畢業(yè)設(shè)計(jì)--水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　供水是一個(gè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)。隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)城市供水提出了更高的要求，要滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全保證充足供水，如果仍然沿用人工方式，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，為此必須進(jìn)行水塔水位控制自動(dòng)化系統(tǒng)的改造?？删幊炭刂破? PLC) 因其高可靠性和較高的性價(jià)比在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)目前

2、比較流行的控制技術(shù)，利用PLC和傳感器構(gòu)成了水塔水位恒的控制系統(tǒng)。改造后的水塔水位自控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 可編程邏輯控制器（PLC） 水塔水位 自動(dòng)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Water supply is a major

3、industry involving the interests of the state and the people. With development of society and the improvement of the people's livelihood, city water supply has been brought forward a higher request. It needed to be t

4、imely , accurate and safely to plentifully conduct water supply. If we still continue to use a way of the man-power, the intensity of labor are high , availability is low and the security is difficult to ensure .We mus

5、t carry out water tower water level unde</p><p>　　Key wards：Programmable Logic Controller. water pool water lever. automatically controls</p><p><b>　　目錄</b></p><p>&l

6、t;b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展1</p><p>　　1.1 水塔供水的發(fā)展1</p><p>　　1.2傳感器和PLC的應(yīng)用2</p><p>　　第二章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

7、3</p><p>　　2.1系統(tǒng)構(gòu)成及其控制要求3</p><p>　　2.1.系統(tǒng)框圖5</p><p>　　第三章水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1水泵電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2水位傳感器的選擇：7</p><p>　　第四章 P

8、LC的設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.1可編程序控制器(PLC)簡(jiǎn)介8</p><p>　　4. 2 PLC工作原理9</p><p>　　4.2.1掃描的概念9</p><p>　　4. 2. 2 PLC的工作過(guò)程9</p><p>　　4. 3 PLC的編程語(yǔ)言--梯形圖11</p>&l

9、t;p>　　4.4 編程軟件的簡(jiǎn)介和梯形圖的基本繪制規(guī)則12</p><p>　　4.5水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)15</p><p>　　第五章 結(jié)束語(yǔ)（系統(tǒng)總結(jié)分析）21</p><p>　　5.1系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)21</p><p>　　5.2 結(jié)束語(yǔ)21</p><p><b>　

10、　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　致 謝24</b></p><p>　　第一章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展</p><p>　　1.1 水塔供水的發(fā)展</p><p>　　中國(guó)的城鎮(zhèn)供水具有120年的悠久歷史。自1879年中國(guó)的旅順建成第一座供水設(shè)施開(kāi)始到1949年，全國(guó)只有

11、60個(gè)城市有供水設(shè)施，日供水能力186萬(wàn)立方米。到1978年，全國(guó)有467個(gè)城市建有供水設(shè)施，日供水能力達(dá)到6382萬(wàn)立方米。改革開(kāi)放以來(lái)，供水事業(yè)有了較快的發(fā)展，到1998年底，中國(guó)668個(gè)城市，具備日供水能力20992萬(wàn)立方米。另外，全國(guó)有13922個(gè)小城鎮(zhèn)，建有水廠13828座，日供水能力達(dá)到2111萬(wàn)立方米。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的大規(guī)模開(kāi)展，我國(guó)城市給水工程建設(shè)也得到了飛速發(fā)展。舊式的水塔供水控制系統(tǒng)是通過(guò)繼電器接觸線路控制開(kāi)停泵機(jī)來(lái)實(shí)

12、現(xiàn)控制水塔水位的。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是控制線路復(fù)雜，維護(hù)工作繁重，操作麻煩，可靠性低，故障率高，而且供水量的增加也增加了供水人員的數(shù)量以及勞動(dòng)量。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工控領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，可編程控制PLC已具有很強(qiáng)的通訊功能，PLC系統(tǒng)也從單機(jī)控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)、分散型控制系統(tǒng)，發(fā)展到遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)。人們對(duì)供水系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高如何及時(shí)、安全的供水成為不可避免的問(wèn)題。能夠準(zhǔn)確有效的控制水塔水位達(dá)到供水要求就成為供水系統(tǒng)急需解決的問(wèn)

13、題。</p><p>　　1.2傳感器和PLC的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)代水塔控制系統(tǒng)中大量先進(jìn)儀表和設(shè)備的大量應(yīng)用對(duì)其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了越來(lái)越高的要求,傳統(tǒng)的人工手動(dòng)操作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能獲得好的控制品質(zhì)?？删幊炭刂破? PLC) 因其高可靠性和較高的性價(jià)比在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。水塔水位控制系統(tǒng)中每個(gè)工藝段的設(shè)備及檢測(cè)儀表相對(duì)集中, 控制相對(duì)獨(dú)立,而PLC 特別適用于這樣的

14、系統(tǒng)特性, 因此能夠完成生產(chǎn)過(guò)程中工業(yè)控制與狀態(tài)監(jiān)測(cè)。</p><p>　　現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國(guó)防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測(cè)系統(tǒng)正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。檢測(cè)設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具然隨著科技的發(fā)展人們?cè)诳刂扑灰?/p>

15、也越來(lái)越高，在引入PLC后大大增進(jìn)了水塔水位的自動(dòng)化，不但達(dá)到了以前控制水泵的開(kāi)關(guān)加水，而且達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確、安全供水。</p><p>　　第二章 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　2.1系統(tǒng)構(gòu)成及其控制要求</p><p>　　圖2.1 水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　S1: 水塔水位上限 當(dāng)水塔水位達(dá)到

16、此位置時(shí)液位傳感器將向PLC發(fā)出最高水位信號(hào)請(qǐng)求停止水泵工作</p><p>　　S2: 水塔水位下限 當(dāng)水塔水位達(dá)到此位置說(shuō)液位傳感器將向PLC發(fā)出最低水位信號(hào)請(qǐng)求開(kāi)啟水泵工作</p><p>　　S3: 水槽水位上限 當(dāng)水塔水位達(dá)到此位置時(shí)液位傳感器將向PLC發(fā)出最高水位信號(hào)請(qǐng)求停止水泵工作</p><p>　　S4: 水槽水位下限 當(dāng)水

17、塔水位達(dá)到此位置說(shuō)液位傳感器將向PLC發(fā)出最低水位信號(hào)請(qǐng)求開(kāi)啟水泵工作</p><p>　　M: 抽水泵 當(dāng)水塔水位達(dá)到最低水位時(shí)PLC將開(kāi)到抽水泵向水塔供水</p><p>　　Y: 補(bǔ)水泵 當(dāng)水槽水位達(dá)到最低水位時(shí)PLC將開(kāi)到抽水泵向水塔供水</p><p><b>　　原理</b></p><p>

18、　　在控制系統(tǒng)啟動(dòng)后，若水槽水位低于水槽最低水位時(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根據(jù)此信號(hào)打開(kāi)補(bǔ)水泵向水槽補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到水槽最高水位時(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)停止補(bǔ)水泵的工作，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)水泵向水塔加水，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)出信號(hào)停止水泵的工作。</p>

19、;<p><b>　　2.1.系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　如下圖整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)水位傳感器，一臺(tái)PLC和一臺(tái)水泵以及若干部件組成。安裝于水塔上的傳感器將水塔的水位轉(zhuǎn)化成1-5伏的電信號(hào)；電信號(hào)到達(dá)PLC將控制控制水泵的開(kāi)關(guān)。水箱水位自動(dòng)控制系統(tǒng)由PLC !核心控制部件"# 高低位水箱的水位檢測(cè)電路高低水位信號(hào)傳送給PLC水泵電動(dòng)機(jī)控制電路 PLC 控制啟停及主

20、備切換</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　在水塔水位檢測(cè)系統(tǒng)中通過(guò)超聲波液位傳感器將水位信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入PLC中，在通過(guò)PLC控制水泵的啟動(dòng)或關(guān)閉。在系統(tǒng)運(yùn)行中當(dāng)水為低于最低值時(shí)PLC將啟動(dòng)水泵向水塔中加水，當(dāng)水塔中的水達(dá)到最高值時(shí)PLC使水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)即水泵停止向水塔供水。等到水塔水位再次達(dá)到控制最低水位時(shí) 系統(tǒng)再次重復(fù)這個(gè)過(guò)程</p>&l

21、t;p>　　水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1水泵電動(dòng)機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　給排水工程中常使用三相異步電動(dòng)機(jī)， 水泵上的電動(dòng)機(jī)一般都是單向旋轉(zhuǎn)有以下控制</p><p>　　在水塔水位檢測(cè)系統(tǒng)中通過(guò)水位傳感器檢測(cè)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(guò)5分鐘檢測(cè)水塔水位是否提高控制水泵的工作，當(dāng)水位達(dá)

22、到最高水位時(shí)向PLC發(fā)出信息控制信息停止水泵工作。</p><p>　　供水系統(tǒng)的基本原理如圖2.1 所示，水位閉環(huán)調(diào)節(jié)原理是：通過(guò)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)行較后程序，通過(guò)水泵的開(kāi)關(guān)對(duì)水塔中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)PLC 出現(xiàn)故障時(shí)，還有一套手動(dòng)控制來(lái)進(jìn)行對(duì)水塔水位控制。手動(dòng)控制采用交流接觸器。</p><p>　　圖3.1 水泵電動(dòng)機(jī)控制圖</p&g

23、t;<p>　　水泵啟動(dòng)工作：當(dāng)投入作為主電路電源開(kāi)關(guān)的配線切斷器MCCB時(shí)，在收到PLC的啟動(dòng)水泵指令后，電磁線圈MC中有電流流過(guò)，電磁接觸器MC運(yùn)行。當(dāng)電磁接觸器MC運(yùn)行時(shí)，主電路的主觸點(diǎn)MC閉合，常閉觸點(diǎn)MC-b打開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)MC-m2閉合，當(dāng)主觸點(diǎn)閉合時(shí)，電源電壓施加到電動(dòng)機(jī)M上，開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)常閉觸點(diǎn)MC-b打開(kāi)時(shí)，綠燈GN-L中無(wú)電流流過(guò)，綠燈熄滅，當(dāng)常開(kāi)觸點(diǎn)MC-m2閉合時(shí)，紅燈RD-L中有電流流過(guò)，紅燈點(diǎn)亮。

24、</p><p>　　水泵停止工作：當(dāng)投入作為主電路電源開(kāi)關(guān)的配線切斷器MCCB時(shí)，在收到PLC的停止水泵指令后，電磁線圈MC中無(wú)電流流過(guò)，電磁接觸器MC恢復(fù)。當(dāng)電磁接觸器MC恢復(fù)時(shí)，主電路的主觸點(diǎn)MC打開(kāi)，常閉觸點(diǎn)MC-b閉合，常開(kāi)觸點(diǎn)MC-m2打開(kāi)，當(dāng)主觸點(diǎn)MC打開(kāi)時(shí)，電源電壓施不再施加到電動(dòng)機(jī)M上，電動(dòng)機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)常閉觸點(diǎn)MC-B閉合時(shí)，綠燈GN-L中有電流流過(guò)，綠燈點(diǎn)亮，當(dāng)常開(kāi)觸點(diǎn)MC-m2打開(kāi)時(shí)，紅

25、燈RD-L中無(wú)電流流過(guò)，紅燈熄滅。</p><p>　　MCCB：Molded case circuit breakers 配線切斷器是把開(kāi)閉機(jī)構(gòu)、后動(dòng)裝置等統(tǒng)一裝到絕緣容器內(nèi)的部件，它是利用操作手柄對(duì)通常使用狀態(tài)的電路進(jìn)行開(kāi)閉控制的。經(jīng)常應(yīng)用于電源電路的開(kāi)閉中，當(dāng)發(fā)生過(guò)載、短路等情況時(shí)自動(dòng)地切斷電路。</p><p>　　MC：Electromagnetic contact

26、ors 所謂電磁接觸器，就是應(yīng)用電磁鐵對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行開(kāi)閉控制的接觸器，主要用于電源電路的開(kāi)閉。電磁接觸器有主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)構(gòu)成的觸點(diǎn)和電磁線圈與鐵心構(gòu)成的靠做電磁鐵部分組成。</p><p>　　THR: 熱敏繼電器（thermal rekay） 是由加熱器部分和觸點(diǎn)機(jī)構(gòu)部分組成的。當(dāng)夠電流流過(guò)加熱部分時(shí)，雙金屬片因?yàn)槭軣岫l(fā)生彎曲，因此觸點(diǎn)部分被打開(kāi)而使電路得到保護(hù)。</p><p>

27、;　　3.2水位傳感器的選擇：</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求所選傳感器要求在水面和水底都可以使用，所以選擇超聲波液位傳感器U9ULS系列的 U9ULS——10/100系列。U9ULS系列超聲波液位傳感器開(kāi)關(guān)使用范圍非常廣。本產(chǎn)品具有焊接的不銹鋼傳感器探頭，沒(méi)有縫隙不會(huì)泄露，另外沒(méi)有易損的活動(dòng)部件，故可承載非常高的溫度和壓力。它不會(huì)受溫度、壓力、密度和液體類型等參數(shù)的影響。在大多數(shù)情況下，電子設(shè)備放在鑄鋁的

28、，NEMA 4/NEMA 7防爆且防水的殼體中。</p><p>　　U9ULS具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　可應(yīng)用于多種液體中 </p><p>　　可承受高達(dá)1000psi的壓力</p><p>　　不受氣泡、蒸汽、雜質(zhì)后湍流等因素的影響。</p><p>　　長(zhǎng)度達(dá)121in(303.3cm)</p&

29、gt;<p>　　可安裝在側(cè)面、頂部或底部</p><p>　　工作原理：U9ULS系列是給予超聲波理論工作的。當(dāng)超聲波在空氣中傳播時(shí)，會(huì)被嚴(yán)重衰減 相反地，如果在液體中傳播時(shí)，超聲波的傳播會(huì)被大大增強(qiáng)。電</p><p>　　子控制單元發(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(cè)區(qū)內(nèi)傳播。當(dāng)另一端街道有效信號(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)

30、輸送到繼電器，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。</p><p>　　U9ULS——100系列產(chǎn)品具有性能優(yōu)異的傳感器探頭，可在溫度為300F和壓力為1000PSI的情況下良好的工作。</p><p>　　U9ULS——10系列產(chǎn)品為更靠近池底，將頂端的探頭設(shè)計(jì)成缺口形狀。控制電路設(shè)計(jì)成小型，密封的結(jié)構(gòu)，可安裝在遠(yuǎn)程的控制地點(diǎn)。</p><p>　　特點(diǎn)：10A的繼電器輸出<

31、/p><p>　　115/230V AC，12V DC或24V DC輸入</p><p>　　高增益。無(wú)需效準(zhǔn)，工作溫度可達(dá)300 長(zhǎng)度可達(dá)151.5CM</p><p>　　表3.1 主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　第四章 PLC的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1可編程序控制器(PLC)簡(jiǎn)介</p>

32、<p>　　可編程序控制器(Programmable Logic Controller))簡(jiǎn)稱PLC。所謂可編程序控制器，就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)并執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)操作的指令，通過(guò)數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。隨著PLC的發(fā)展，它不僅能完成編輯、運(yùn)算、控制，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算。<

33、;/p><p>　　4. 2 PLC工作原理</p><p>　　4.2.1掃描的概念</p><p>　　掃描是一種形象化的術(shù)語(yǔ)，用來(lái)描述可編程序控制器內(nèi)部的CPU的工作過(guò)程。所謂掃描就是依次對(duì)各種規(guī)定的操作項(xiàng)目全部進(jìn)行訪問(wèn)和處理。PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個(gè)CPU每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，因此CPU按程序的順序依次執(zhí)

34、行各個(gè)操作，這種需要處理多個(gè)作業(yè)時(shí)依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式。由于掃描是周而復(fù)始無(wú)限循環(huán)的，每掃描一個(gè)循環(huán)所用的時(shí)間為掃描周期。</p><p>　　順序掃描的工作方式是PLC的基本工作方式，它簡(jiǎn)單直觀，方便用戶程序設(shè)計(jì)，為PLC的可靠運(yùn)行提供了有利保證。一方面，所掃描的指令被執(zhí)行后其結(jié)果馬上就可以被后面將要掃描的指令所利用;另一方面，還可以通過(guò)CPU設(shè)置定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描時(shí)間是否超過(guò)規(guī)定時(shí)間，避

35、免由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。</p><p>　　4. 2. 2 PLC的工作過(guò)程</p><p>　　PLC的工作過(guò)程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過(guò)程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，.然后順序向各個(gè)輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)的接收外來(lái)的控制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通

36、信。因此，PLC工作過(guò)程分為以下五步:</p><p><b>　　(1)自診斷</b></p><p>　　自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快的修復(fù)，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對(duì)CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)

37、的信息。</p><p><b>　　(2)與外設(shè)通信</b></p><p>　　自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過(guò)程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過(guò)程中PLC將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的

38、操作，把現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)、PLC的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。</p><p><b>　　(3)輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)</b></p><p>　　完成前兩步工作后PLC便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。這一過(guò)程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開(kāi)關(guān)狀

39、態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過(guò)程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值。</p><p><b>　　(4)解算用戶邏輯</b></p><p>　　即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開(kāi)始，在無(wú)跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因

40、此稱之為解算用戶邏輯。解算過(guò)程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個(gè)掃周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。</p><p><b>　　(5)輸出結(jié)果</b></p><p>　　將本次的掃描過(guò)程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前

41、一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹?，每一步所得到的輸出信?hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開(kāi)輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即PLC的實(shí)際輸出。</p><p>　　在依次完成上述五個(gè)步驟操作后PLC又開(kāi)始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至

42、接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。</p><p>　　4. 3 PLC的編程語(yǔ)言--梯形圖</p><p>　　梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡(jiǎn)單，直觀，易讀，好懂，是PLC中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號(hào)，這些圖形符號(hào)被稱為編程元件，每一個(gè)編程元件對(duì)應(yīng)有一個(gè)編號(hào)。不同廠家的PLC，其編程元件的多少及編號(hào)方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。

43、</p><p><b>　　梯形圖有如下特點(diǎn)。</b></p><p>　?、偬菪螆D按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行，稱為梯形。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個(gè)圖形呈梯形。</p><p>　?、谔菪螆D中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，因此稱為

44、軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該繼電器通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。</p><p>　　梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。</p><p>　　③梯形圖中，一般情況下某個(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點(diǎn)是可以被無(wú)限制的引用，既可是常開(kāi)觸點(diǎn)也可以是常閉觸點(diǎn)。</p><p>　　④

45、梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒(méi)有真實(shí)的電流通過(guò)，但是為了方便，常用有電流來(lái)形象的描述解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為它只能從左向右流動(dòng)，層次的改變只能是先上后下。3.4可編程序控制器PLC的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　①能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，不要求空調(diào)，能抗電磁干擾與電壓沖擊。</p><p>　?、诤?jiǎn)單，

46、易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí)，編程不需要高級(jí)語(yǔ)言。</p><p>　?、劭煽啃愿?，平均故障間隔時(shí)間(MTBF)超過(guò)20000小時(shí)。</p><p>　?、芫幊袒蛐薷某绦蛉菀祝绦蚩梢员４婧凸袒?。</p><p><b>　　⑤體積小，價(jià)格低。</b></p><p>　?、蘅芍苯訉?shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接

47、到現(xiàn)場(chǎng)。</p><p>　　⑦可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá)10000英尺，內(nèi)存可以擴(kuò)展。</p><p>　?、嘤泻軓?qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。</p><p>　?、嵯到y(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。</p><p>　?、庀到y(tǒng)在一種現(xiàn)場(chǎng)不需要時(shí)，仍可改在另一種現(xiàn)場(chǎng)上使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。</p>&l

48、t;p>　　4.4 編程軟件的簡(jiǎn)介和梯形圖的基本繪制規(guī)則</p><p>　　PLC控制程序采用OMRON公司提供的C—Programmer編程軟件開(kāi)發(fā),基于windows的應(yīng)用軟件，梯形圖(lad)語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，梯形圖可以看作是PLC的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)

49、計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。</p><p>　　C20是普及型可編程程序控制器。他有兩種型號(hào)一是不可編程的，稱為基本型；另一種是可編程的稱為擴(kuò)展型，基本型有16點(diǎn)輸入 8點(diǎn)輸出，以及136個(gè)內(nèi)部輔助繼電器；擴(kuò)展

50、型的輸入點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展到80點(diǎn)；輸出點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展到60，起它功能和基本型相同。C20 不但具有一般小型PC所具有的邏輯運(yùn)算指令、定時(shí)指令 記數(shù)指令 和連鎖指令 還具有數(shù)值運(yùn)算指令</p><p>　　C系列P型機(jī)是在C20 基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的增強(qiáng)型小型機(jī)，和C20相比，P型機(jī)結(jié)構(gòu)更為合理 指令功能大大增強(qiáng)。幾種型號(hào)的P型機(jī)硬件機(jī)構(gòu)，指令系統(tǒng)，性能指標(biāo)，編程方法完全相同，這類PC專用開(kāi)關(guān)量控制，其基本的構(gòu)成仍可分為：主機(jī)單元

51、，擴(kuò)張單元和編程器。</p><p>　　根據(jù)對(duì)本設(shè)計(jì)的分析及教材上所講的設(shè)計(jì)規(guī)則，該系統(tǒng)是PLC單機(jī)控制，由此計(jì)算輸入、輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)，并且在選PLC時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上預(yù)留10%的余量。因?yàn)樵撓到y(tǒng)只有4輸入點(diǎn)和2輸出點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選擇C20P 介紹一些關(guān)于C20P的參數(shù)。 C20P 機(jī)包括有主機(jī)單元、I/O擴(kuò)展單元、I/O鏈接單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元等。C20P主機(jī)箱的輸入點(diǎn)為12個(gè)，是

52、00CH的0000~0011端子，輸出點(diǎn)為8個(gè)是05CH的0500~0507。主機(jī)單元是包含了CPU的中央處理單元，因此也稱CPU箱。CPU箱中包括有CPU、RAM、ROM及與編程器或EPROM寫入等外設(shè)相連的接口，與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，有輸入輸出端子、高速計(jì)數(shù)輸入端子、+24V DC輸出端子、電源接線端子、輸入輸出狀態(tài)指示燈、電源指示燈、報(bào)警燈等。</p><p>　　C20P提供了12入點(diǎn)、8輸出點(diǎn)。

53、它有編碼、譯碼、數(shù)制轉(zhuǎn)換，可逆計(jì)數(shù)等功能；有64個(gè)16位的數(shù)據(jù)存貯區(qū)?？梢怨灿镁幊唐鳌PROM寫入器、打印接口及圖形編程器等C系列的外設(shè)。有16個(gè)特殊功能繼電器，分別是：</p><p>　　1808：電池異常為ON</p><p>　　1809：當(dāng)掃描時(shí)間在100～130ms時(shí)為ON</p><p>　　1810：使用高速計(jì)數(shù)器，收到復(fù)位信號(hào)時(shí)它在一個(gè)掃描周期內(nèi)

54、為ON</p><p>　　1811、1812、1814：常OFF</p><p><b>　　1813：常ON</b></p><p>　　1815：程序運(yùn)行單脈沖</p><p>　　1900: T=0.1s的連續(xù)脈沖</p><p>　　1901: T=0.2s的連續(xù)脈沖</p>

55、<p>　　1902: T=1s的連續(xù)脈沖</p><p>　　1903: 操作數(shù)不是BCD碼或數(shù)制轉(zhuǎn)換時(shí)BCD碼大于9999為ON</p><p>　　1904: 數(shù)值運(yùn)算時(shí)有進(jìn)位/借位時(shí)為ON</p><p>　　1905: 數(shù)值比較時(shí)大于為ON</p><p>　　1906: 數(shù)值比較時(shí)等于為ON</p>&

56、lt;p>　　1907: 數(shù)值比較時(shí)小于為ON</p><p>　　1907: 數(shù)值比較時(shí)小于為ON C20P-型機(jī)CPU單元 </p><p>　　表4.1 C20P 性能參數(shù)</p><p>　　輸入輸出擴(kuò)展單元：電源電壓 100-240VAC</p><p>　　輸入 24VDC,12點(diǎn)</p><

57、p>　　輸出 繼電器(帶插座) 8點(diǎn)</p><p><b>　　C20P一般規(guī)格</b></p><p><b>　　C20P的性能規(guī)格</b></p><p>　　4.5水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　確定PLC所需的各類繼電器，對(duì)各元件編號(hào)，如下表所示。&l

58、t;/p><p>　　輸入/輸出端口地址分配</p><p>　　3、畫出PLC的外部輸入輸出電路如圖6-2所示。</p><p>　　圖4.1 PLC外接線圖</p><p>　　S1: 水塔水位上限</p><p>　　S2: 水塔水位下限</p><p>　　S3: 水槽水位上限</p&

59、gt;<p>　　S4: 水槽水位下限</p><p><b>　　M: 抽水泵</b></p><p><b>　　Y: 補(bǔ)水泵</b></p><p>　　圖2.2 水塔水位系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　1．.硬件連線</b></p>

60、<p>　　（１）輸入COM端和電源０Ｖ連接輸入端和水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)輸入端連接</p><p>　?。ǎ玻┹敵鯟OM端串聯(lián)連接和電源２４Ｖ連接（COM０－COM１－COM２－COM３－COM４－COM５－COM６－COM７－COM８－電源２４Ｖ）輸出端（OUT端）和水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)０遢斎攵讼噙B（OUT O1－Y，OUT O2－M，）</p><p><b>

61、;　　2．Ｉ／Ｏ分配：</b></p><p><b>　　輸入</b></p><p>　　調(diào)試單元 PLC內(nèi)部 說(shuō)明</p><p>　　I000 000ＣＨ00 啟動(dòng)按鈕</p><p>　　I001 S1 000ＣＨ01 水塔水位上限</p><p>　　I002 S2 00

62、0ＣＨ02 水塔水位下限</p><p>　　I003 S3 000ＣＨ03 水槽水位上限</p><p>　　I004 S4 000ＣＨ04 水槽水位下限輸出調(diào)試單元 ＰＬＣ內(nèi)部 說(shuō)明</p><p>　?。?01 010CH01 Y</p><p>　?。?02 010CH02 M</p><p><b&g

63、t;　　3．.程序說(shuō)明</b></p><p>　　當(dāng)啟動(dòng)按鈕(IN I0)打開(kāi)，若水槽水位低于水位下限時(shí)時(shí)，補(bǔ)水閥（Y）抽水。若水槽水位高于水位上限時(shí)，補(bǔ)水閥（Y）關(guān)閉，停止抽水。同時(shí)，當(dāng)水塔水位低于水位下限時(shí)，并且水槽水位高于水位下限時(shí)時(shí),抽水泵(M) 抽水(即M燈亮)。當(dāng)水塔水位高于水位上限時(shí)時(shí)，抽水泵(M)關(guān)閉，停止抽水。若水塔水位低于水位下限，水槽水位低于水槽水位下限時(shí),抽水泵（M）不抽水。

64、</p><p>　　編制梯形圖并寫出語(yǔ)句表，梯形圖如圖</p><p><b>　　語(yǔ)句表如表</b></p><p>　　第五章 結(jié)束語(yǔ)（系統(tǒng)總結(jié)分析）</p><p><b>　　5.1系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)因采用PLC控制水泵電

65、源開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了即使安全的完成操作。</p><p>　　因?qū)崿F(xiàn)水位自動(dòng)控制，不需要操作人員頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了人力并是水塔的供水達(dá)到及時(shí)、安全、準(zhǔn)確。</p><p><b>　　5.2 結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展

66、帶來(lái)了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國(guó)防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測(cè)系統(tǒng)正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。檢測(cè)設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具。 </p><p>　　本課題研究的內(nèi)容是“水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)”。水位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而以往水位的檢測(cè)是由人工完成的，值班人員全天候地對(duì)水位的

67、變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用有線電話及時(shí)把水位變化情況報(bào)知主控室。然后主控室再開(kāi)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無(wú)論從人員、時(shí)間和資金上都將造成很大的浪費(fèi)。同時(shí)也容易出差錯(cuò)。因此急需一種能自動(dòng)檢測(cè)水位，并根據(jù)水位變化的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，我所研究的就是這方面的課題。</p><p>　　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。本設(shè)計(jì)采用傳感器檢測(cè)進(jìn)行主控制，在水池上安裝超聲波傳感器

68、水位裝置。把測(cè)量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。 </p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)控制供水技術(shù)在小區(qū)已普遍使用。用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水，與其它供水方式相比較而言，其優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的。節(jié)能效果十分顯著，啟動(dòng)平穩(wěn)，啟動(dòng)電流小，避免了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)了泵和閥門等的使用壽命。供水控制系統(tǒng)提高了小區(qū)的供水質(zhì)量。各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了用戶的要求。高度智能化，系列標(biāo)準(zhǔn)化是未來(lái)供水設(shè)備適應(yīng)供水調(diào)度和

69、整體規(guī)劃要求的必然趨勢(shì)。隨著PLC飛速發(fā)展，基于PLC的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)以其節(jié)能、安全、高品質(zhì)的供水質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)將在供水領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用，使我國(guó)供水行業(yè)不斷向前發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 魏志精.可編程控制器件應(yīng)用技術(shù) 電子工業(yè)出版社 1995</p><p>　　

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71、氣控制線路（數(shù)字部分） 關(guān)靜 譯 科學(xué)出版社 2005</p><p>　　6大賓莊司 電氣控制線路（基礎(chǔ)與實(shí)物） 盧伯英 譯 科學(xué)出版社2005</p><p>　　7 PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐 北京：人民郵電出版社 2005.9</p><p>　　8 廖常初 PLC編程及應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2002.9</p><

72、;p>　　9丁煒，魏孔平 可編程控制器在工業(yè)中的應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社 2004.7</p><p>　　10 宋序彤. 我國(guó)城市供水發(fā)展有關(guān)問(wèn)題分析[J]．城鎮(zhèn)供水．2001，2：22～2</p><p>　　11 路林吉 可編程控制器原理及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 200.9</p><p>　　12周志敏 周紀(jì)海 紀(jì)愛(ài)華編著.電工控制實(shí)用電路.北京：電子工

73、業(yè)出版社，2005.11</p><p>　　13 宋伯生. 可編程控制器配置.編程.聯(lián)網(wǎng) 北京：中國(guó)勞動(dòng)出版</p><p>　　14楊幫文. 新型工業(yè)控制開(kāi)關(guān)應(yīng)用手冊(cè) 北京：機(jī)械出版社 2006</p><p>　　15程周.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　16齊蓉 肖維蓉. 可編程計(jì)算

74、機(jī)控制器件技術(shù) 北京：電子工業(yè)出版社 2005</p><p>　　17汪曉平. PLC 可編程控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例導(dǎo)航 北京：人民郵電出版社 2004</p><p>　　18 李國(guó)厚 張發(fā)玉.PLC原理與應(yīng)用 北京： 清華大學(xué)出版社 2005</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>

75、　　本論文是在***教授的悉心指導(dǎo)下完成的。作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的不足，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到許多的問(wèn)題，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促和指導(dǎo)， 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師***教授。我的設(shè)計(jì)較為枯燥，但是***仍然細(xì)心地為我檢察錯(cuò)誤并給予修改建議。***治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神是我學(xué)習(xí)的榜樣，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作是一種鼓勵(lì)。同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，在整個(gè)設(shè)計(jì)中得到了同學(xué)們的支持和鼓勵(lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 </p>