水塔水位設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

1、 山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文30畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題目：水塔水位 系 部 電氣工程與自動(dòng)化 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班 級(jí) 機(jī)電A1004班 姓 名 賈國(guó)飛 指導(dǎo)教師 宋坤偉 山 西 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院目 錄摘 要3關(guān)鍵詞：3第一章 PLC的概述41.1 PLC簡(jiǎn)介41.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)9第二章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)122.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求122.2 外部接線與控制列表132.3 I/O接口分配142.3.1 列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表142.3.2 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備14第三章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)153.1 程序流程圖1

2、53.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過(guò)程分析163.2.1 工作過(guò)程173.2.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖18第四章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)214.1 組態(tài)軟件概述214.2 組態(tài)軟件在我國(guó)的發(fā)展224.3 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)和發(fā)展方向224.4 建立WINCC組態(tài)畫面234.4.1 WINCC組態(tài)畫面234.4.2 畫面演示23參考文獻(xiàn)31摘 要在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關(guān)量等都是常用的主要被控參數(shù)。其中，水位控制越來(lái)越重要。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來(lái)越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便，重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及

3、損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時(shí)候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合格的水質(zhì)是對(duì)給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲(chǔ)水設(shè)備，由一級(jí)或二級(jí)水泵從地下市政水管補(bǔ)給。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點(diǎn)。可編程控制器（PLC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來(lái)的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點(diǎn)，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同時(shí)，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個(gè)可靠安全、又易于維護(hù)的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活

4、應(yīng)用中，常常會(huì)需要對(duì)容器中的液位（水位）進(jìn)行自動(dòng)控制。比如自動(dòng)控制水塔、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動(dòng)補(bǔ)水控制、自動(dòng)電熱水器、電開水機(jī)的自動(dòng)進(jìn)水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同。但其原理都大同小異。特別是在實(shí)際操作系統(tǒng)中，穩(wěn)定、可靠是控制系統(tǒng)的基本要求。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。采用PLC技術(shù)能很好的解決以上問(wèn)題，使水位控制在要求的位置。關(guān)鍵詞：PLC，控制，儲(chǔ)水設(shè)備第一章 PLC的概述1.1 PLC簡(jiǎn)介隨著時(shí)代的發(fā)展,當(dāng)今的技術(shù)也日趨完善、競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈;單靠人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景,也無(wú)法保證更高質(zhì)量的

5、要求和高新技術(shù)企業(yè)的形象.人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中看到,自動(dòng)化給人們帶來(lái)了極大的便利和產(chǎn)品質(zhì)量上的保證,同時(shí)也減輕了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少了人員上的編制.在許多復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)控制、整體優(yōu)化、最佳決策等,熟練的操作工、技術(shù)人員或?qū)＜?、管理者卻能夠容易判斷和操作,可以獲得滿意的效果.人工智能的研究目標(biāo)正是利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)、模擬這些智能行為,通過(guò)人腦與計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作,以人機(jī)結(jié)合的模式,為解決十分復(fù)雜的問(wèn)題尋找最佳的途徑我們?cè)诟鞣N場(chǎng)合看到了繼電器連接的控制，那已經(jīng)是時(shí)代的過(guò)去，如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡(jiǎn)單的設(shè)備中使用到；而PLC的出現(xiàn)也成為了劃時(shí)代的主題，通過(guò)極其穩(wěn)定的硬件穿插

6、靈活的軟件控制，使得自動(dòng)化走向了新的高潮。PLC的最大特點(diǎn)在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費(fèi)太多的心計(jì)，只要將按鈕開關(guān)或感應(yīng)器的輸入點(diǎn)連接到PLC的輸入點(diǎn)上就能解決問(wèn)題，通過(guò)輸出點(diǎn)連接接觸器或繼電器來(lái)控制大功率的啟動(dòng)設(shè)備，而小功率的輸出設(shè)備直接連接就可以。PLC的內(nèi)部包含了具有中央處理器的CPU，并帶有外部I/O口擴(kuò)展的I/O接口地址和存儲(chǔ)器三大塊組成，CPU的核心是由一個(gè)或者多個(gè)累加器組成，它們具有邏輯的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，并能讀取程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容通過(guò)計(jì)算后去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的存儲(chǔ)器和I/O接口；I/O口將內(nèi)部累加器和外部的輸入和輸出系統(tǒng)連接起來(lái)，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)存入程序存儲(chǔ)器或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；存儲(chǔ)器可

7、以將I/O口輸入的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中，并在工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)到累加器和I/O接口上，存儲(chǔ)器分程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM,ROM可以將數(shù)據(jù)永久的存入存儲(chǔ)器中，而RAM只能作為CPU計(jì)算時(shí)臨時(shí)計(jì)算使用的緩沖空間。PLC的抗干擾是極其優(yōu)秀的，我們根本不用去關(guān)心它的使用壽命和工作場(chǎng)合的惡劣，這些所有的問(wèn)題已不再成為我們失敗的主題，而留給我們的是關(guān)心如何來(lái)利用PLC的內(nèi)部資源為我們加強(qiáng)設(shè)備的控制能力，使我們的設(shè)備更加的柔性。PLC的語(yǔ)言并不是我們所想象的匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編程，而是采用原有的繼電器控制的梯形圖，使得電氣工程師在編寫程序時(shí)很容易就理解了PLC的語(yǔ)言，而且很多的非電氣專業(yè)人士也對(duì)PLC很快

8、認(rèn)識(shí)并深入。以上僅僅是PLC的優(yōu)點(diǎn)之一，這也是人們比較容易理解的一部分，在很多的設(shè)備中，人們已不再希望看到太多的控制按鈕，它們不但容易損壞而且極易產(chǎn)生人為的失誤，小的并不是主要的失誤也許你還能夠接受；但過(guò)大的甚至是致命的失誤是我們無(wú)法容忍的。新的技術(shù)總是為了給我們帶來(lái)更安全和便捷的操作，使得我們面臨的一大堆問(wèn)題一掃而光，你有了解過(guò)HMI嗎？這里說(shuō)HMI你根本不清楚它是什么，也沒(méi)有興趣了解，換一個(gè)中文把它說(shuō)明為觸摸屏或者人機(jī)界面你就知道了，它和PLC的結(jié)合給了我們更大的空間。HMI控制不僅僅是減少了控制按鈕，增加控制的靈活性，更主要的它是可順序性的，而且在能夠改變數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出反饋，在溫度控

9、制曲線的模擬也能直觀的顯示出來(lái)。并且能夠通過(guò)編寫功能幫助程序來(lái)提供各種力所能及的幫助，使得操作者減少不必要的失誤。HMI的廠商目前也越來(lái)越多，功能也越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格也越來(lái)越低，使用的面越來(lái)越廣。HMI的前景可以說(shuō)十分的看好。在很多場(chǎng)合，單靠單機(jī)的控制是無(wú)法保證設(shè)備的順暢運(yùn)行，而通過(guò)設(shè)備與設(shè)備的信息交流達(dá)到我們想要的效果。比如在前包裝和后工序的檢測(cè)，我們就要將包裝的信息反饋到檢測(cè)處，而檢測(cè)處的信息也要反饋到包裝來(lái)。這樣通過(guò)信息共享來(lái)使得兩者之間鏈接起來(lái)，形成一個(gè)共體，從而使的兩者間的配合更加的緊密，在彼此間達(dá)到映影相揮的效果。PLC的通信已經(jīng)愈來(lái)愈體現(xiàn)它的價(jià)值，在PLC與PLC之間的通信，能夠通過(guò)

10、信息的溝通和數(shù)據(jù)的共享來(lái)保證設(shè)備之間的相互協(xié)調(diào)，已達(dá)到互補(bǔ)的效果。PLC之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采用RS232接口來(lái)傳送數(shù)據(jù)，而RS232接口只能保證10米的傳輸距離，如果在1000米的距離內(nèi)我們可以通過(guò)RS485來(lái)進(jìn)行通信，更長(zhǎng)的距離只能通過(guò)MODEL來(lái)進(jìn)行傳輸。PLC的數(shù)據(jù)傳送只是將內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送到對(duì)方的一塊連續(xù)的地址中，我們把它稱為一個(gè)表，對(duì)方的PLC通過(guò)讀取表中的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行操作。如果表中的數(shù)據(jù)是一個(gè)一般設(shè)置的數(shù)據(jù)的話，那只是一般的數(shù)據(jù)傳送，比如今天的油價(jià)上升了，我要把油價(jià)的價(jià)格傳送到所有的輸油機(jī)上，那就是數(shù)據(jù)的共享；而當(dāng)表中的數(shù)據(jù)是一段控制PLC的指令程序，那就很有難度了，比如你要控制一臺(tái)機(jī)器人

11、來(lái)按你想象的動(dòng)作工作，你會(huì)給它編制一段程序并以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送過(guò)去。信息輸送的形式有單工位、半雙工位和全雙工位的分別。單工位的意義也就是說(shuō)兩者之間，一個(gè)只能發(fā)送，而一個(gè)只能接收，比如一個(gè)特務(wù)他只能接收上司的指示，而無(wú)法給上司回復(fù)；半雙工位也就是兩個(gè)能都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)發(fā)送和接受，比如你打電話時(shí)是不能接電話,對(duì)方也一樣；而全雙工位是兩者之間都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，并可同時(shí)發(fā)送和接受。像互聯(lián)網(wǎng)就是典型的例子。信息輸送的過(guò)程也有同步和異步之分：同步的意義在于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線是同步的，也就是數(shù)據(jù)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)由CPU進(jìn)行發(fā)送，這需要彼此都要專門的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)進(jìn)行傳送和接送，并且是強(qiáng)制性

12、的，這種方法的特點(diǎn)在于它的速度極快、但相應(yīng)占用CPU的工作時(shí)間也相對(duì)的要長(zhǎng)、同時(shí)技術(shù)難度也非常的大。它的要求在于在一幀的數(shù)據(jù)傳送中不能有一位的誤差，不然的話整個(gè)數(shù)據(jù)將發(fā)生錯(cuò)誤，這在硬件上是一個(gè)比較大的難度。在一些專用的設(shè)備中應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，像專用的醫(yī)療設(shè)備、數(shù)字信號(hào)設(shè)備等，在比較單一數(shù)據(jù)的傳輸中，它的效果非常的好。而異步是應(yīng)用范圍最廣泛的，這得益于它的技術(shù)難度相對(duì)要小、同時(shí)不需要配制專門的時(shí)鐘信號(hào)、它的特點(diǎn)在于，它的數(shù)據(jù)是間隔性的，離散性的發(fā)送和接受，當(dāng)CPU太忙的時(shí)候可以停頓性去工作，在硬件上也減少了難度，同時(shí)數(shù)據(jù)的丟失相對(duì)要少，我們可以通過(guò)數(shù)據(jù)的檢測(cè)來(lái)觀察我們發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤，像奇偶

13、法、累加法和八位效驗(yàn)法等，都可以用來(lái)幫助我們檢測(cè)發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤發(fā)生，通過(guò)反饋來(lái)進(jìn)行辨別。信息的傳送口線有串口和并口之分：通常的PLC是8位機(jī)，當(dāng)然也有16位機(jī)。我們?cè)诎l(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候可以是一位一位的發(fā)送給對(duì)方，也可以8位8位的將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)方，一位和8位區(qū)別也就是我們所說(shuō)的串口發(fā)送數(shù)據(jù)和并口發(fā)送數(shù)據(jù)。串口速度比較慢，但只要兩條或者三條口線就能解決問(wèn)題，并能借用電話線來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而并口的傳送速度是極快的，它是串口的256倍，在短距離占有優(yōu)勢(shì)，由于是TTL電平，一般限于1米的范圍，它并不適用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，這樣成本太昂貴了。很多的情況下我們總喜歡采用串并轉(zhuǎn)換芯片來(lái)進(jìn)行傳輸，這種情況下不

14、需要我們進(jìn)行過(guò)于復(fù)雜的寄存器設(shè)置了，而直接通過(guò)數(shù)據(jù)傳送指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，但在通信中并不是一個(gè)十分可行的辦法，因?yàn)樵诎l(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)Ψ降腜LC必須一直等待你的數(shù)據(jù)輸出，它不能去做其他的工作。當(dāng)你在看書的時(shí)候，你聽到有人敲門、你停下手上的事情、去打開門、并同敲門者對(duì)話、這個(gè)時(shí)候電話響了、你示意接個(gè)電話、在接完電話后、回過(guò)頭來(lái)同敲門者繼續(xù)對(duì)話、對(duì)話完畢后、你再繼續(xù)看你的書，這種情況我們把它稱為中斷，它具有權(quán)威性，也具有優(yōu)先性，PLC具備了這樣的功能。它的特點(diǎn)在于我們?cè)谠O(shè)備的操作過(guò)程中可能會(huì)遇到緊急的突發(fā)事件，我們要立刻的停下手上的工作，去處理更重要的事情，這種情況是我們經(jīng)常所遇到的，PLC在去執(zhí)行緊

15、急的任務(wù)時(shí)，總會(huì)先保存目前的狀態(tài)，比如程序的地址，CPU的累加器數(shù)據(jù)等，就像我們?nèi)ラ_門時(shí)要記下我們看的書在第幾頁(yè)了或者干脆作個(gè)記號(hào)，因?yàn)槲覀兇龝?huì)還要繼續(xù)接著看后面的書。CPU總是按照我們的意愿去做應(yīng)該做的事情，但你錯(cuò)誤的給它一件事情，它也會(huì)同樣的去做，這一點(diǎn)我們必須注意。中斷并不是只有一個(gè)，有時(shí)會(huì)同時(shí)存在幾個(gè)中斷，中斷具有優(yōu)先的級(jí)別，他們會(huì)根據(jù)人的要求去執(zhí)行更高級(jí)別的中斷。這種中斷中的中斷也就形成了中斷嵌套。當(dāng)然中斷的級(jí)別根據(jù)各種PLC內(nèi)部CPU的資源有關(guān)，同時(shí)也跟堆棧的容量大小也有關(guān)系。中斷的內(nèi)容有很多種，比如外部中斷、通信中的發(fā)送和接受中斷、定時(shí)和計(jì)數(shù)的時(shí)鐘中斷、還有WDT復(fù)位中斷等，它們

16、豐富了CPU在處理各種事務(wù)時(shí)響應(yīng)種類。這樣講也許你并不能完全理解中斷的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作順序，我們做一個(gè)小小的例子來(lái)說(shuō)明.每一個(gè)設(shè)備總是不會(huì)忘記有一個(gè)按鈕，它也是在我們遇到緊急情況時(shí)使用的，那就是急停按鈕。當(dāng)我們遇到人身事故和意外情況時(shí)我們只要按下它，機(jī)器立即停止所有的操作，并等待處理完意外后再恢復(fù)操作。急停按鈕連接PLC內(nèi)部CPU的內(nèi)部I/O接口上，當(dāng)按鈕給CPU一個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，CPU對(duì)I/O進(jìn)行再次檢測(cè)，當(dāng)確認(rèn)有外部觸發(fā)信號(hào)時(shí)，CPU保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)并將程序計(jì)數(shù)器自動(dòng)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的外部I/O中斷程序中去，當(dāng)外部中斷程序處理完畢，程序計(jì)數(shù)器返回到主程序繼續(xù)工作。有一點(diǎn)可以說(shuō)明的是我們一般會(huì)把急停按鈕的外

17、部中斷升至最高級(jí)別，從而保證安全。當(dāng)我們?cè)诠ぷ魍暌粋€(gè)工件時(shí)，給PLC一個(gè)信號(hào)，將PLC的內(nèi)部計(jì)數(shù)器加1來(lái)計(jì)算我們一天的工作量時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器能解決問(wèn)題，當(dāng)然它們也能夠在掉電的情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)，促使數(shù)據(jù)不丟失，這也是我們所渴望的。PLC還具有高級(jí)計(jì)數(shù)器的功能，當(dāng)我們?cè)诮邮芤恍└咚俚臄?shù)據(jù)時(shí)，這里所說(shuō)的高速是在在微秒級(jí)的數(shù)據(jù)，比如條碼掃描機(jī)在不斷的掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理器DSP計(jì)算的高速信號(hào)等，我們就要采用到高級(jí)計(jì)數(shù)器來(lái)幫助我們進(jìn)行計(jì)數(shù)。它在PLC執(zhí)行程序時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)高級(jí)計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的中斷，就會(huì)立即放下手上的工作。經(jīng)過(guò)再次編程的梯形圖程序說(shuō)明我們?cè)趫?zhí)行程序時(shí)高級(jí)計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)的執(zhí)行對(duì)應(yīng)的工作，從而將高級(jí)計(jì)數(shù)

18、器的級(jí)別升至高一級(jí)別。你也許聽過(guò)太多的這個(gè)詞:“死機(jī)”，大致的意思是CPU工作量過(guò)大，內(nèi)部資源不足等情況造成程序無(wú)法運(yùn)行。PLC也有類似的情況，在PLC內(nèi)部有一個(gè)看門狗WDT，我們可以設(shè)置WDT一個(gè)程序運(yùn)行的時(shí)間，當(dāng)程序運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)錯(cuò)誤時(shí)或者程序繁忙時(shí)，程序的運(yùn)行時(shí)間超過(guò)WDT的設(shè)置時(shí)間，CPU轉(zhuǎn)而WDT復(fù)位狀態(tài)。程序重新開始運(yùn)行，但對(duì)中斷不會(huì)進(jìn)行破壞。PLC的發(fā)展已經(jīng)從單一的模式進(jìn)入了通信的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，并同其它的工控網(wǎng)板和I/O卡板輕易的進(jìn)行共享。組態(tài)軟件可以將所有的這些硬件連接起來(lái)，通過(guò)更直觀的動(dòng)畫圖片來(lái)進(jìn)行控制，并可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)在異地進(jìn)行控制，像神舟五號(hào)的發(fā)射就是采用這種辦法來(lái)使

19、飛船升空。更高層次的發(fā)展需要我們不斷的努力來(lái)取得。PLC的出現(xiàn)已經(jīng)足足影響了幾代人，我們也從上一輩的經(jīng)驗(yàn)中獲取了更多的知識(shí)和教訓(xùn)，來(lái)不斷的發(fā)展PLC技術(shù)，將它推向更高浪潮。1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC是以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。如圖1.3所示圖1.3(1) 中央處理單元（CPU） PLC的中央處理器與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，是PLC的控制中樞，其性能決定了PLC的性能。它按PLC中程序賦予的功能有條不紊地進(jìn)行工作。(2) 存儲(chǔ)器（RM/ROM）存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，主要用來(lái)存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作數(shù)據(jù)等。PLC中使用的存儲(chǔ)器由只讀存儲(chǔ)器(ROM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)及

20、可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）組成。存儲(chǔ)器是衡量PLC性能的一個(gè)重要指標(biāo)。(3) I/O接口輸入接口一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路構(gòu)成，負(fù)責(zé)微處理器及外部設(shè)備交換信息。它接受來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)不見（如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)）以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量（要通過(guò)模數(shù)變換進(jìn)入機(jī)內(nèi)）等各種狀態(tài)控制信號(hào)，并存入輸入映像寄存器。輸入接口采用光電耦合電路將PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備隔離起來(lái)，以提高PLC的抗干擾能力。輸入接口電路通常有兩類：一類為直流輸入型，另一類是交流輸入型。輸出接口模塊是PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接部件，用來(lái)將輸出信號(hào)送給控制對(duì)象。其作用是將中央處理單元送出的

21、弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的強(qiáng)電信號(hào)并輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電動(dòng)機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。(4) I/O擴(kuò)展接口小型的PLC輸入輸出接口都是與中央處理單元CPU制造在一起的。為了滿足被控設(shè)備輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多的要求，常需要擴(kuò)展數(shù)字量輸入輸出模塊；為了滿足模擬量控制的需要，常需要擴(kuò)展模擬量輸入輸出模塊，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊等。I/O擴(kuò)展接口就是為連接各種擴(kuò)展模塊而設(shè)計(jì)的。(5) 通訊接口通訊接口用于PLC與編程器、計(jì)算機(jī)、變頻器、觸摸屏以及其他PLC等智能設(shè)備之間的連接，以實(shí)現(xiàn)PLC與智能設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。(6) 編程器編程器主要有兩種。一種是PLC專用編程器，有手持式和臺(tái)式等。另一種是

22、基于個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的PLC編程器。(7) 電源 電源部件將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部需要的直流電源。它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC均采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電，同時(shí)還向各種擴(kuò)展模塊提供24V直流電源。 第二章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)2.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求水塔水位控制裝置如圖2.1所示：圖2.1 水塔水位控制裝置圖水塔水位的工作方式當(dāng)水池液位低于下限液位開關(guān)S1，S1此時(shí)為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，定時(shí)器開始定時(shí)，當(dāng)4S以后，若水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限液位開關(guān)時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，若系統(tǒng)正常，此時(shí)水池下限液位開關(guān)S1為OFF,表示水位高于下限水位

23、。當(dāng)水位液面高于上限水位，則S2為ON，電磁閥關(guān)閉。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時(shí)，則水塔下限水位開關(guān)S3為ON，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)S3為OFF時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時(shí)，則水塔上限水位開關(guān)S4為ON，水泵停止。當(dāng)水塔水位低于下限水位，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，水泵不能啟動(dòng)。2.2 外部接線與控制列表圖2-2 水塔水位控制電氣接線圖表2.1 水塔水位模擬控制接線列表名稱PLC端子說(shuō)明燈MQ0.0模擬水塔提水水泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行動(dòng)作燈YQ0.1模擬地面水池的進(jìn)水閥門的開關(guān)動(dòng)作開關(guān)S1I0.0模擬水池水位低限報(bào)警信號(hào)開關(guān)S2I0.1模擬水池水位高限報(bào)警信號(hào)

24、開關(guān)S3I0.2模擬水塔水位低限報(bào)警信號(hào)開關(guān)S4I0.3模擬水塔水位高限報(bào)警信號(hào)2.3 I/O接口分配2.3.1 列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表表2.3.1水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表輸入信號(hào)輸入變量名輸出信號(hào)輸出變量名X000啟動(dòng)開關(guān)Y000水閥M1X001停止開關(guān)Y001水泵M2X002水池下限位Y002水池下限指示燈A1X003水池上限位Y003水池水位報(bào)警指示燈A2X004水塔下限位Y004水池上限指示燈A3X005水塔上限位Y005水塔下限指示燈A4Y006水塔水位報(bào)警指示燈A5Y007水塔上限指示燈A62.3.2 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備這是一

25、個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒(méi)有特殊的控制要求，它有6個(gè)開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)數(shù)有8個(gè)，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有14個(gè)，只需選用一般中小型控制器即可。 據(jù)此，可以對(duì)輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配。第三章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)3.1 程序流程圖水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制流程如圖3-1所示圖3.1 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖這種分時(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

26、掃描，并周而復(fù)始。3.2 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。梯形圖編程的一般規(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PL

27、C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，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“1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

28、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

29、，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。3.2.1 工作過(guò)程設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個(gè)液位指示燈全滅。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)，水閥打開，開始往水池里進(jìn)水；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，水池報(bào)警燈A2亮。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，水池下限位的指示燈A1亮，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；如果進(jìn)水超過(guò)4秒，而水塔液位沒(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，水塔報(bào)警燈A5亮。

30、當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈A3亮，水閥就關(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，則水塔下限指示燈A4亮，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)水塔上限，水塔上限指示燈A6亮。但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水池液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈A3滅。此次給水塔供水完成。3.2.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖，如圖3.2.2所示：圖3.2.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖(1) 啟停程序：圖1 啟停程序梯形圖(2) 水閥控制程序：圖2水閥控制程序梯形圖(3) 水池下限水位指示程序：圖3 水池

31、下限水位指示程序梯形圖(4) 水池水位報(bào)警程序：圖4 水池水位報(bào)警程序梯形圖(5) 水池水位上限指示程序：圖5水池水位上限指示程序梯形圖(6) 水泵啟停控制程序：圖6 水泵啟?？刂瞥绦蛱菪螆D(7) 水塔水位下限指示程序：圖7 水塔水位下限指示程序梯形圖(8) 水塔水位報(bào)警程序：圖8 水塔水位報(bào)警程序梯形圖(9) 水塔水位上限指示程序：圖9 水塔水位上限指示程序梯形圖第四章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)4.1 組態(tài)軟件概述“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系（簡(jiǎn)稱DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有

32、的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：PC技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由PC構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本；PC的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于

33、原有的HMI（人機(jī)接口軟件，HumanMachineInterface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過(guò)手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來(lái)，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨

34、著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。4.2 組態(tài)軟件在我國(guó)的發(fā)展組態(tài)軟件產(chǎn)品于80年代初出現(xiàn)，并在80年代末期進(jìn)入我國(guó)。但在90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國(guó)的應(yīng)用并不普及。究其原因，大致有以下幾點(diǎn)：（1）國(guó)內(nèi)用戶還缺乏對(duì)組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí)，項(xiàng)目中沒(méi)有組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍?duì)具體項(xiàng)目做長(zhǎng)周期的繁冗的上位機(jī)的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件； （2）在很長(zhǎng)時(shí)間里，國(guó)內(nèi)用戶的軟件意識(shí)還不強(qiáng)，面對(duì)價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國(guó)外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購(gòu)買正版。 （3）當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對(duì)大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處

35、理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，人們逐漸意識(shí)到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方式。對(duì)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是費(fèi)時(shí)費(fèi)力、得不償失的，同時(shí)，MIS（管理信息系統(tǒng)，ManagementInformationSystem）和CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，ComputerIntegratedManufacturingSystem）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在1995年以后，組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。4.3 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)和發(fā)展方向

36、目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運(yùn)行于32位Windows平臺(tái)的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并且對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；都使用腳本語(yǔ)言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術(shù)上說(shuō)，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及PC技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，可以看出組態(tài)軟件未來(lái)發(fā)展的方向。4.4 建立WINCC組態(tài)畫面4.4.1 WINCC組態(tài)畫面打開WINCC組態(tài)軟件，新建單用戶項(xiàng)目，然后進(jìn)入圖形編輯管理器，建立WINCC組態(tài)畫面，如圖4.1所示。圖4.14.4.2 畫面演示啟動(dòng)仿真，運(yùn)行WINCC組態(tài)畫面。點(diǎn)擊“啟動(dòng)按鈕”，“水閥”動(dòng)作，如圖4-2所示和圖4.3所示：圖4.3.1啟動(dòng)初始WINCC畫面圖4.3.2 啟動(dòng)初始仿真畫面4秒后，若“水池低水位指示”信號(hào)未輸入，則“水池低水位”報(bào)警燈報(bào)警，如圖4.4和4.5所示：圖4.4 水池報(bào)警WINCC畫面圖4.