基于plc水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)訓(xùn)（習(xí)）報(bào)告課程名稱(chēng)：專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)專(zhuān)業(yè)：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：成績(jī)：完成日期：目錄1、PLC簡(jiǎn)介 61.1、可編程控制器的產(chǎn)生 61.2、PLC的發(fā)展 81.3、PLC的未來(lái)展望 91.4、PLC的特點(diǎn) 91.5、PLC的組成 101.5.1、中央處理單元(CPU) 111.5.2、存儲(chǔ)器 111.5.3、輸入/輸出模塊 131.5.4、擴(kuò)展模塊 141.5.5、編程器 141.5.6、電源 161.6、PLC的工作原理 161.6.1、掃描技術(shù) 171.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間 181.7、梯形圖程序設(shè)計(jì) 182、方案的論證 202.1、工藝過(guò)程分析 202.2、PLC型號(hào)的選擇 202.3、工作控制方式 203、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) 223.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路 223.2、輸入/輸出分配 233.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖 234、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 244.1、程序流程圖 244.2、梯形圖 254.3、系統(tǒng)程序的具體分析 264.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令表 275、總結(jié) 28致謝 29參考文獻(xiàn) 30摘要在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)水位進(jìn)行測(cè)量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測(cè)可以有多種實(shí)現(xiàn)方法，如機(jī)械控制、邏輯電路控制、機(jī)電控制等。本文采用PLC進(jìn)行主控制，在水箱上安裝一個(gè)自動(dòng)測(cè)水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測(cè)量水位的變化，把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS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)奈恢谩ｊP(guān)鍵詞：水位控制、歐姆龍PLC1、PLC簡(jiǎn)介可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來(lái)的控制設(shè)備，是集微處理器、儲(chǔ)存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC過(guò)程控制能力。因此，無(wú)論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過(guò)程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義?？删幊炭刂破?ProgrammableController)也可稱(chēng)邏輯控制器(ProgrammableLogicController),是一微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡(jiǎn)稱(chēng)PC。為了與個(gè)人電腦（也簡(jiǎn)稱(chēng)PC）相混淆通常將可編程控制器稱(chēng)為PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生和繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開(kāi)關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，用戶(hù)寧愿扔掉舊控制柜，另做一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q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—接觸器控制難以滿足市場(chǎng)要求，此問(wèn)題首先被美國(guó)通用汽車(chē)公司（GM公司）提了出來(lái)。通用汽車(chē)公司為適合汽車(chē)型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品多樣性的需求，公開(kāi)對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來(lái)設(shè)計(jì)。用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，并且具有計(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，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言，利用面向控制過(guò)程，面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，其標(biāo)志性語(yǔ)言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語(yǔ)言，使得部熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，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，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的發(fā)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迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國(guó)外專(zhuān)家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。我國(guó)在八十年代初才開(kāi)始使用PLC，目前從國(guó)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、美國(guó)GE公司GE系列和德國(guó)西門(mén)子公司S系列等。雖然PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是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)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分為三各階段：早期的PLC一般稱(chēng)為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控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順序控制、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)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，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(yǔ)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(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。這樣，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、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。再硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。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)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類(lèi)型的PLC所采用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(kāi)發(fā)研制了專(zhuān)用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。

21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)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(huì)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(huì)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(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)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(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)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(lái)越大的作用。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(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，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(kāi)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(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)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(gè)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(chǎng)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，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)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組成各種控制系統(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(jì)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(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)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(kāi)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(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)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。PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元，通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。典型PLC組成框圖如圖1.1所示。圖1.1典型PLC組成框圖1.5.1、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器狀態(tài)，并能診斷用戶(hù)程序中語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)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(hù)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。進(jìn)一步提高PLC可靠性，近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。1.5.2、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。1、PLC常用存儲(chǔ)器類(lèi)型（1）RAM（RandomAssessMemory）這是一種讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）這是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器。斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。（3）EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory)這是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易對(duì)其所存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行修改。2、PLC存儲(chǔ)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(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)（2）系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)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、管理程序、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(hù)不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC性能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類(lèi)軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運(yùn)行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲(chǔ)單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱(chēng)作I/O映象區(qū)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)字（16個(gè)bit）。整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開(kāi)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(chǔ)區(qū)：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類(lèi)軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持存儲(chǔ)區(qū)域，前者PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng)PLC斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來(lái)存放用戶(hù)的應(yīng)用程序。所謂用戶(hù)程序時(shí)指使用戶(hù)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的的產(chǎn)生過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的控制程序。次程序由使用者通過(guò)編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶(hù)隨時(shí)修改。也可將用戶(hù)程序存放在EEPROM中。1.5.3、輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的借口?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過(guò)輸入模塊送到PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接收的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。可編程控制器有多種輸入/輸出模塊其類(lèi)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(lèi)型，每種類(lèi)型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(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(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)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(lái)，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/輸出模塊主要用來(lái)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)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)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?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。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(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.5.4、擴(kuò)展模塊當(dāng)一個(gè)PLC中心單元的I/O點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。只能I/O接口模塊種類(lèi)很多，例如高速計(jì)數(shù)模塊、PLCA控制模塊、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(mén)控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。1.5.5、編程器它的作用是供用戶(hù)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(hù)程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在它的作用是供用戶(hù)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(hù)程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。目前編程器主要有以下三種類(lèi)型：1.便攜式編程器(也叫簡(jiǎn)易編程器)；2.圖形編程器；3.用于IBM—PC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(guò)按鍵輸入指令，通過(guò)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控制器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來(lái)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(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ)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(huà)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、大型可編程控制器的編程要求。用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)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)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤(pán)部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(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(pán)有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤(pán)中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來(lái)越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧，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(hào)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，而很多小型機(jī)僅有10來(lái)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(hù)選型后，所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專(zhuān)用于擴(kuò)展用的各模板供用戶(hù)選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過(guò)總線連接器與CPU相連。主要有數(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(zhuān)用功能的特殊模板。用擴(kuò)展模板來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：用戶(hù)可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì)PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開(kāi)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(shí)，PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)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)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專(zhuān)用模板的開(kāi)發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。1.5.6、電源PLC中的電源一般有三類(lèi)：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(lèi)型的電源其地線也不同。目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將PLC分為三大類(lèi)：小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無(wú)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(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶(hù)根據(jù)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，主要供定型成套設(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。1.6.1、掃描技術(shù)、、、1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間梯形圖編程語(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(hù)都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱(chēng)的縮寫(xiě)字母來(lái)表達(dá)PLC的各種功能的助記符號(hào)，類(lèi)似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(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，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫(xiě)成相應(yīng)的語(yǔ)句表，編程設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉。通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，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(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(hù)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“l(fā)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(kāi)，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)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(hù)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(xiě)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(hù)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，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過(guò)程稱(chēng)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(hù)程序開(kāi)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(hù)程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶(hù)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(kāi)始掃描，并周而復(fù)始。2方案的論證水塔水位控制系統(tǒng)過(guò)程分析：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的,此時(shí)S4,S3,S2,S1均為ON。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，掃描到水池為液位低于水池下限位時(shí)，電磁閥Y打開(kāi)(10.02通電)，開(kāi)始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過(guò)4S，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位（傳感器S4仍為ON），說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)故障指示燈閃爍（10.03閃爍）。若4S后只有水池液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位（傳感器S4變?yōu)镺FF），說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作。此時(shí)只有水池下限位有水，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（S2為ON），故水泵M（10.04通電）開(kāi)始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)（傳感器S3變?yōu)镺FF），電磁閥Y就關(guān)閉（10.02失電）。但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿，水泵M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔裝滿時(shí)（傳感器S1變?yōu)镺FF），水泵M停止供水（10.04失電），此次給水塔供水完成。輸入:系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕一個(gè),系統(tǒng)停止按鈕一個(gè),液位傳感器四個(gè)分別表示為S4,S3，S2和S1。輸入一共有6個(gè)，考慮到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整數(shù)7，所以共需7個(gè)輸入點(diǎn)。輸出:Y閥,故障指示燈,水泵M。輸出共有3個(gè)，3×（1＋15％）＝3.45取整數(shù)4，所以共需4個(gè)輸出點(diǎn)。可以選OMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。、、、3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示圖3.1水塔水位自動(dòng)控制示意圖圖3.2水塔水位控制系統(tǒng)電路圖水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)I/O分配表輸入輸出操作功能地址操作功能地址啟動(dòng)按鈕停止按鈕液位傳感器s4液位傳感器s3液位傳感器s2液位傳感器s10.000.010.020.030.040.05Y閥故障指示燈水泵M10.0210.0310.04水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如3.3所示：圖3.3水塔水位控制系統(tǒng)接線圖4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如圖5.1：圖4.1水塔液位自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖根據(jù)程序流程圖設(shè)計(jì)的梯形圖如5.2所示：圖4.2水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖PLC控制程序分析實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)按下00000系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕,中間繼電器20001得電并自鎖,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)并一直保持。按下00001停止按鈕系統(tǒng)的運(yùn)行停止。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開(kāi)進(jìn)水(Y為ON),當(dāng)S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)Y打開(kāi)進(jìn)水（Y為ON）定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒(méi)有進(jìn)水，出現(xiàn)故障。實(shí)現(xiàn)功能：當(dāng)S4為OFF時(shí)（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界時(shí)S2為ON，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)電機(jī)M停止。水塔水位控制系統(tǒng)指令表如圖4.3所示：圖4.3水塔水位控制系統(tǒng)的指令表總結(jié)五個(gè)星期的PLC實(shí)訓(xùn)很快結(jié)束了，在這短暫的實(shí)訓(xùn)時(shí)間里，經(jīng)過(guò)老師、同學(xué)的指導(dǎo)，我獲益匪淺，學(xué)習(xí)了不少關(guān)于自己專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)。在完成項(xiàng)目期間，我們組的分工明確，有負(fù)責(zé)編程的，有負(fù)責(zé)報(bào)告找資料，有負(fù)責(zé)畫(huà)電路圖的……雖說(shuō)分工明確，但在完成項(xiàng)目過(guò)程中遇到些麻煩的話組員之間還是相互配合相互幫助盡量讓每個(gè)學(xué)員學(xué)到更多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使每個(gè)組員更上一個(gè)層次。實(shí)訓(xùn)期間，我主要負(fù)責(zé)編程、報(bào)告及