“PPI”項(xiàng)，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-10所示。圖3-10設(shè)備配置向?qū)Ф橥獠吭O(shè)備取一個名稱，輸入PLC，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-11所示。圖3-11設(shè)備配置向?qū)秊樵O(shè)備選擇連接串口，假設(shè)為COM1，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-12所示。圖3-12設(shè)備配置向?qū)奶顚懺O(shè)備地址為2，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-13所示。圖3-13設(shè)備配置向?qū)逶O(shè)置通信故障恢復(fù)參數(shù)(一般情況下使用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置即可)，單擊“下一步”，彈出“設(shè)備配置向?qū)А?，如圖3-14所示。圖3-14設(shè)備配置向?qū)Я垯z查各項(xiàng)設(shè)置是否正確，確認(rèn)無誤

41、后，單擊“完成”。 設(shè)備定義完成后，可以在工程瀏覽器的右側(cè)看到新建的外部設(shè)備“PLC”。在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把IO變量連結(jié)到這臺設(shè)備上，它就可以和組態(tài)王交換數(shù)據(jù)了。變量類型基本變量的類型變量的基本類型共有兩類：內(nèi)存變量、I/O變量。IO變量是指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量，如下位機(jī)數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如PLC、儀表等）或其它應(yīng)用程序（如DDE、OPC服務(wù)器等）。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的，就是說：在“組態(tài)王”系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每當(dāng)I/O變量的值改變時，該值就會自動寫入下位機(jī)或其它應(yīng)用程序；每當(dāng)下位機(jī)或應(yīng)用程序中的值改變時，“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。所以，那些從下位機(jī)采集

42、來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機(jī)的指令，比如“反應(yīng)罐液位”、“電源開關(guān)”等變量，都需要設(shè)置成“I/O變量”。內(nèi)存變量是指那些不需要和其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機(jī)得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量，比如計算過程的中間變量，就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。變量的數(shù)據(jù)類型組態(tài)王中變量的數(shù)據(jù)類型與一般程序設(shè)計語言中的變量比較類似，主要有以下幾種：u 實(shí)型變量類似一般程序設(shè)計語言中的浮點(diǎn)型變量，用于表示浮點(diǎn)（float）型數(shù)據(jù)，取值范圍10E-3810E+38，有效值7位。u 離散變量類似一般程序設(shè)計語言中的布爾（BOOL）變量，只有0，1兩種取值，用于表示一些開關(guān)量。u 字符串型變量類似一般程序設(shè)計語言中

43、的字符串變量，可用于記錄一些有特定含義的字符串，如名稱，密碼等，該類型變量可以進(jìn)行比較運(yùn)算和賦值運(yùn)算。字符串長度最大值為128個字符。u 整數(shù)變量類似一般程序設(shè)計語言中的有符號長整數(shù)型變量，用于表示帶符號的整型數(shù)據(jù)，取值范圍21474836482147483647。當(dāng)組態(tài)王工程中定義了結(jié)構(gòu)變量時（關(guān)于結(jié)構(gòu)變量的定義詳見5.5結(jié)構(gòu)變量一節(jié)），在變量類型的下拉列表框中會自動列出已定義的結(jié)構(gòu)變量，一個結(jié)構(gòu)變量做為一種變量類型，結(jié)構(gòu)變量下可包含多個成員，每一個成員就是一個基本變量，成員類型可以為：內(nèi)存離散、內(nèi)存整型、內(nèi)存實(shí)型、內(nèi)存字符串、IO離散、IO整型、IO實(shí)型、IO字符串。3.6 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)

44、庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，所有這一切都是以實(shí)時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)，所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在TouchVew運(yùn)行時，它含有全部數(shù)據(jù)變量的當(dāng)前值。變量在畫面制作系統(tǒng)組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)中定義，定義時要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為“數(shù)據(jù)詞典”，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息。繼續(xù)上節(jié)的工程。選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)詞典”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“變量屬性”對話框，分別定義：自動開

45、關(guān)1、自動開關(guān)2、自動開關(guān)3、自動開關(guān)4、a1、a2、a3、a4、a5、水泵、電池閥、水池液位、水塔液位、水流1、水流2、水流3、水流4、水流5、水流6。如圖3-15、3-16所示，其它圖略。圖3-15 指示燈a1變量定義圖3-16水塔水位變量定義3.7 建立動畫連接完成對基本變量的定義，才可以進(jìn)行動畫連接，即讓畫面動起來。在畫面上分別對各個圖素進(jìn)行動畫連接，如果雙擊圖素，顯示單元內(nèi)沒有動畫連接，說明該圖素不存在動畫連接或者定義錯誤。水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)畫面如圖3-17所示。圖3-17水塔水位控制畫面3.7.2 各個圖素動畫連接設(shè)備（1）水塔圖素與變量“水塔水位”連接，雙擊圖素，彈出如圖3-

46、18所示畫面，添加變量，進(jìn)行設(shè)置。圖3-18水塔圖素與變量“水塔水位”連接（2）泵圖素與變量“水泵”連接，雙擊圖素，彈出如圖3-19所示畫面，添加變量，進(jìn)行設(shè)置。圖3-19泵圖素與變量“水泵”連接（3）電磁閥圖素與變量“電磁閥”連接，雙擊圖素，彈出如圖3-20所示畫面，添加變量，進(jìn)行設(shè)置。圖3-20電磁閥圖素與變量“電磁閥”連接（4）水池圖素與變量“水池液位”連接，雙擊圖素，彈出如圖3-21所示畫面，添加變量，進(jìn)行設(shè)置。圖3-21水池圖素與變量“水池液位”連接（5）水流圖素與變量“水流4”連接，雙擊圖素，彈出如圖3-22所示畫面，添加變量，進(jìn)行設(shè)置。圖3-22水流圖素與變量“水流4”連接3.7

47、.3 命令語言組態(tài)王的命令語言包括：畫面命令語言、數(shù)據(jù)改變命令語言、事件命令語言、熱鍵命令語言何自定義函數(shù)命令語言。本設(shè)計重點(diǎn)使用應(yīng)用程序命令語言。如圖3-23所示。圖3-23 畫面命令語言定義打開命令語言下的應(yīng)用程序命令語言，選擇存在時，輸入如下完整的代碼。if(電磁閥=1)水流1=水流1+1;水流2=水流2+1;水流3=水流3+1;水池液位=水池液位+1;if(水池液位>=10&&自動開關(guān)1=0)水流1=水流1+1;水流2=水流2+1;水流3=水流3+1;水池液位=水池液位+1;else水池液位=10;if(水流1>=10)水流1=0;if(水流2>=10

48、)水流2=0;if(水流3>=10)水流3=0;if(水池液位>=100)水池液位=100;if(水泵=1)水流4=水流4+1;水流5=水流5+1;水流6=水流6+1;水塔液位=水塔液位+1;水池液位=水池液位-1;if(水流4>=10)水流4=0;if(水流5>=10)水流5=0;if(水流6>=10)水流6=0;if(水塔液位>=100)水塔液位=100;要在數(shù)據(jù)詞典中定義以上代碼中使用的變量，或則會報錯，顯示變量未定義。除中文外，其它須在英文輸入法下進(jìn)行，后則也會顯示變量未定義。3.7.4 PLC與組態(tài)的連接打開工程瀏覽器，選擇“設(shè)備/COM1”，右擊

49、“PLC1”，彈出快捷菜單，選擇“測試PLC1”，彈出“串口設(shè)備測試”對話框。對話框共分為兩個兩個屬性頁：通訊參數(shù)、設(shè)備測試?！巴ㄓ崊?shù)”屬性頁中主要定義設(shè)備連接的串口的參數(shù)、設(shè)備的定義等，如圖3-43所示。選擇要進(jìn)行通訊測試的設(shè)備的寄存器。設(shè)備通訊測試，使用戶很方便的就可以了解設(shè)備的通訊能力，而不必先定義很多的變量和做一大堆的動畫連接，省去了很多工作，而且也方便了變量的定義。l 寄存器：從積存器列表中選擇寄存器名稱，并填寫寄存器的序號。如本設(shè)計中的“I”寄存器的“I0.0”。然后從“數(shù)據(jù)類型”列表框中選擇寄存器的數(shù)據(jù)類型。l 添加：單擊該按鈕，將定義的寄存器添加到“采集列表”中，等待采集。l

50、 刪除：如果不再需要測試某個采集列表中的寄存器，在采集列表中選擇該寄存器，單擊該按鈕，將選擇的寄存器從采集列表中刪除。l 讀取/停止：當(dāng)沒有進(jìn)行通訊測試的時候，“讀取”按鈕可見，單擊該按鈕，對采集列表中定義的寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。同時，“停止”按鈕變?yōu)榭梢姟．?dāng)需要停止通訊測試時，單擊“停止”按鈕，停止數(shù)據(jù)采集，同時“讀取”按鈕變?yōu)榭梢?。處在現(xiàn)在這樣，就說明設(shè)備通訊測試已經(jīng)成功，此時PLC已經(jīng)與組態(tài)連接上，組態(tài)可以運(yùn)行，可以看到預(yù)想的效果。如圖3-24所示。圖3-24串口設(shè)備測試設(shè)備測試屬性頁這樣，一個仿真的組態(tài)畫面就完全建成了，保存所有的操作，運(yùn)行效果如圖3-25所示。圖3-25 運(yùn)行效果（1）圖3-25 運(yùn)行效果（2）結(jié)論 隨著人民生活水平的逐步提高,對供水系統(tǒng)的要求也越來越高,國家在對各種建筑物的規(guī)劃及設(shè)計中,規(guī)定供水系統(tǒng)不僅可以正常供水,而且還要具有消防功能。本文只是采用了可編程控制器PLC制作了一個普通的水塔供水控制系統(tǒng)，讓人們對供水系統(tǒng)有個大概的了解。畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)生活的總結(jié)，也可能是對有些人學(xué)習(xí)生涯的一個總結(jié)，不管是什么樣的結(jié)局，每個人都希望是完美的。當(dāng)然我也不列外。所以在這僅有的幾周里我努力的做好我的設(shè)計，在設(shè)計過程中，我通過上網(wǎng)查閱，到圖書館翻閱有關(guān)書籍，學(xué)到了不少的東西。在這期間特別是對PLC編程及梯形圖、指令表都有了一個更深入的了解，知