畢業(yè)設(shè)計(jì) 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng) -

1、學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I摘要 供水是一個(gè)關(guān)系國計(jì)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，對城市供水提出了更高的要求，要滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全保證充足供水，如果仍然沿用人工方式，勞動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)的改造?？删幊炭刂破? PLC) 因其高可靠性和較高的性價(jià)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)成了水塔水位恒的控制系統(tǒng)。改造后的水塔水位自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無人值守。關(guān)鍵詞: 可編程邏輯控制器（PLC） 水塔水位 自動(dòng)控制學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IIAbst

2、ractWater supply is a major industry involving the interests of the state and the people. With development of society and the improvement of the peoples livelihood, city water supply has been brought forward a higher request. It needed to be timely , accurate and safely to plentifully conduct water

3、supply. If we still continue to use a way of the man-power, the intensity of labor are high , availability is low and the security is difficult to ensure .We must carry out water tower water level under the control of automatic system reforming for this purpose . Programmable Logic Controller (PLC)

4、is applied broadly in industrial control because of high reliability and higher nature price. The main body of this paper on the control technology is aimed at being popular for at present comparatively, which makes the using of PLC and the sensor to compose water tower control system of permanent w

5、ater level. Water tower control system after being reformed have realized water tower water level auto-controlling system , long-range supervisory control, and nobodys value guards realization.Key wards：Programmable Logic Controller. water pool water lever. automatically controls目錄摘要摘要.I IABSTRACTAB

6、STRACT.IIII第一章第一章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展.1 11.1 水塔供水的發(fā)展 .11.2 傳感器和 PLC 的應(yīng)用 .2第二章第二章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成.3 32.1 系統(tǒng)構(gòu)成及其控制要求 .32.1.系統(tǒng)框圖 .5第三章第三章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).5 53.1 水泵電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) .53.2 水位傳感器的選擇： .7第四章第四章 PLCPLC 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) .8 84.1 可編程序控制器(PLC)簡介 .84. 2 PLC 工作原理.94.2.1 掃描的概念.94. 2

7、. 2 PLC 的工作過程.94. 3 PLC 的編程語言-梯形圖.114.4 編程軟件的簡介和梯形圖的基本繪制規(guī)則.124.5 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .15第五章第五章 結(jié)束語（系統(tǒng)總結(jié)分析）結(jié)束語（系統(tǒng)總結(jié)分析）.21215.1 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) .215.2 結(jié)束語 .21參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2323致致 謝謝.2424學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1第一章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展1.1 水塔供水的發(fā)展中國的城鎮(zhèn)供水具有 120 年的悠久歷史。自 1879 年中國的旅順建成第一座供水設(shè)施開始到 1949 年，全國只有 60 個(gè)城市有供水設(shè)施，日供水能力 186萬立方米。到 197

8、8 年，全國有 467 個(gè)城市建有供水設(shè)施，日供水能力達(dá)到6382 萬立方米。改革開放以來，供水事業(yè)有了較快的發(fā)展，到 1998 年底，中國 668 個(gè)城市，具備日供水能力 20992 萬立方米。另外，全國有 13922 個(gè)小城鎮(zhèn)，建有水廠 13828 座，日供水能力達(dá)到 2111 萬立方米。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大規(guī)模開展，我國城市給水工程建設(shè)也得到了飛速發(fā)展。舊式的水塔供水控制系統(tǒng)是通過繼電器接觸線路控制開停泵機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制水塔水位的。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是控制線路復(fù)雜，維護(hù)工作繁重，操作麻煩，可靠性低，故障率高，而且供水量的增加也增加了供水人員的數(shù)量以及勞動(dòng)量。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工控領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，

9、可編程控制 PLC 已具有很強(qiáng)的通訊功能，PLC 系統(tǒng)也從單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)、分散型控制系統(tǒng)，發(fā)展到遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)。人們對供水系統(tǒng)的要求也越來越高如何及時(shí)、安全的供水成為不可避免的問題。能夠準(zhǔn)確有效的控制水塔水位達(dá)到供水要求就成為供水系統(tǒng)急需解決的問題。1.2 傳感器和 PLC 的應(yīng)用現(xiàn)代水塔控制系統(tǒng)中大量先進(jìn)儀表和設(shè)備的大量應(yīng)用對其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了越來越高的要求,傳統(tǒng)的人工手動(dòng)操作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能獲得好的控制品質(zhì)?？删幊炭刂破? PLC) 因其高可靠性和較高的性價(jià)比在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。水塔水位控制系統(tǒng)中每個(gè)工藝段的設(shè)備及檢測儀表相對集中, 控制相對獨(dú)立,而 P

10、LC 特別適用于這樣的系統(tǒng)特性, 因此能夠完成生產(chǎn)過程中工業(yè)控制與狀態(tài)監(jiān)測。現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有力工具然隨著科技的發(fā)展人們在控制水塔水位要求也越來越高，在引入 PLC 后大大增進(jìn)了水塔水位的自動(dòng)化，不但達(dá)到了以前控制水泵的開關(guān)加水，而且達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確、安全供水。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3第二章

11、水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成2.1 系統(tǒng)構(gòu)成及其控制要求圖 2.1 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng) S1: 水塔水位上限 當(dāng)水塔水位達(dá)到此位置時(shí)液位傳感器將向 PLC 發(fā)出最高水位信號請求停止水泵工作S2: 水塔水位下限 當(dāng)水塔水位達(dá)到此位置說液位傳感器將向 PLC 發(fā)出最低水位信號請求開啟水泵工作S3: 水槽水位上限 當(dāng)水塔水位達(dá)到此位置時(shí)液位傳感器將向 PLC 發(fā)出最高水位信號請求停止水泵工作S4: 水槽水位下限 當(dāng)水塔水位達(dá)到此位置說液位傳感器將向 PLC 發(fā)出最低水位信號請求開啟水泵工作M: 抽水泵 當(dāng)水塔水位達(dá)到最低水位時(shí) PLC 將開到抽水泵向水塔供水Y: 補(bǔ)水泵 當(dāng)水槽水位達(dá)到最低水位時(shí) P

12、LC 將開到抽水泵向水塔供水原理在控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，若水槽水位低于水槽最低水位時(shí)液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向 PLC 發(fā)出信號，PLC 根據(jù)此信號打開補(bǔ)水泵向水槽補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到水槽最高水位時(shí)液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向 PLC 發(fā)出信號停學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4止補(bǔ)水泵的工作，當(dāng)水塔水位達(dá)到最低水位時(shí)，液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向 PLC 輸出，PLC 在收到信號后啟動(dòng)水泵向水塔加水，當(dāng)水塔水位達(dá)到最高水位時(shí)傳感器將水位信號轉(zhuǎn)化為電信號向 PLC 發(fā)出信號停止水泵的工作。2.1.系統(tǒng)框圖 如下圖整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)水位傳感器，一臺 PLC 和一臺水泵以及若干部件組成。安裝于水塔

13、上的傳感器將水塔的水位轉(zhuǎn)化成 1-5 伏的電信號；電信號到達(dá)PLC 將控制控制水泵的開關(guān)。水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)由 PLC !核心控制部件# 高低位水箱的水位檢測電路高低水位信號傳送給 PLC 水泵電動(dòng)機(jī)控制電路 PLC 控制啟停及主備切換 圖 2.2 系統(tǒng)組成框圖在水塔水位檢測系統(tǒng)中通過超聲波液位傳感器將水位信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入 PLC 中，在通過 PLC 控制水泵的啟動(dòng)或關(guān)閉。在系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)水為低于最低值時(shí) PLC 將啟動(dòng)水泵向水塔中加水，當(dāng)水塔中的水達(dá)到最高值時(shí) PLC 使水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)即水泵停止向水塔供水。等到水塔水位再次達(dá)到控制最低水位時(shí) 系統(tǒng)再次重復(fù)這個(gè)過程水塔水位檢測系統(tǒng)水塔水位的實(shí)

14、際高度 PLC水泵學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5第三章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 水泵電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)給排水工程中常使用三相異步電動(dòng)機(jī)， 水泵上的電動(dòng)機(jī)一般都是單向旋轉(zhuǎn)有以下控制在水塔水位檢測系統(tǒng)中通過水位傳感器檢測實(shí)際水位的高度，當(dāng)水位低于最低水位時(shí)向 PLC 發(fā)出信息啟動(dòng)水泵，經(jīng)過 5 分鐘檢測水塔水位是否提高控制水泵的工作，當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)向 PLC 發(fā)出信息控制信息停止水泵工作。供水系統(tǒng)的基本原理如圖 2.1 所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號進(jìn)入 PLC，執(zhí)行較后程序，通過水泵的開關(guān)對水塔中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng) PLC 出現(xiàn)故障時(shí)

15、，還有一套手動(dòng)控制來進(jìn)行對水塔水位控制。手動(dòng)控制采用交流接觸器。圖 3.1 水泵電動(dòng)機(jī)控制圖 水泵啟動(dòng)工作：當(dāng)投入作為主電路電源開關(guān)的配線切斷器 MCCB 時(shí)，在收學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6到 PLC 的啟動(dòng)水泵指令后，電磁線圈 MC 中有電流流過，電磁接觸器 MC 運(yùn)行。當(dāng)電磁接觸器 MC 運(yùn)行時(shí)，主電路的主觸點(diǎn) MC 閉合，常閉觸點(diǎn) MC-b 打開，常開觸點(diǎn) MC-m2 閉合，當(dāng)主觸點(diǎn)閉合時(shí)，電源電壓施加到電動(dòng)機(jī) M 上，開始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)常閉觸點(diǎn) MC-b 打開時(shí)，綠燈 GN-L 中無電流流過，綠燈熄滅，當(dāng)常開觸點(diǎn)MC-m2 閉合時(shí)，紅燈 RD-L 中有電流流過，紅燈點(diǎn)亮。水泵停止工作：當(dāng)投

16、入作為主電路電源開關(guān)的配線切斷器 MCCB 時(shí)，在收到PLC 的停止水泵指令后，電磁線圈 MC 中無電流流過，電磁接觸器 MC 恢復(fù)。當(dāng)電磁接觸器 MC 恢復(fù)時(shí)，主電路的主觸點(diǎn) MC 打開，常閉觸點(diǎn) MC-b 閉合，常開觸點(diǎn) MC-m2 打開，當(dāng)主觸點(diǎn) MC 打開時(shí)，電源電壓施不再施加到電動(dòng)機(jī) M 上，電動(dòng)機(jī) M 停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)常閉觸點(diǎn) MC-B 閉合時(shí)，綠燈 GN-L 中有電流流過，綠燈點(diǎn)亮，當(dāng)常開觸點(diǎn) MC-m2 打開時(shí)，紅燈 RD-L 中無電流流過，紅燈熄滅。 MCCB：Molded case circuit breakers 配線切斷器是把開閉機(jī)構(gòu)、后動(dòng)裝置等統(tǒng)一裝到絕緣容器內(nèi)的部件，它

17、是利用操作手柄對通常使用狀態(tài)的電路進(jìn)行開閉控制的。經(jīng)常應(yīng)用于電源電路的開閉中，當(dāng)發(fā)生過載、短路等情況時(shí)自動(dòng)地切斷電路。 MC：Electromagnetic contactors 所謂電磁接觸器，就是應(yīng)用電磁鐵對負(fù)載電流進(jìn)行開閉控制的接觸器，主要用于電源電路的開閉。電磁接觸器有主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)構(gòu)成的觸點(diǎn)和電磁線圈與鐵心構(gòu)成的靠做電磁鐵部分組成。 THR: 熱敏繼電器（thermal rekay） 是由加熱器部分和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)部分組成的。當(dāng)夠電流流過加熱部分時(shí)，雙金屬片因?yàn)槭軣岫l(fā)生彎曲，因此觸點(diǎn)部分被打開而使電路得到保護(hù)。3.2 水位傳感器的選擇： 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求所選傳感器要求在水面和水底都可以

18、使用，所以選擇超聲波液位傳感器 U9ULS 系列的 U9ULS10/100 系列。U9ULS 系列超聲波液位傳感器開關(guān)使用范圍非常廣。本產(chǎn)品具有焊接的不銹鋼傳感器探頭，沒有縫隙不會泄露，另外沒有易損的活動(dòng)部件，故可承載非常高的溫度和壓力。它不會受溫度、壓力、密度和液體類型等參數(shù)的影響。在大多數(shù)情況下，電子設(shè)備放在鑄鋁的，NEMA 4/NEMA 7 防爆且防水的殼體中。U9ULS 具有以下特點(diǎn)：學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7可應(yīng)用于多種液體中 可承受高達(dá) 1000psi 的壓力不受氣泡、蒸汽、雜質(zhì)后湍流等因素的影響。長度達(dá) 121in(303.3cm)可安裝在側(cè)面、頂部或底部 工作原理：U9ULS

19、 系列是給予超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時(shí)，會被嚴(yán)重衰減 相反地，如果在液體中傳播時(shí)，超聲波的傳播會被大大增強(qiáng)。電子控制單元發(fā)出一系列的電信號，傳感器將其轉(zhuǎn)化為超聲能量脈沖，并在被探測區(qū)內(nèi)傳播。當(dāng)另一端街道有效信號時(shí)，就發(fā)出數(shù)據(jù)有效的信號，表明有液體存在。這個(gè)信號輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號。 U9ULS100 系列產(chǎn)品具有性能優(yōu)異的傳感器探頭，可在溫度為 300F 和壓力為 1000PSI 的情況下良好的工作。 U9ULS10 系列產(chǎn)品為更靠近池底，將頂端的探頭設(shè)計(jì)成缺口形狀?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)成小型，密封的結(jié)構(gòu)，可安裝在遠(yuǎn)程的控制地點(diǎn)。特點(diǎn)：10A 的繼電器輸出115/230V AC

20、，12V DC 或 24V DC 輸入高增益。無需效準(zhǔn)，工作溫度可達(dá) 300 長度可達(dá) 151.5CM表 3.1 主要技術(shù)指標(biāo)輸入電壓115/230V AC，50/60HZ 或 12/24V DCU9ULS10 系列增益300：1U9ULS100 系列增益1000：1U9ULS10 系列輸出10 A DPDA 繼電器滅火兩線制，4mA-干；20 mA- 濕U9ULS100 系列輸出10 A DPDT 繼電器延時(shí)0.5s重復(fù)性2mm外殼NEMA 4/NEMA 7,防水防爆罩，環(huán)氧涂層，鑄鋁。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8第四章 PLC 的設(shè)計(jì)4.1 可編程序控制器(PLC)簡介 可編程序控制器(P

21、rogrammable Logic Controller)簡稱 PLC。所謂可編程序控制器，就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲并執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)操作的指令，通過數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。隨著 PLC 的發(fā)展，它不僅能完成編輯、運(yùn)算、控制，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算。4. 2 PLC 工作原理 4.2.1 掃描的概念 掃描是一種形象化的術(shù)語，用來描述可編程序控制器內(nèi)部的 CPU 的工作過程。所謂掃描就是依次對各種規(guī)定的操作項(xiàng)目全部進(jìn)行訪問和處理。PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶

22、程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個(gè) CPU 每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，因此 CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個(gè)操作，這種需要處理多個(gè)作業(yè)時(shí)依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式。由于掃描是周而復(fù)始無限循環(huán)的，每掃描一個(gè)循環(huán)所用的時(shí)間為掃描周期。 順序掃描的工作方式是 PLC 的基本工作方式，它簡單直觀，方便用戶程序設(shè)計(jì)，為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了有利保證。一方面，所掃描的指令被執(zhí)行后其結(jié)果馬上就可以被后面將要掃描的指令所利用;另一方面，還可以通過 CPU 設(shè)置定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描時(shí)間是否超過規(guī)定時(shí)間，避免由于 CPU 內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。 4. 2. 2

23、PLC 的工作過程 PLC 的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，.然后順序向各個(gè)輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)的接收外來的控制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信。因此，PLC 工作過程分為以下五步:學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9(1)自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快的修復(fù)，為此 PLC 每次掃描用戶程序以前都對 CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保

24、留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。(2)與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過程中 PLC 將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場工作狀態(tài)、PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。 (3)輸入現(xiàn)場狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。

25、這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場的實(shí)際值。(4)解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時(shí)值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個(gè)掃周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)

26、變化，對整個(gè)用戶程序是一致的，不會造成結(jié)果混亂。(5)輸出結(jié)果 將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹梗恳徊剿玫降妮敵鲂艑W(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10號被存入輸出信號寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。 在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。4. 3 PLC 的

27、編程語言-梯形圖梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡單，直觀，易讀，好懂，是 PLC 中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號，這些圖形符號被稱為編程元件，每一個(gè)編程元件對應(yīng)有一個(gè)編號。不同廠家的 PLC，其編程元件的多少及編號方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。梯形圖有如下特點(diǎn)。梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行，稱為梯形。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個(gè)圖形呈梯形。梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，因此稱為軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該

28、繼電器通電，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開。 梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。梯形圖中，一般情況下某個(gè)編號的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點(diǎn)是可以被無限制的引用，既可是常開觸點(diǎn)也可以是常閉觸點(diǎn)。梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒有真實(shí)的電流通過，但是為了方便，常用有電流來形象的描述解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為它只能從左向右流動(dòng)，層次的改變只能是先上后下。3.4 可編程序控制器 PLC 的優(yōu)點(diǎn)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，不要求空調(diào)，能抗電磁干擾與電

29、壓沖擊。簡單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11可靠性高，平均故障間隔時(shí)間(MTBF)超過 20000 小時(shí)。編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。體積小，價(jià)格低?？芍苯訉?shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場?？稍诨鞠到y(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá) 10000 英尺，內(nèi)存可以擴(kuò)展。有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時(shí)，仍可改在另一種現(xiàn)場上使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。4.4 編程軟件的簡介和梯形圖的基本繪制規(guī)則PLC 控制程序采用 OMRON 公司提供的 CProgrammer 編程

30、軟件開發(fā),基于windows 的應(yīng)用軟件，梯形圖(lad)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。C20 是普及型可編程程序控制器。他有兩種型號一是不可編程的，稱為基本型；另一種是可編程的稱為擴(kuò)展型

31、，基本型有 16 點(diǎn)輸入 8 點(diǎn)輸出，以及 136 個(gè)內(nèi)部輔助繼電器；擴(kuò)展型的輸入點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展到 80 點(diǎn)；輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展到 60，起它功能和基本型相同。C20 不但具有一般小型 PC 所具有的邏輯運(yùn)算指令、定時(shí)指令 記數(shù)指令 和連鎖指令 還具有數(shù)值運(yùn)算指令 C 系列 P 型機(jī)是在 C20 基礎(chǔ)上發(fā)展來的增強(qiáng)型小型機(jī)，和 C20 相比，P 型機(jī)結(jié)構(gòu)更為合理 指令功能大大增強(qiáng)。幾種型號的 P 型機(jī)硬件機(jī)構(gòu)，指令系統(tǒng)，性能指標(biāo)，編程方法完全相同，這類 PC 專用開關(guān)量控制，其基本的構(gòu)成仍可分為：主機(jī)單元，擴(kuò)張單元和編程器。 根據(jù)對本設(shè)計(jì)的分析及教材上所講的設(shè)計(jì)規(guī)則，該系統(tǒng)是 PLC 單機(jī)控制，由此計(jì)

32、算輸入、輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)，并且在選 PLC 時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12上預(yù)留 10%的余量。因?yàn)樵撓到y(tǒng)只有 4 輸入點(diǎn)和 2 輸出點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選擇C20P 介紹一些關(guān)于 C20P 的參數(shù)。 C20P 機(jī)包括有主機(jī)單元、I/O 擴(kuò)展單元、I/O 鏈接單元、A/D 轉(zhuǎn)換單元、D/A 轉(zhuǎn)換單元等。C20P 主機(jī)箱的輸入點(diǎn)為 12 個(gè)，是 00CH 的 00000011 端子，輸出點(diǎn)為 8 個(gè)是 05CH 的 05000507。主機(jī)單元是包含了 CPU 的中央處理單元，因此也稱 CPU 箱。CPU 箱中包括有CPU、RAM、ROM 及與編程器或 EPROM 寫入等外設(shè)相

33、連的接口，與 I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，有輸入輸出端子、高速計(jì)數(shù)輸入端子、+24V DC 輸出端子、電源接線端子、輸入輸出狀態(tài)指示燈、電源指示燈、報(bào)警燈等。C20P 提供了 12 入點(diǎn)、8 輸出點(diǎn)。它有編碼、譯碼、數(shù)制轉(zhuǎn)換，可逆計(jì)數(shù)等功能；有 64 個(gè) 16 位的數(shù)據(jù)存貯區(qū)?？梢怨灿镁幊唐鳌PROM 寫入器、打印接口及圖形編程器等 C 系列的外設(shè)。有 16 個(gè)特殊功能繼電器，分別是：1808：電池異常為 ON1809：當(dāng)掃描時(shí)間在 100130ms 時(shí)為 ON1810：使用高速計(jì)數(shù)器，收到復(fù)位信號時(shí)它在一個(gè)掃描周期內(nèi)為 ON 1811、1812、1814：常 OFF 1813：常 ON

34、1815：程序運(yùn)行單脈沖 1900: T=0.1s 的連續(xù)脈沖 1901: T=0.2s 的連續(xù)脈沖 1902: T=1s 的連續(xù)脈沖 1903: 操作數(shù)不是 BCD 碼或數(shù)制轉(zhuǎn)換時(shí) BCD 碼大于 9999 為 ON 1904: 數(shù)值運(yùn)算時(shí)有進(jìn)位/借位時(shí)為 ON1905: 數(shù)值比較時(shí)大于為 ON1906: 數(shù)值比較時(shí)等于為 ON1907: 數(shù)值比較時(shí)小于為 ON1907: 數(shù)值比較時(shí)小于為 ON C20P-型機(jī) CPU 單元 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13表 4.1 C20P 性能參數(shù)電源電壓輸入輸出型號繼電器(帶插座) 8 點(diǎn)C20P-CDR-AE晶體管 1A 8 點(diǎn)C20P-CDT1-A

35、E24VDC,12 點(diǎn)雙向可控硅 1A 8 點(diǎn)C20P-CDS1-AE100-240VAC24VDC,2 點(diǎn)100VAC,10 點(diǎn)繼電器(帶插座) 8 點(diǎn)C20P-CAR-AE繼電器(帶插座) 8 點(diǎn)C20P-CDR-DE24VDC24VDC,12 點(diǎn)晶體管 1A 8 點(diǎn)C20P-CDT1-DE輸入輸出擴(kuò)展單元：電源電壓 100-240VAC 輸入 24VDC,12 點(diǎn) 輸出 繼電器(帶插座) 8 點(diǎn) C20P 一般規(guī)格項(xiàng)目型號C20P電源電壓-A AC100240V 50/60Hz -D DC24V容許電壓范圍AC85264v DC20.426.4V型號末尾-A 耗電40VA 以下型號末尾-

36、A 耗電20W 以下DV24V 輸出端子+-10%最大 0.2A使用環(huán)境溫度055oC使用環(huán)境濕度3585%RH(不結(jié)露)保存環(huán)境濕度-2065oC學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14C20P 的性能規(guī)格項(xiàng)目型號C20P控制方式存儲程序編程語言梯形圖方式指令長度每條指令一步，每指令占 16 字指令種類37 種(基本指令 12 種，應(yīng)用指令 25 種)處理時(shí)間平均 10us/1 指令(RAM)，13us/1 指令(ROM)程序容量1194 步2036 點(diǎn)(C20P)輸入輸出繼電器內(nèi)部輔助繼電器136 點(diǎn)(10001807)使用高速計(jì)數(shù)命令時(shí)，1807 為其專用特殊輔助繼電器1,6 點(diǎn)(18081907

37、)保持繼電器160 點(diǎn)(HR000915)暫時(shí)記憶寄存器8 點(diǎn)(TR07)數(shù)據(jù)存儲器64 字(DM0063)使用高速計(jì)數(shù)命令時(shí)，DM3263 為其專用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TIM，TIMH，CNT 合計(jì) 48 點(diǎn)高速計(jì)數(shù)器1 點(diǎn)停電保持機(jī)能保持繼電器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容電池壽命25oC 條件下為 5 年自診斷機(jī)能CPU 異常(時(shí)鐘、監(jiān)視、定時(shí)器)4.5 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)確定 PLC 所需的各類繼電器，對各元件編號，如下表所示。輸入/輸出端口地址分配學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15輸入輸出定時(shí)器名稱地址名稱地址名稱地址S11000M05004 秒延時(shí)TIM02S21001Y0501TIM

38、00S31002產(chǎn)生 1 秒時(shí)鐘TIM01S410033、畫出 PLC 的外部輸入輸出電路如圖 6-2 所示。 圖 4.1 PLC 外接線圖S1: 水塔水位上限S2: 水塔水位下限S3: 水槽水位上限S4: 水槽水位下限M: 抽水泵Y: 補(bǔ)水泵學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16開始水泵停止水塔水位水槽水位低補(bǔ)水泵啟動(dòng)水泵啟動(dòng)補(bǔ)水泵停止低結(jié)束高高 圖 2.2 水塔水位系統(tǒng)流程圖1.硬件連線（）輸入 COM 端和電源連接輸入端和水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)輸入端連接（）輸出 COM 端串聯(lián)連接和電源連接（COMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOMCOM電源）輸出端（OUT 端）和水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)試驗(yàn)

39、模板輸入端相連（OUT O1Y，OUT O2M， ）2分配：輸入調(diào)試單元 PLC 內(nèi)部 說明學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17I000 00000 啟動(dòng)按鈕I001 S1 00001 水塔水位上限I002 S2 00002 水塔水位下限I003 S3 00003 水槽水位上限I004 S4 00004 水槽水位下限輸出調(diào)試單元 內(nèi)部 說明001 010CH01 Y002 010CH02 M3.程序說明當(dāng)啟動(dòng)按鈕(IN I0)打開，若水槽水位低于水位下限時(shí)時(shí)，補(bǔ)水閥（Y）抽水。若水槽水位高于水位上限時(shí)，補(bǔ)水閥（Y）關(guān)閉，停止抽水。同時(shí)，當(dāng)水塔水位低于水位下限時(shí)，并且水槽水位高于水位下限時(shí)時(shí),抽水泵(

40、M) 抽水(即 M 燈亮)。當(dāng)水塔水位高于水位上限時(shí)時(shí)，抽水泵(M)關(guān)閉，停止抽水。若水塔水位低于水位下限，水槽水位低于水槽水位下限時(shí),抽水泵（M）不抽水。 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18編制梯形圖并寫出語句表，梯形圖如圖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19語句表如表步序指令地址/數(shù)據(jù)說明步序指令地址/數(shù)據(jù)說明0000LDTIM020018LDTIM020001AND00030019AND00030002ANDNOTTIM010020ANDNOT000003LD10000021LD10010004TIMTIM000022ANDNOTTIM020005#00050023ORLD0006LDTIM000

41、024LDTIM020007LD10000025ANDNOT00030008TIM010026ORLD0009#0005報(bào)警時(shí)產(chǎn)生 1 秒時(shí)鐘0027ANDNOT00020010LD00030028OUT0501電磁閥 Y0011OR10010029LD00010012ANDNOT00020030OR05000013OUT1001水池低水位0031ANDNOT00000014LD10010032ANDNOT00030015LD10000033OUT0500電機(jī) M0016TIM02延時(shí) 4 秒0034FEND主程序結(jié)束0017#00400035END總程序結(jié)束學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20第五

42、章 結(jié)束語（系統(tǒng)總結(jié)分析）5.1 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)因采用 PLC 控制水泵電源開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了即使安全的完成操作。因?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力并是水塔的供水達(dá)到及時(shí)、安全、準(zhǔn)確。5.2 結(jié)束語現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有力工具。 本課題研究的內(nèi)容是“水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)”。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位的變化進(jìn)行監(jiān)測，用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室。然后主控室再開動(dòng)電機(jī)進(jìn)行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。同