《PLC應(yīng)用技術(shù)（西門子S7-1200）（第二版）》 課件 項(xiàng)目九 液位控制系統(tǒng)

項(xiàng)目九液位控制系統(tǒng)掌握數(shù)學(xué)運(yùn)算指令及應(yīng)用掌握模擬信號采集與處理的方法一學(xué)習(xí)目標(biāo)2024/10/22二知識講座9.1數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

數(shù)學(xué)函數(shù)指令用于實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)等功能。數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總見表9-1。

表9-1數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總2024/10/22二知識講座9.1數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

數(shù)學(xué)函數(shù)指令用于實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)等功能。數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總見表9-1。

表9-1數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總2024/10/22二知識講座9.1數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

數(shù)學(xué)函數(shù)指令用于實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)等功能。數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總見表9-1。

表9-1數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總2024/10/22二知識講座【應(yīng)用舉例9.1】有個電暖器，有三個工作檔位，分為1000W，2000W和3000W，電暖器有1000W和2000W兩種加熱絲。要求用一個按鈕能任意選擇三種不同的檔位，按一次時，為一檔1000W；按第二次為二擋2000W；按第三次時，三擋3000W，兩種加熱絲同時工作；按第四次按鈕時，停止加熱。2024/10/22二知識講座

圖9-1中，MW10用于記錄按按鈕的次數(shù)，按一次，MW10加1。M11.0為MW10低8位中的第一位，控制1000W電熱絲的通斷；M11.1位MW10低8位中的第二為，控制2000W電熱絲的通斷。當(dāng)按第一次時，MW10=16#0001，此時M11.0為1，1000W電熱絲接通；按第二次時，MW10=16#0002，此時M11.1為1,2000W的電熱絲接通；按第三次時，MW10=16#0003，此時M11.0和M11.1均為1，1000W和2000W的電熱絲同時接通；按第四次時，MW10=16#0000，M11.0和M11.1均為0，電暖器停止工作。

圖9-1加指令示例程序2024/10/22二知識講座9.2移位和循環(huán)指令移位和循環(huán)指令主要用于實(shí)現(xiàn)位序列的左右移動或者循環(huán)移動等功能。

圖9-3右移指令示例

圖9-4數(shù)據(jù)右移2024/10/22二知識講座9.2移位和循環(huán)指令

圖9-5左移指令示例圖9-6數(shù)據(jù)左移2024/10/22二知識講座2.循環(huán)移位指令

循環(huán)移位指令包含循環(huán)右移ROR和循環(huán)左移ROL,循環(huán)指令用于將序列、整數(shù)循環(huán)右移或者左移若干位?！緫?yīng)用舉例9.2】設(shè)計一個彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)，要求通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)8盞彩燈的左移或者右移，每次亮一盞燈，時間為1S。程序段1：系統(tǒng)初始掃描，M1.0為1，分別將左移數(shù)據(jù)16#01和右移數(shù)數(shù)據(jù)16#80傳送到儲存器MB10和MB11中，分別作為循環(huán)移動的初始值。其中左移初始數(shù)據(jù)16#01對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#0000_0001，分別對應(yīng)8盞燈，首先最右邊的燈亮；右移數(shù)據(jù)16#對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#1000_0000，分別對應(yīng)8盞燈，首先最左邊的燈亮。2024/10/22二知識講座2.循環(huán)移位指令

循環(huán)移位指令包含循環(huán)右移ROR和循環(huán)左移ROL,循環(huán)指令用于將序列、整數(shù)循環(huán)右移或者左移若干位?！緫?yīng)用舉例9.2】設(shè)計一個彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)，要求通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)8盞彩燈的左移或者右移，每次亮一盞燈，時間為1S。2024/10/22二知識講座2.循環(huán)移位指令

程序段1：系統(tǒng)初始掃描，M1.0為1，分別將左移數(shù)據(jù)16#01和右移數(shù)數(shù)據(jù)16#80傳送到儲存器MB10和MB11中，分別作為循環(huán)移動的初始值。其中左移初始數(shù)據(jù)16#01對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#0000_0001，分別對應(yīng)8盞燈，首先最右邊的燈亮；右移數(shù)據(jù)16#對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#1000_0000，分別對應(yīng)8盞燈，首先最左邊的燈亮。2024/10/22二知識講座2.循環(huán)移位指令

程序段2：M0.7為系統(tǒng)時鐘脈沖，周期為2S，每1S會檢測到上升沿信號，執(zhí)行一次左移或右移指令，I0.0為選擇開關(guān)SA。2024/10/22二知識講座2.循環(huán)移位指令

程序段3：系統(tǒng)將移位后的數(shù)據(jù)傳送給輸出端，QB0對應(yīng)Q0.0、Q0.1-Q0.7，分別控制8盞的亮滅。2024/10/22二知識講座9.3模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程中有很多連續(xù)變化的模擬量信號，例如水塔水位、泵出口壓力、溫度、流量、位移、速度等物理量。所有這些物理量需要利用傳感器進(jìn)行檢測，檢測出來的信號為連續(xù)的電壓信號或者電流信號，然后通過變送器將這些電壓信號或者電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號，如±10V、±5V、±2.5V、0∽10V、0∽20mA、4∽20mA等，并將這些標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號送到模擬量模塊，模擬量模塊通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給CPU處理。2024/10/22二知識講座1.模擬量模塊

圖9-7模擬輸入模塊西門子S9-1200PLC模擬I/O是以標(biāo)準(zhǔn)模塊方式實(shí)現(xiàn)的，其CPU模塊上自帶2路模擬量輸入，輸入了為電壓信號，輸入電壓范圍為0-10V，滿量程范圍為0-27468，默認(rèn)地址為IW64和IW66。（1）模擬量輸入模塊（AI）。模擬量輸入模塊是將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其主要部分為A/D轉(zhuǎn)換器。西門子提供了SM1231模擬輸入模塊和SB1231模擬量輸入信號板，可以將標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號或電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其具體型號、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-7所示，技術(shù)參數(shù)如圖9-8所示。2024/10/22二知識講座1.模擬量模塊

圖9-8模擬量輸入模塊技術(shù)參數(shù)西門子S9-1200PLC模擬I/O是以標(biāo)準(zhǔn)模塊方式實(shí)現(xiàn)的，其CPU模塊上自帶2路模擬量輸入，輸入了為電壓信號，輸入電壓范圍為0-10V，滿量程范圍為0-27468，默認(rèn)地址為IW64和IW66。（1）模擬量輸入模塊（AI）。模擬量輸入模塊是將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其主要部分為A/D轉(zhuǎn)換器。西門子提供了SM1231模擬輸入模塊和SB1231模擬量輸入信號板，可以將標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號或電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其具體型號、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-7所示，技術(shù)參數(shù)如圖9-8所示。2024/10/22二知識講座1.模擬量模塊

圖9-9模擬量輸出模塊（2）模擬量輸出模塊（AQ）。模擬量輸出模塊將CPU處理過的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成成比例的電壓信號或電流信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。西門子提供了SM1232模擬量輸出模塊和SB1232模擬量輸出信號板其具體型號、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-9所示，模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)如圖9-10所示。2024/10/22二知識講座1.模擬量模塊圖9-10模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)（2）模擬量輸出模塊（AQ）。模擬量輸出模塊將CPU處理過的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成成比例的電壓信號或電流信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。西門子提供了SM1232模擬量輸出模塊和SB1232模擬量輸出信號板其具體型號、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-9所示，模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)如圖9-10所示。2024/10/22二知識講座1.模擬量模塊圖9-11模擬量輸入輸出模塊（3）模擬量輸入輸出模塊（AI/AQ）。模擬量輸入輸出模塊能同時把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，也能把數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量。西門子提供了SM1232模擬量輸出模塊和SB1232模擬量輸出信號板其具體型號、通道數(shù)和轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-11所示。2024/10/22二知識講座2.模擬量輸入信號處理a）NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令b）SCALE_X標(biāo)定指令

模擬量輸入信號的處理可以采用轉(zhuǎn)換操作指令NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令和SCALE_X縮放指令來實(shí)現(xiàn)。

（1）NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令。NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令，通過將輸入VALUE中變量的值映射到線性標(biāo)尺對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?？梢允褂脜?shù)MIN和MAX定義（應(yīng)用于該標(biāo)尺的）值范圍的限值。輸出OUT中的結(jié)果經(jīng)過計算并存儲為浮點(diǎn)數(shù)，這取決于要標(biāo)準(zhǔn)化的值在該值范圍中的位置。如果要標(biāo)準(zhǔn)化的值等于輸入MIN中的值，則輸出OUT將返回值“0.0”。如果要標(biāo)準(zhǔn)化的值等于輸入MAX的值，則輸出OUT需返回值“1.0”。NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令原理示意如圖9-10（a）所示?！皹?biāo)準(zhǔn)化”指令將按以下公式進(jìn)行計算：OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)如果滿足下列條件之一，則使能輸出ENO的信號狀態(tài)為“0”：使能輸入EN的信號狀態(tài)為“0”；輸入MIN的值大于或等于輸入MAX的值；根據(jù)IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，指定的浮點(diǎn)數(shù)的值超出了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)范圍；輸入VALUE的值為NaN（無效算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果）。2024/10/22二知識講座2.模擬量輸入信號處理a）NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令b）SCALE_X標(biāo)定指令

（2）SCALE_X縮放指令。SCALE_X縮放指令，通過將輸入VALUE的值映射到指定的值范圍內(nèi)以縮放該值。當(dāng)執(zhí)行“縮放”指令時，輸入VALUE的浮點(diǎn)值會縮放到由參數(shù)MIN和MAX定義的值范圍。縮放結(jié)果為整數(shù)，存儲在OUT輸出中。SCALE_X縮放指令原理示意如圖9-10.b所示?！翱s放”指令將按以下公式進(jìn)行計算：OUT=[VALUE?(MAX–MIN)]+MIN如果滿足下列條件之一，則使能輸出ENO的信號狀態(tài)為“0”：使能輸入EN的信號狀態(tài)為“0”；輸入MIN的值大于或等于輸入MAX的值；根據(jù)IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，指定的浮點(diǎn)數(shù)的值超出了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)范圍；發(fā)生溢出；輸入VALUE的值為NaN（非數(shù)字=無效算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果）。2024/10/22二知識講座

圖9-11轉(zhuǎn)換原理圖

2024/10/22三工作任務(wù)圖9-12水箱示意圖1.水箱示意圖水箱示意圖如圖9-12所示。2.設(shè)備介紹（1）電磁閥：通電后打開水可以通過，斷電后關(guān)閉水流不能通過。（2）干管簧浮球開關(guān)：浮球跟著水位一起走，當(dāng)下限位浮球到達(dá)下?lián)跗恢脮r接通，兩根紅線接通，當(dāng)上限位浮球到達(dá)上擋片位置時，兩根黑線接通。（3）液位傳感器：是一種測量液位壓力的傳感器，靜壓投入式液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體高度成比例的原理，采用才有國外先進(jìn)的隔離擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再進(jìn)過溫度補(bǔ)償和線性修正轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號。本項(xiàng)目采用液位變送器，型號：SIN-P260，量程：0-1M，輸出信號：4-20mA，供電電壓：DC24V。（4）水泵：功率：80W電壓：直流24V2024/10/22三工作任務(wù)圖9-12水箱示意圖3．任務(wù)要求

本項(xiàng)目模擬水塔供水系統(tǒng)，1號水箱為高位水塔，2號水箱為用戶供水，3號水箱為底部蓄水池。

（1）1號水箱水位達(dá)到設(shè)定下限值時泵開始抽水，同時1號水箱底部電磁閥關(guān)閉；1號水箱水位達(dá)到設(shè)定上限值時泵停止抽水；若1號水箱水位達(dá)到下限值同時3號水箱也在下限值，則水泵不工作；1號水箱水位用液位傳感器檢測；（2）2號水箱水位達(dá)到下限位時2號水箱電磁閥關(guān)閉，同時1號水箱電池閥打開；若此時1號水箱在下限值，1號水箱電磁閥仍關(guān)閉；2號水箱水位達(dá)到上限位時1號水箱電磁閥關(guān)閉。（3）3號水箱為蓄水水箱，人工向3號水箱加水，水位達(dá)到3號水箱上限位時，2號水箱電磁閥關(guān)閉；水位低于到3號水箱上限位下限位時，2號水箱電磁閥打開，泵停止抽水。（4）正常工作情況下，每個水箱水位都不能低于下限位高于上限位。4．項(xiàng)目分析

輸入信號：系統(tǒng)啟動、停止按鈕；1號水箱水位檢測信號，該信號為4-20mA電流信號；2號水箱和3號水箱水位檢測為干管簧浮球開關(guān)。

輸出信號：1號水箱、2號水箱電磁閥，水泵。2024/10/22四任務(wù)實(shí)施1.控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)任務(wù)分析可知，本控制系統(tǒng)有啟動、停止、2號水箱上限位、2號水箱下限位、3號水箱上限位、3號水箱下限位總共6個數(shù)字量輸入；一個4-20mA電流輸入信號；3個數(shù)字量輸出信號。因此，輸入數(shù)字量點(diǎn)數(shù)大于6和輸出點(diǎn)數(shù)大于3的PLC，本項(xiàng)目選擇PLC類型為：CPU1214DC/DC/DC，訂貨號6ES9-214-1AG40-0XB0。由于S9-1200PLC的CPU模塊自帶模擬量輸入為電壓信號輸入，因此另外選擇模擬量輸入模塊SM1231AI4x13位，訂貨號為：6ES7231-4HD32-0XB0。2024/10/22四任務(wù)實(shí)施2.I/O地址分配輸入信號輸出信號輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0啟動按鈕I0.01號水箱電磁閥1號水箱放水Q0.0SB1停止按鈕I0.12號水箱電磁閥2號水箱放水Q0.1浮球開關(guān)13號水箱下限位I0.2水泵抽水Q0.2浮球開關(guān)13號水箱上限位I0.3

浮球開關(guān)22號水箱下限位I0.4

浮球開關(guān)22號水箱上限位I0.5

液位變送器1號水箱液位IW96

表9-2水箱控制系統(tǒng)I/O地址分配表2