水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、58/58目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc264805969 摘 要 PAGEREF _Toc264805969 h 2 HYPERLINK l _Toc264805970 第一章緒論 PAGEREF _Toc264805970 h 2 HYPERLINK l _Toc264805971 1.1可編程操縱器的產(chǎn)生 PAGEREF _Toc264805971 h 2 HYPERLINK l _Toc264805972 1.2 PLC的進(jìn)展 PAGEREF _Toc264805972 h 4 HYPERLINK l _Toc264805973 1.3 PLC的

2、差不多結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc264805973 h 5 HYPERLINK l _Toc264805974 1.4 PLC特點(diǎn) PAGEREF _Toc264805974 h 9 HYPERLINK l _Toc264805975 1.5 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc264805975 h 10 HYPERLINK l _Toc264805976 1.6梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析 PAGEREF _Toc264805976 h 12 HYPERLINK l _Toc264805977 第二章 水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc264805977 h 1

3、4 HYPERLINK l _Toc264805978 2.1要求獨(dú)立完成水塔水位操縱PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。 PAGEREF _Toc264805978 h 14 HYPERLINK l _Toc264805979 2.2水塔水位系統(tǒng)操縱電路 PAGEREF _Toc264805979 h 15 HYPERLINK l _Toc264805980 2.3 輸入/輸出分配 PAGEREF _Toc264805980 h 16 HYPERLINK l _Toc264805981 2.3.1 列出水塔水位操縱系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表 PAGEREF _Toc264805981 h 16 HY

4、PERLINK l _Toc264805982 2.3.2 水塔水位系統(tǒng)的輸入/輸出設(shè)備 PAGEREF _Toc264805982 h 17 HYPERLINK l _Toc264805983 第三章 水塔水位操縱系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc264805983 h 18 HYPERLINK l _Toc264805984 3.1 工作過程 PAGEREF _Toc264805984 h 18 HYPERLINK l _Toc264805985 3.2程序流程圖 PAGEREF _Toc264805985 h 19 HYPERLINK l _Toc264805986 3.3梯形

5、圖 PAGEREF _Toc264805986 h 20 HYPERLINK l _Toc264805987 3.4 水塔水位操縱系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表 PAGEREF _Toc264805987 h 21 HYPERLINK l _Toc264805988 第四章 設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc264805988 h 22 HYPERLINK l _Toc264805989 辭謝 PAGEREF _Toc264805989 h 23 HYPERLINK l _Toc264805990 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc264805990 h 24 水塔水位操縱PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：XXX摘

6、 要 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進(jìn)行測量和操縱。水位操縱在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位操縱。而水位檢測能夠有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械操縱、邏輯電路操縱、機(jī)電操縱等。本文采納PLC進(jìn)行主操縱，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進(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)時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。關(guān)鍵詞 水位操縱、三菱PLC fx2n緒論1.1可編程操縱器的產(chǎn)生可編程操縱器是二十世紀(jì)七十年代進(jìn)展起來的操縱設(shè)備

7、，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，差不多被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速進(jìn)展，大大加強(qiáng)了可編程操縱器通信能力，豐富了可編程操縱器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC過程操縱能力。因此，不管是單機(jī)依舊多機(jī)操縱、是流水線操縱依舊過程操縱，都能夠采納可編程操縱器，推廣和普及可編程操縱器的使用技術(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?？删幊滩倏v器(Programmable Controller)也可稱邏輯操縱器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)

8、自動操縱通用裝置，是計(jì)算機(jī)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操縱器稱為PLC?？删幊滩倏v器的產(chǎn)生和繼電器接觸器操縱系統(tǒng)有專門大的關(guān)系。繼電器接觸器操縱差不多有傷百年的歷史，它是一種弱電信號操縱強(qiáng)電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。關(guān)于工作模式固定、要求比較簡單的場合特不使用，至今仍有廣泛的用途。然而當(dāng)工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，操縱柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊操縱柜，另做一個新操縱柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速進(jìn)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q

9、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，繼電器接觸器操縱難以滿足市場要求，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(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)操縱裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器操縱。其對新裝置性能提出的要求確實(shí)是聞名的GM10條，即:1. 編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2. 維修方便，采納模塊化結(jié)構(gòu)；3. 可靠性高于繼電器操縱裝置；4. 體積小于繼電器操縱裝置；5. 數(shù)據(jù)可直接送入治理計(jì)算機(jī)；6. 成本可與繼電器操縱裝置競爭；7. 輸入能夠是交流115V；8. 輸出為交流115V，2A以上，能

10、直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9. 在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要專門小變更；10. 用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。這十項(xiàng)指標(biāo)確實(shí)是現(xiàn)代PLC的最差不多功能，值得注意的是PLC并不等同于一般計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)操縱系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。用可編程操縱器代替了繼電器接觸器的操縱，實(shí)現(xiàn)了邏輯操縱功能，同時具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，同時具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種操縱器借鑒計(jì)算機(jī)的高級語言，利用面向操縱過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語言是極易為IT電器人員掌握的

11、梯形圖語言，使得部熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。如此，工作人員不必在變成上發(fā)費(fèi)大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市操縱系統(tǒng)可方便地在需要地地點(diǎn)運(yùn)行。因此，可編程操縱器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。1969年，第一臺可編程操縱器PDP14由美國數(shù)字設(shè)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，可編程操縱器由此誕生，在操縱領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。PLC問世時刻不長，然而隨著微處理器的進(jìn)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(jìn)步，PLC迅速進(jìn)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)操縱領(lǐng)域幾乎全被PLC占據(jù)。國外專家預(yù)言

12、，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機(jī)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(yīng)進(jìn)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、滅國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。1.2 PLC的進(jìn)展盡管PLC問世時刻不長，然而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)的迅速進(jìn)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速進(jìn)展，其進(jìn)展過程大致可分為三各時期：早期的PLC一般稱為可編程邏輯操縱器。這是的PLC多少由電繼電器操縱裝置的替代物的含義，其要緊功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序操縱、定時等。它在硬件上 以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I

13、/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)操縱現(xiàn)場的要求。裝置種的器件要緊采納分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采納磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采納寬敞電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器操縱線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器操縱裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易明白，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)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納微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。如此，使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、

14、計(jì)時、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。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種專門功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(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(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速進(jìn)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。如此使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。1.3 PLC的差不多結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)操縱計(jì)算機(jī)，

15、其硬件結(jié)構(gòu)差不多上與微型計(jì)算機(jī)相同，、中央處理單元(CPU)，如下圖所示。一、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC操縱中樞。它PLC系統(tǒng)程序給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(dāng)PLC投入運(yùn)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)，并分不存入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)行邏輯或算數(shù)運(yùn)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(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。

16、進(jìn)一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采納雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采納三CPU表決式系統(tǒng)。如此，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。二、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(yīng)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(jī)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)照耀下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3）EEPROM(El

17、ectrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能專門容易對其所存儲內(nèi)容進(jìn)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(shè)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(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、治理程序、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P(yáng)LC性能。系統(tǒng)RA

18、M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(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運(yùn)行后，輸入采樣時期才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新時期才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。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)。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（

19、邏輯線圈、計(jì)時器、計(jì)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)可不能遺失；后者當(dāng)PLC斷電時，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū)：要緊用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶依照工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的操縱程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機(jī)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。三、輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程操縱器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫

20、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，而可編程操縱器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠同意和處理的數(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)行部件所能接收的操縱信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊滩倏v器有多種輸入/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，要緊有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)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

21、上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，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)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊要緊用來實(shí)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)操縱系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)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(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓要緊是05伏和010伏兩種。另外還有：0somV、0IV、5+SV、10+10V，0

22、10mA等。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。四、擴(kuò)展模塊當(dāng)一個PLC中心單元的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口確實(shí)是用于連接中心差不多單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程操縱器在工業(yè)操縱中的廣泛應(yīng)用和進(jìn)展，使可編程操縱器的功能更加強(qiáng)大和完善。只能I/O接口模塊種類專門多，例如高速計(jì)數(shù)模塊、PLCA操縱模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門操縱模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。

23、五、編程器它的作用是供用戶進(jìn)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(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進(jìn)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(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息能夠重新裝入PLC。目前編程器要緊有以下三種類型：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(jī)的編程器。便于攜帶的特點(diǎn)，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操縱器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CR

24、T)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。使用圖形編程器能夠月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程操縱器的編程要求。用于IBMPC及其兼容機(jī)的編程器是個人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也專門強(qiáng)。編程器工作方式要緊有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時能夠進(jìn)行編程，它的功能要緊是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯

25、和修改。監(jiān)控工作方式能夠?qū)\(yùn)行中的操縱器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般能夠?qū)δ骋痪€圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也能夠?qū)Τ山M器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還能夠跟蹤某一器件在不同時刻的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還能夠?qū)σ恍┢骷M(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對操縱器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是特不有用和方便的。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，要緊的顯示內(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，以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程操縱器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、牢固，外形

26、小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而專門多小型機(jī)僅有10來點(diǎn)，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、牢固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過總線連接器與CPU相連。要緊有數(shù)字輸入輸出模板，模擬輸入輸出模板，熱電阻、熱電偶擴(kuò)展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的專門模板。用擴(kuò)展模板來擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：用戶可依照自己時

27、刻操縱系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或操縱精度，同時節(jié)約開支，減少不必要的投資。當(dāng)已運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時，PLC能夠隨時進(jìn)行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的操縱軟件。專門模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程操縱的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程操縱系統(tǒng)的操縱功能，而且將進(jìn)一步提高操縱質(zhì)量與可靠性。六、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(yùn)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

28、也不同。目前PLC的進(jìn)展特不迅速，型號眾多，各種專門功能模板不斷涌現(xiàn)。通常依照其I/O點(diǎn)的數(shù)量將 PLC分為三大類：小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無模擬量）； 中型機(jī)：256 2048點(diǎn)（64 128路模擬量）； 大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128 512路模擬量）。 具體實(shí)現(xiàn)時，通常采納模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶依照實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī)，其配置固定，要緊供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。1.4 PLC特點(diǎn)(一) 高可靠性1. 所有的I/O 接口電路均采納光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離2. 各輸入端均采納R-C

29、濾波器其濾波時刻常數(shù)一般為1020ms.3. 各模塊均采納屏蔽措施以防止輻射干擾4. 采納性能優(yōu)良的開關(guān)電源5. 對采納的器件進(jìn)行嚴(yán)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立即采納有效措施以防止故障擴(kuò)大7. 大型PLC 還能夠采納由雙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(jìn)一步提高(二) 豐富的I/O 接口模塊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(qiáng)電或弱電等。2. 有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；操縱閥。3. 直接連接另外為了提高

30、操作性能它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。(三) 采納模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)操縱需要除了單元式的小型PLC 以外，絕大多數(shù)PLC 均采納模塊化結(jié)構(gòu)，PLC 的各個部件包括CPU 電源I/O 等均采納模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可依照用戶的需要自行組合。(四) 編程簡單易學(xué)PLC的編程大多采納類似于繼電器操縱線路的梯形圖形式，對使用者來講不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此專門容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。(五) 安裝簡單維修方便PLC不需要專門的機(jī)房能夠在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備

31、與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障，由于采納模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶能夠通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。1.5 PLC的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC要緊用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的操縱裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的： （1）繼電器操縱裝置采納硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即假如那個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開或常閉觸點(diǎn)）在繼電器操縱線路的哪個位置上都會立即同時動作。 （2）PLC的CPU則采納順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即假如一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈

32、的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))可不能立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器操縱裝置各類觸點(diǎn)的動作時刻一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時刻一般均小于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)。如此在關(guān)于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC與繼電器操縱裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)不了。 1、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時期，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個時期。完成上述三個時期稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個時期。如下圖

33、：PLC 掃描周期（1）輸入采樣時期在輸入采樣時期，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(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新時期。在這兩個時期中，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(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也可不能改變。因此，假如輸入是脈沖信號，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)行時期 在用戶程序執(zhí)行時期，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(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(diǎn)構(gòu)成的操縱線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成

34、的操縱線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后依照邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的專門功能指令。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)可不能發(fā)生變化，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）輸出刷新時期當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)

35、入輸出刷新時期。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)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(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。2、PLC的I/O響應(yīng)時刻為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采納光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器操縱線路的硬邏輯并行操縱，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)）。以上兩個要緊緣故，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)操縱系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時刻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(yīng)時刻指從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刻。如下圖：

36、PLC掃描周期示意圖1.6梯形圖程序設(shè)計(jì)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)的繼電接觸器操縱中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器操縱原理電路圖特不相似，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，關(guān)于那些熟悉繼電器一接觸器操縱系統(tǒng)的人來講，易被同意。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的操縱功能的編程，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(dá)PLC的各種功能的助記符號，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成操縱任務(wù)的指令組合確實(shí)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

37、方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡單價(jià)廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言(SFC)類似于計(jì)算機(jī)常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述操縱過程比較詳細(xì)具體，包括每一框前的輸入信號，框內(nèi)的推斷和工作內(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(dá)方式。高級語言類似于BACIC語言、C語言等，它們在某些廠家的PLC中應(yīng)用。通常微、小型PLC要緊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、從左到右的順序排列。每一個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

38、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(shí)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(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)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點(diǎn)閉合，動斷觸點(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)與右母線

39、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)繼電器線圈在一個程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中能夠重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時，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動作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時，能夠減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡化。因此，由梯形圖編寫指令程序時，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)于一條指令，一條指令為一個步序。當(dāng)PLC運(yùn)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。

40、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)操縱的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也確實(shí)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(fù)始。第二章 水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)水塔水位操縱裝置圖水塔水流電磁閥水池電機(jī)M水池下限液位開關(guān)S3水池上限液位開關(guān)水塔水流電磁閥水池電機(jī)M水池下限液位開關(guān)S3水池上限液位開關(guān)S4水塔下限液位開關(guān)S2水塔上限液位開關(guān)S12.1要求獨(dú)立完成水塔水位操縱PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。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)

41、S3，現(xiàn)在S3為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，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，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，現(xiàn)在水池下限液位開關(guān)S3為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)頁面高于上限水位S4時，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(jī)M開始工作，向水塔供水。當(dāng)S2為OFF時，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，則S1為ON，電機(jī)M停止抽水。當(dāng)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(jī)M不能啟動。2.2水塔水位系統(tǒng)操縱電路水塔

42、水位系統(tǒng)操縱主電路圖2.3 輸入/輸出分配2.3.1 列出水塔水位操縱系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表水塔水位系統(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操縱開關(guān)Y0電磁閥X1水塔上限液位開關(guān)Y1電機(jī)MX2水塔下限液位開關(guān)Y2水池下限指示燈a1X3水池下限液位開關(guān)Y3水池上限指示燈a2X4水池上限液位開關(guān)Y4水塔下限指示燈a3Y5水塔上限指示燈a4Y6報(bào)警指示燈a52.3.2 水塔水位系統(tǒng)的輸入/輸出設(shè)備這是一個單體操縱小系統(tǒng)，沒有專門的操縱要求，它有5個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)書有8個，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有13個，只需選用一般中小型操縱器即可。據(jù)此，能夠?qū)斎搿?/p>

43、輸出點(diǎn)作出地址分配，水塔水位操縱系統(tǒng)的I/O接線圖如下：220V傳感器4傳感器3傳感器2傳感器1水塔上限指示燈a4水池下限指示燈a1電機(jī)M電磁閥SB報(bào)警指示燈a5水塔下限指示燈a3水池上限指示燈a2Y6Y5Y4Y1Y2Y3Y0X4220V傳感器4傳感器3傳感器2傳感器1水塔上限指示燈a4水池下限指示燈a1電機(jī)M電磁閥SB報(bào)警指示燈a5水塔下限指示燈a3水池上限指示燈a2Y6Y5Y4Y1Y2Y3Y0X4X2COMX3X0X1第三章 水塔水位操縱系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)3.1 工作過程設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時，電磁閥打開，開始往水

44、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位，講明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報(bào)警。若5S只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，講明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈a1滅?，F(xiàn)在，水池的液位差不多超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，電機(jī)M開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈a2，電磁閥就關(guān)閉，然而水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可現(xiàn)在水塔液位差不多超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈a3滅，電機(jī)M接著工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿是，水塔也未超過水塔上限，水塔上限指示燈a4滅，但剛剛給水塔供水的時候，電機(jī)M差不多把水池的水抽走了，

45、現(xiàn)在水塔液位差不多低于水池上限，水池上限指示燈a2良。此次給水塔供水完成。3.2程序流程圖水塔水位操縱系統(tǒng)的PLC操縱流程圖，依照設(shè)計(jì)要求操縱流程圖如下：5S后水池水位高于下限嗎？5S后水池水位高于下限嗎？電機(jī)M啟動，供水電機(jī)M啟動，供水電機(jī)M停止電機(jī)M停止3.3梯形圖依照程序流程圖設(shè)計(jì)的梯形圖如下3.4 水塔水位操縱系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表水塔水位操縱系統(tǒng)指令表第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)在機(jī)電技師學(xué)院學(xué)的所有課程的我，在畢業(yè)之際，要用我所學(xué)的知識作出后一個設(shè)計(jì)，來給予我這三年所學(xué)知識的一個確信。我做的那個題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)。在現(xiàn)在對往常學(xué)習(xí)的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對那個設(shè)計(jì)的材料搜索進(jìn)行獨(dú)立搜索時，關(guān)于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時在對搜集的材料進(jìn)行整核，結(jié)合所學(xué)理