水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、學(xué) 號(hào)_0804121041_ 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)課 題 水塔水位限制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 系 別 機(jī)械工程系 專業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)老師 二0 一 二 年 六 月- 19 - / 30書目插圖清單表格清單摘要Abstract第一章 緒論 11.1水塔水位限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性11.2限制理論的發(fā)展及應(yīng)用概況11.3本文的主要工作2其次章 水塔水位限制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 32.1 PLC的工作原理 32.2 PLC選型 52.3 水位傳感器的選擇62.4水塔水位限制方案 8第三章 水塔水位限制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 93.1水塔水位限制系統(tǒng)主電路 93.2限制系統(tǒng)和PLC的輸入/輸出接口安排表 103.3水塔水位限制系統(tǒng)的I

2、/O接線圖 11第四章 水塔水位限制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 12 4.1系統(tǒng)工作過程 124.2程序流程圖 134.3梯形圖和詳細(xì)分析 144.4水塔水位限制系統(tǒng)梯形圖對(duì)應(yīng)指令17總結(jié) 18參考文獻(xiàn)19致謝20插圖清單2-1 PLC運(yùn)行方式圖 32-2 PLC掃描周期示意圖42-3 S7-300 PLC的實(shí)物圖52-4 S7-300PLC的模塊圖52-5 EchoPod超聲波液位傳感器62-6水塔水位限制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖83-1電機(jī)主電路圖93-2系統(tǒng)接線圖113-3程序流程圖134-1程序流程圖的梯形圖15插表清單3-1水塔水位系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口安排表 10_Toc324809322_To

3、c324809323水塔水位限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本文采納PLC進(jìn)行主限制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變更，把測量到的水位變更轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS（Monitor and Control Generated System）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，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。水塔水位限制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的限制方式存在限制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而自動(dòng)限制原理, 依據(jù)用水量的變更自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定以滿意用水要求, 從而提高了供水

4、系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝便利，經(jīng)過多次試驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，便利家庭和單位限制水塔水位的志向裝置。 關(guān)鍵詞:水位； 自動(dòng)限制系統(tǒng)；調(diào)試 ；可編程限制器（PLC）Water Level Control System Design of Water TowerAbstractIn this paper, the PLC control, an automatic measurement of water level device installed in the tank. The electrical conductivity of water continuously aroun

5、d the clock to measure the water level changes, and measured the water level changes converted into corresponding electrical signals, console application MCGS(Monitor and Control Generated System) configuration software received signal for data processing, complete the corresponding water level the

6、fault alarm information display, the display of real-time curve and the historical curve, so that the water level is maintained at the appropriate location. The water tower water level control system is widely used in water supply system of the residential area, the traditional control method, contr

7、ol accuracy and low energy consumption and the shortcomings of automatic control theory, in accordance with changes in water automatically adjust the system operating parameters, to maintain constant pressure to meet the water requirements, thereby enhancing the quality of the water supply system. A

8、nd low-cost, easy installation, after repeated experiments show a good sensitivity, is to save water, family friendly, and units of the ideal device to control the water tower water level.Key words：water level；Automatic ；Debugging ；PLC第一章 緒論1.1 水塔水位限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性水塔水位限制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的限制方式存在限制精度低、能

9、耗大的缺點(diǎn),而自動(dòng)限制原理, 是依據(jù)用水量的變更自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定來滿意用水要求, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝便利，經(jīng)過多次試驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，便利家庭和單位限制水塔水位的志向裝置。不論社會(huì)經(jīng)濟(jì)如何飛速，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴(yán)峻的生產(chǎn)事故及損失，從而對(duì)供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿意剛好、精確、平安足夠的供水。假如仍舊運(yùn)用人工方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，平安性難以保障，由此必需對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化限制系統(tǒng)的改造。從而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、低成本的設(shè)計(jì)、高好用價(jià)值的限制器。

10、該設(shè)計(jì)采納分立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限制,既達(dá)到節(jié)能的目的,又提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。1.2 PLC限制理論的發(fā)展及應(yīng)用概況1.2.1 PLC限制理論的發(fā)展可編程限制器（Programmable Controller）,也稱可編程邏輯限制器（Programmable Logic Controller），是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)限制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡稱PC，為了避開和個(gè)人電腦（也簡稱為PC）相混淆，通常將可編程限制器簡稱為PLC1。早期的PLC雖然PLC問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也快速發(fā)

11、展，其發(fā)展過程大致可分為三個(gè)階段：可編程邏輯限制器2。這時(shí)的PLC多少由繼電器限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依次限制、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)限制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采納分別元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采納磁芯存儲(chǔ)器。另外還實(shí)行了一些措施，以提高其抗干擾的實(shí)力。在軟件編程上采納廣闊電器工程技術(shù)人員所熟識(shí)的繼電器限制線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器限制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡潔易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)運(yùn)用等。其中PLC特有的編程語言梯形圖始終沿用至今。在七十年頭，微

12、處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變更。美國，日本，德國等一些廠家先后起先采納微處理器作為PLC的中心處理單元（CPU）。這樣，使PLC的功能大大增加。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。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特別功能模塊。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，還供應(yīng)了肯定數(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)入八十年頭中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采納的微處理器的檔次普遍提

13、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)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變更。我國在八十年頭初才起先運(yùn)用PLC，目前從國外引進(jìn)的PLC運(yùn)用較為普遍是由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。1.2.2 PLC限制理論的應(yīng)用PLC初始時(shí)針對(duì)工業(yè)依次限制發(fā)展而研制的。經(jīng)過近40年的發(fā)展，PLC技術(shù)已大大超過其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平，其定位在低成本自動(dòng)化項(xiàng)目和作為大型Distributed Control System（DCS）或Fieldbus Control System（FCS）系統(tǒng)的I/O站?，F(xiàn)在PLC的

14、應(yīng)用已遍布國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，并幾乎涉及到工業(yè)界全部領(lǐng)域的中、大型設(shè)備的自動(dòng)限制中，形成了滿意各種須要的PLC應(yīng)用系統(tǒng)。1.3 本文的主要工作在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，常常須要對(duì)水位進(jìn)行測量和限制。水位限制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等狀況下的水位限制。而水位檢測可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械限制、邏輯電路限制、機(jī)電限制等8。本文采納PLC進(jìn)行主限制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測量水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變更，把測量到的水位變更轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS(Monitor and Control Generated System)組態(tài)軟件對(duì)接收到的信號(hào)

15、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，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。并?duì)水塔水位系統(tǒng)進(jìn)行I/O分析和梯形圖設(shè)計(jì)，充溢設(shè)計(jì)內(nèi)容，便利更清晰的了解設(shè)計(jì)內(nèi)容。其次章 水塔水位限制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 PLC的工作原理 最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的限制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。 （1）繼電器限制裝置采納硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即假如這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器全部的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器限制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)馬上同時(shí)動(dòng)作6。 （2）PLC的CPU則采納依次邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即假如一個(gè)輸出線圈或邏輯線

16、圈被接通或斷開，該線圈的全部觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)馬上動(dòng)作，必需等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作8。為了消退二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器限制裝置各類觸點(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采納了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC和繼電器限制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)分了5。 掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(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以肯定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行

17、上述三個(gè)階段，如圖2-1所示。圖2-1 PLC運(yùn)行方式圖（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全部輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)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(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變更，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)變更11。因此，假如輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必需大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何狀況下，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總是按由上而下的依次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)成的限制線路，

18、并按先左后右、先上后下的依次對(duì)由觸點(diǎn)構(gòu)成的限制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后依據(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)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)的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特別功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，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)生變更，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在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)生變更，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7。 （3）輸出刷新

19、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依據(jù)I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新全部的輸出鎖存電路，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。2.1.2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增加PLC的抗干擾實(shí)力，提高其牢靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采納光電隔離技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器限制線路的硬邏輯并行限制，PLC采納了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）11。以上兩個(gè)主要緣由，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)限制系統(tǒng)慢的多，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。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變更起先

20、到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的變更所需的時(shí)間，如圖2-2所示。圖2-2 PLC掃描周期示意圖2.2 PLC選型隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多。近年來，從國外引進(jìn)的PLC產(chǎn)品、國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號(hào)，PLC種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有不同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC對(duì)于提高PLC限制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起重要作用11。S7-300PLC是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿意中等性能要求的應(yīng)用3。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具便利用戶給全部模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；便利的

21、人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大削減。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特別系統(tǒng)事務(wù)（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令愛護(hù)可以運(yùn)用戶高度、有效地愛護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能變更操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用的是西門子S7-300 PLC，就是因

22、為它的好用性，所以在這里有必要介紹一下它的硬件基本結(jié)構(gòu)，如圖2-3和圖2-4所示。 接口模塊 電源 圖2-4 S7-300 PLC的模塊圖圖2-3 S7-300 PLC的實(shí)物圖如上圖示：除了電源、CPU和接口模塊（IM）外，S7-300可以選擇的其他主要模塊有：DI（數(shù)字量數(shù)入）、DO（數(shù)字量輸出）、AI（模擬量輸入）、AO（模擬量輸出）、FM（功能模塊）和CP（通信模塊）3。S7-300的組件及其功能如下：電源（PS）將電網(wǎng)電壓（120/230V）變換為S7-300所需的24V DC工作電。中心處理單元（CPU）執(zhí)行用戶程序，附件：存儲(chǔ)器模塊，后備電池。接口模塊（IM）連接2個(gè)機(jī)架的總線。信

23、號(hào)模塊（SM）把不同的過程信號(hào)和S7-300相匹配，附件：總接線器，前接線器。功能模塊（FM）完成地位、閉環(huán)限制等功能。通訊處理器（CP）連接可編制限制器，附件：電纜、軟件、接口模塊。其中，圖2-4中的八個(gè)信號(hào)模塊即是信號(hào)模塊（SM）的八個(gè)模擬量，可隨意搭配。2.3 水位傳感器的選擇 EchoPod超聲波液位傳感器集非接觸開關(guān)，限制器，變送器三種功能于一身，適用于小型儲(chǔ)罐。EchoPod超聲波液位傳感器敏捷的設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于綜合系統(tǒng)或者替代浮球開關(guān)、電導(dǎo)率開關(guān)和靜壓式傳感器，也適用于流體限制和化工供料系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，超聲波液位傳感器對(duì)于機(jī)器，剎車等設(shè)備的小儲(chǔ)罐的應(yīng)用也是很好的選擇，PVDF的傳感

24、器可以適用于泥漿，腐蝕性介質(zhì)，超聲波液位傳感器廣泛應(yīng)用于各種常壓儲(chǔ)罐，過程罐，小型罐和小型容器，泵提升站，廢水儲(chǔ)槽等。圖2-5 EchoPod超聲波液位傳感器EchoPod DL14 超聲波液位傳感器的產(chǎn)品特點(diǎn)： 量程1.25米 輸出420mA+4個(gè)繼電器 探頭材質(zhì)PVDF，耐酸堿腐蝕 窄聲束角0度，支持靜管技術(shù) WebCal軟件標(biāo)定，防護(hù)等級(jí)IP67 工作原理：EchoPod超聲波液位傳感器是依據(jù)超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)被嚴(yán)峻衰減 相反地，假如在液體中傳播時(shí)，超聲波的傳播會(huì)被大大增加。電子限制單元發(fā)出一系列的電信號(hào)，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

25、端接到有效信號(hào)時(shí)，就發(fā)出數(shù)據(jù)有效的信號(hào)，表明有液體存在。這個(gè)信號(hào)輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。以下是FLOWLINE EchoPod DL14 超聲波液位傳感器的技術(shù)參數(shù)：量程： 1.25m精度： 3mm辨別率： 0.5mm聲束寬度： 5cm死區(qū): 5cm供電電壓： 24vdc(環(huán)路)溫度補(bǔ)償： 全量程自動(dòng)環(huán)繞阻抗： 400ohms24vdc信號(hào)輸出： DL14:420 mA, 4*SPST繼電器標(biāo)定： WebCal PC 軟件，USB標(biāo)定失效診斷： 4 mA,20 mA,21 mA,22mA，或者保持當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)過程溫度： 20 to 60壓力： 大氣壓防護(hù)等級(jí)： NEMA 4X (IP65)

26、外殼材料： PC/ABS FR探頭材料： PVDF過程連接： 1"NPT(1"G)螺紋電纜長度： 1.2米電纜材料： PVC延時(shí)： 可選類別： 一般認(rèn)證： CE2.4水塔水位限制方案圖2-5 水塔水位限制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖1）保持水池的水位在S3S4之間，當(dāng)水池水位低于下限液位開關(guān)S3，此時(shí)S3為ON，電磁閥打開，起先往水池里注水，當(dāng)5S以后，若水池水位沒有超過水池下限液位開關(guān)S3時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)水池下限液位開關(guān)S3為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)液面高于上限水位S4時(shí)，則S4為ON，電磁閥關(guān)閉。2）保持水塔的水位在S1S2之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限

27、水位開關(guān)S2時(shí)，則水塔下限液位開關(guān)S2為ON，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)M起先工作，向水塔供水。當(dāng)S2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開關(guān)S1時(shí)，則S1為ON，電機(jī)M停止抽水。3) 在限制系統(tǒng)啟動(dòng)后，若水池水位低于水池最低水位時(shí)液位傳感器將水位信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC依據(jù)此信號(hào)打開電磁閥向水池補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到水池最高水位時(shí)液位傳感器將水位信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向PLC發(fā)出信號(hào)關(guān)閉電磁閥的工作，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(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向PLC輸出，PLC在收到信號(hào)后啟動(dòng)電磁閥向水塔加水，當(dāng)水塔水位達(dá)到最高水位時(shí)傳感器將水位信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)向PLC發(fā)

28、出信號(hào)關(guān)閉電磁閥的工作。4)當(dāng)水塔水位低于下限水位時(shí)，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，電機(jī)M不能啟動(dòng)。第三章 水塔水位限制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1水塔水位限制系統(tǒng)主電路給排水工程中常運(yùn)用三相異步電動(dòng)機(jī)Y90L-4，功率為1.5KW4。 水泵上的電動(dòng)機(jī)一般是單向旋轉(zhuǎn)，并有以下限制: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5S檢測水塔水位是否提高，從而來限制水泵的工作，當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)向PLC發(fā)出限制信息，停止水泵工作9。水位閉環(huán)調(diào)整原理是：通過在水塔中的水位傳感器，將水位值變換為電流信號(hào)進(jìn)入PLC，執(zhí)行程序，通過水泵的開關(guān)對(duì)水塔中的水

29、位進(jìn)行自動(dòng)限制。圖3-1電機(jī)的主電路圖3.2 PLC的輸入/輸出接口安排表系統(tǒng)的輸入信號(hào)：限制開關(guān)1個(gè)，液位開關(guān)4個(gè)，共5個(gè)輸入信號(hào)；系統(tǒng)的輸出信號(hào)有：電磁閥1個(gè)，電機(jī)1臺(tái)，指示燈5個(gè)，共7個(gè)輸出點(diǎn)。西門子S7-300型PLC，它有8個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，溝通供電，滿意本例要求8。如：X400為水位限制開關(guān)的地址輸入繼電器，X401為水塔上限液位開關(guān)S1的地址輸入繼電器，X402為水塔下限液位開關(guān)S2的地址輸入繼電器，X403為水池下限液位開關(guān)S3的地址輸入繼電器，X404為水池上限液位開關(guān)S4的地址輸入繼電器，即，在PLC中，通過X400、X401、X402、X403、X404來進(jìn)行對(duì)水塔

30、水位進(jìn)行液位限制。Y430為電磁閥的地址輸出繼電器，Y431為電機(jī)M的地址輸出繼電器，Y432為水池下限指示燈a1的地址輸出繼電器（到水池下限時(shí)燈亮），Y433為水池上限指示燈a2的地址輸出繼電器（到水池上限時(shí)燈亮），Y434為水塔上限指示燈a3的地址輸出繼電器（到水塔下限時(shí)燈亮），Y435為水塔上限指示燈a4的地址輸出繼電器（到水塔上限時(shí)燈亮），Y436為報(bào)警指示燈a5的地址輸出繼電器（警報(bào)時(shí)燈亮），即，PLC中，通過Y430、Y431、Y432、Y433、Y434、Y435、Y436對(duì)液位進(jìn)行合理限制，便利和輸入設(shè)備協(xié)調(diào)搭配。由此，PLC輸入/輸出接口安排表如下：表3-1 水塔水位系統(tǒng)PL

31、C的輸入/輸出接口安排表輸入繼電器現(xiàn)場器件輸出繼電器現(xiàn)場器件X400啟動(dòng)按鈕Y430電磁閥X401水塔上限液位開關(guān)S1Y431電機(jī)MX402水塔下限液位開關(guān)S2Y432水池下限指示燈a1X403水池下限液位開關(guān)S3Y433水池上限指示燈a2X404水池上限液位開關(guān)S4Y434水塔下限指示燈a3X405停止按鈕Y435水塔上限指示燈a4Y436報(bào)警指示燈a53.3 水塔水位限制系統(tǒng)的I/O接線圖據(jù)輸入輸出安排表，再加上西門子S7-300設(shè)備的要求，對(duì)輸入、輸出地址進(jìn)行安排，水塔水位限制系統(tǒng)的I/O接線圖如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)I/O接線圖第四章 水塔水位限制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)工作

32、過程當(dāng)執(zhí)行程序是，檢測到水池為液位低于水池下限液位時(shí)，電磁閥打開，起先往水池里進(jìn)水，假如進(jìn)水超過5S，而水池液位沒有超過水池下限液位，說明系統(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)定的超過水池下限液位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限液位的指示燈a1滅。此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過了下限液位了，系統(tǒng)檢測到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限液位，電機(jī)M起先工作，向水塔供。當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈a2滅，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過水塔下限液位，則水塔下限液位指示燈a3滅，電機(jī)M接著工作，從水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔也超過水

33、塔上限，水塔上限液位指示燈a4滅。但剛剛給水塔供水的時(shí)候，電機(jī)M已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水池液位已經(jīng)低于水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈a2亮。此次給水塔供水完成。4.2 程序流程圖水塔水位限制系統(tǒng)的PLC限制流程圖，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，限制流程圖如圖4-1所示。圖4-1 程序流程圖4.3 梯形圖和詳細(xì)分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言7。它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器限制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，和傳統(tǒng)的繼電器限制原理電路圖特別相像，但又加入了很多功能強(qiáng)而又運(yùn)用敏捷的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那些熟識(shí)繼電器接觸器限制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡潔的限制功能的編

34、程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選運(yùn)用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá)PLC的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成限制任務(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，通常都先用其它編程方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表。通常微、小型PLC主要采納繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：1)梯形圖按自上而下、從左到右的依次排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最終是線圈或線圈和右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所運(yùn)用的元件編號(hào)地址必需在所運(yùn)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

35、何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖便利，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿意輸出線圈的動(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：層次的變更也只能自上而下。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“I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)和右母線干脆相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必

36、需有觸點(diǎn)。5)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)運(yùn)用；而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)運(yùn)用，且運(yùn)用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是依據(jù)梯形圖由上而下、從左到右的先后依次逐步進(jìn)行的，即按掃描方式依次執(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)，可以削減很多有約束關(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、從左到右的依次，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須要去執(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。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用

37、戶程序起先，在無中斷或跳轉(zhuǎn)限制的狀況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增依次逐條掃描用戶程序，也就是依次逐條執(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，然后再從頭起先掃描，并周而復(fù)始4。圖4-2程序流程圖設(shè)計(jì)的梯形圖圖4-2所示是滿意圖4-1所示工藝流程的梯形圖。水塔水位限制系統(tǒng)工作時(shí)，按如下步驟進(jìn)行：（1）壓下啟動(dòng)按鈕SB1，輸入繼電器觸電X400接通, 200得電自鎖；（2）當(dāng)水池液位到下限開關(guān)S3時(shí)，輸入繼電器X403接通，Y430得電自鎖，電磁閥打開；（3）當(dāng)水池液位到下限開關(guān)S3時(shí)，輸入繼電器X403接通，Y432得電，則水池下限指示燈a1亮；（4）電磁閥開啟，往水池加水，并啟動(dòng)

38、定時(shí)器T450，定時(shí)5S；（5）5S后若水池水位沒有超過水池下限液位開關(guān)S3時(shí)，輸出繼電器Y436接通，報(bào)警指示燈a5亮；（6）當(dāng)水塔水位低于水塔下限液位開關(guān)S2時(shí)，輸入繼電器X402接通，Y431得電自鎖，水泵抽水；（7）當(dāng)水塔水位低于水塔下限液位開關(guān)S2時(shí)，輸入繼電器X402接通，Y434得電，水塔下限指示燈a3亮；（8）當(dāng)水塔中的水位達(dá)到水塔上限液位開關(guān)S1時(shí)，輸入繼電器X401接通，Y435得電，水塔上限指示燈a4亮；（9）當(dāng)水塔中的水位達(dá)到水塔上限液位開關(guān)S1時(shí)，輸入繼電器X401常開觸點(diǎn)閉合，則此時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開，故Y431失電，水泵停止抽水；（10）當(dāng)水池中的水達(dá)到水池的上限液位開

39、關(guān)S4時(shí)，輸入繼電器X404閉合，Y433得電，水池上限指示燈a2亮；（11）當(dāng)水池中的水達(dá)到水池的上限液位開關(guān)S4時(shí)，輸入繼電器X404常開觸點(diǎn)閉合，則此時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開，Y430失電，電磁閥關(guān)閉，此次供水完成。4.4水塔水位限制系統(tǒng)梯形圖對(duì)應(yīng)指令水塔水位限制系統(tǒng)指令LD X400ANI 405LD 403AND 430ANI 404OUT Y430LD 403OUT Y432LD 430OUT T450 K5LD T450AND 403OUT Y436LD 403AND 402OR Y431ANI 401OUT 431LD 402OUT Y434LD 401OUT Y435LD 404OUT

40、 Y433END總結(jié)畢業(yè)論文是我學(xué)習(xí)階段一次特別難得的理論和實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的水塔水位的自動(dòng)限制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論學(xué)問學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合熬煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)問，解決實(shí)際工程問題的實(shí)力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及PLC制作程序等其他專業(yè)實(shí)力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)微環(huán)節(jié)的斟酌處理，都使我的實(shí)力得到了熬煉，閱歷得到了豐富，抗壓實(shí)力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)

41、準(zhǔn)，各種元件的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深化而不斷熟識(shí)并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老師的溝通溝通更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的相識(shí)也對(duì)自己提出了新的要求，提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了多數(shù)實(shí)踐閱歷，使我的頭腦更好的被學(xué)問武裝了起來，也必定會(huì)讓我在將來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變實(shí)力，更強(qiáng)的溝通實(shí)力和理解實(shí)力。在設(shè)計(jì)中，首先要對(duì)本次設(shè)計(jì)所需物品進(jìn)行了解，比如PLC，水塔水位等。再加上逐步分析西門子S7-300的各種模擬量，以便利對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容建立一個(gè)大致的系統(tǒng)方案。其次，在設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)方案基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件分析，進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行做了檢查。最終，把方案實(shí)踐于PLC上，檢測方案能否運(yùn)行勝利，并畫出梯形圖，讓人更清晰的了解系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡。順當(dāng)如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信念，讓我了解專業(yè)學(xué)問的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充溢信