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

1、<p>　　水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文采用PLC進(jìn)行主控制，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化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS（Monitor and Control Generated System）組態(tài)軟件對(duì)接收到的信號(hào)

2、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?lt;/p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而自動(dòng)控制原理, 依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定以滿足用水要求, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔

3、水位的理想裝置。 　</p><p>　　關(guān)鍵詞:水位； 自動(dòng)控制系統(tǒng)；調(diào)試 ；可編程控制器（PLC）</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　插圖清單</b></p><p><b>　　表格清單</b></p><p>

4、<b>　　摘要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性………………………………………………………1</p><p>　　1.

5、2控制理論的發(fā)展及應(yīng)用概況………………………………………………………1</p><p>　　1.3本文的主要工作……………………………………………………………………2</p><p>　　第二章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)………………………………………………… 3</p><p>　　2.1 PLC的工作原理 ……………………………………………………………………3&l

6、t;/p><p>　　2.2 PLC選型 ……………………………………………………………………………5</p><p>　　2.3 水位傳感器的選擇…………………………………………………………………………6</p><p>　　2.4水塔水位控制方案 …………………………………………………………………8</p><p>　　第三章 水塔水位控制系

7、統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………9</p><p>　　3.1水塔水位控制系統(tǒng)主電路 …………………………………………………………9</p><p>　　3.2控制系統(tǒng)與PLC的輸入/輸出接口分配表 ………………………………………10</p><p>　　3.3水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖 …………………………………………………11</p

8、><p>　　第四章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) …………………………………………12 </p><p>　　4.1系統(tǒng)工作過程 ………………………………………………………………………12</p><p>　　4.2程序流程圖 …………………………………………………………………………13</p><p>　　4.3梯形圖與具體分析 ……………

9、……………………………………………………14</p><p>　　4.4水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖對(duì)應(yīng)指令………………………………………17</p><p>　　總結(jié) …………………………………………………………………………………18</p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………19</p><p>

10、　　致謝…………………………………………………………………………………20</p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　2-1 PLC運(yùn)行方式圖 ……………………………………………………………………3</p><p>　　2-2 PLC掃描周期示意圖…………………………………………………………………4</p>

11、<p>　　2-3 S7-300 PLC的實(shí)物圖…………………………………………………………………5</p><p>　　2-4 S7-300PLC的模塊圖…………………………………………………………………5</p><p>　　2-5 EchoPod超聲波液位傳感器……………………………………………………………6</p><p>　　2-6水塔水位

12、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖……………………………………………………………8</p><p>　　3-1電機(jī)主電路圖…………………………………………………………………………9</p><p>　　3-2系統(tǒng)接線圖……………………………………………………………………………11</p><p>　　3-3程序流程圖……………………………………………………………………………13&l

13、t;/p><p>　　4-1程序流程圖的梯形圖…………………………………………………………………15</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性</p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)

14、,而自動(dòng)控制原理, 是依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定來滿足用水要求, 從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。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)重的生產(chǎn)事故及損失，從而對(duì)供水系統(tǒng)提出了更高的要求，滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式

15、，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性難以保障，由此必須對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造。從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、低成本的設(shè)計(jì)、高實(shí)用價(jià)值的控制器。該設(shè)計(jì)采用分立的電路實(shí)現(xiàn)超高、低警戒水位處理,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,既達(dá)到節(jié)能的目的,又提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。</p><p>　　1.2 PLC控制理論的發(fā)展及應(yīng)用概況</p><p>　　1.2.1 PLC控制理論的發(fā)展</p>&

16、lt;p>　　可編程控制器（Programmable Controller）,也稱可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），是以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，簡稱PC，為了避免與個(gè)人電腦（也簡稱為PC）相混淆，通常將可編程控制器簡稱為PLC[1]。</p><p>　　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

17、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)展過程大致可分為三個(gè)階段：</p><p>　　可編程邏輯控制器[2]。這時(shí)的PLC多少由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)場的要求。裝置中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

18、，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特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。</p><p>　　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用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）

19、。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。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。</p><p>　　進(jìn)入八十年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的

20、迅速發(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)生了巨大變化。</p><p>　　我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外引進(jìn)的PLC使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。</p>

21、<p>　　1.2.2 PLC控制理論的應(yīng)用</p><p>　　PLC初始時(shí)針對(duì)工業(yè)順序控制發(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。</p><p>　　現(xiàn)在PLC的應(yīng)用已遍

22、布國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，并幾乎涉及到工業(yè)界所有領(lǐng)域的中、大型設(shè)備的自動(dòng)控制中，形成了滿足各種需要的PLC應(yīng)用系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 本文的主要工作</p><p>　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對(duì)水位進(jìn)行測量和控制。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[8]。</

23、p><p>　　本文采用PLC進(jìn)行主控制，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化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，主控臺(tái)應(yīng)用MCGS(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?。并?duì)水塔水位系統(tǒng)進(jìn)行I/O分析和梯形圖設(shè)計(jì)，

24、充實(shí)設(shè)計(jì)內(nèi)容，方便更清楚的了解設(shè)計(jì)內(nèi)容。</p><p>　　第二章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 PLC的工作原理 </p><p>　　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)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。 </p><p>　?。?）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼

25、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)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作[6]。 </p><p>　　（2）PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作[8]。</p><p>　　為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的

26、差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(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采用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與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了[5]。 </p><p>　　2.1.1掃描技術(shù) </p><p>　　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

27、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以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 PLC運(yùn)行方式圖</p><p><b>　?。?）輸入采樣階段</b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并

28、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)生變化，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)改變[11]。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 </p><p>　?。?）用戶程序執(zhí)行階段 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總

29、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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(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)定的特殊功能指令。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)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟

30、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)生變化，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]。 </p><p><b>　?。?）輸出刷新階段</b></p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，P

31、LC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。</p><p>　　2.1.2 PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間</p><p>　　為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)

32、的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）[11]。以上兩個(gè)主要原因，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)控制系統(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)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間，如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 PLC掃描周期示意圖</p><p><b>　　2.2 PLC選

33、型</b></p><p>　　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控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起重要作用[11]。</p><p>　　S7-300

34、PLC是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(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方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(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)話的編程要求大大減少。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

35、能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(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)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的是西門子S7-300 PLC，就是因?yàn)樗膶?shí)用性，所以在這里有必要介紹一下它的硬件基本結(jié)構(gòu)

36、，如圖2-3和圖2-4所示。</p><p><b>　　接口模塊 ②電源</b></p><p>　　圖2-4 S7-300 PLC的模塊圖</p><p>　　圖2-3 S7-300 PLC的實(shí)物圖</p><p>　　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)

37、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]。</p><p>　　S7-300的組件及其功能如下：</p><p>　　電源（PS）—將電網(wǎng)電壓（120/230V）變換為S7-300所需的24V DC工作電。</p><p>　　中央處理單元（CPU）—執(zhí)行用戶程序，附件：存儲(chǔ)器模塊，后備電池。&

38、lt;/p><p>　　接口模塊（IM）—連接2個(gè)機(jī)架的總線。</p><p>　　信號(hào)模塊（SM）—把不同的過程信號(hào)與S7-300相匹配，附件：總接線器，前接線器。</p><p>　　功能模塊（FM）—完成地位、閉環(huán)控制等功能。</p><p>　　通訊處理器（CP）—連接可編制控制器，附件：電纜、軟件、接口模塊。</p>&l

39、t;p>　　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。</p><p>　　2.3 水位傳感器的選擇</p><p>　　EchoPod超聲波液位傳感器集非接觸開關(guān)，控制器，變送器三種功能于一身，適用于小型儲(chǔ)罐。EchoPod超聲波液位傳感器靈活的設(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，也適用于流體控制和化工供料系統(tǒng)的綜合應(yīng)

40、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。</p><p>　　圖2-5 EchoPod超聲波液位傳感器</p><p>　　EchoPod DL14 超聲波液位傳感器的產(chǎn)品特點(diǎn)：</p><p>　　□ 量

41、程1.25米□ 輸出4~20mA+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</p><p>　　工作原理：EchoPod超聲波液位傳感器是根據(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)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)。</p><p>　　電子控制單元發(fā)出一系列的電信號(hào)，傳感

42、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)。</p><p>　　以下是FLOWLINE EchoPod DL14 超聲波液位傳感器的技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　量程： 1.25m精度： 3mm分辨率： 0.5mm聲束寬度： 5cm死區(qū): 5cm供電電壓： 24vdc(環(huán)路

43、)溫度補(bǔ)償： 全量程自動(dòng)環(huán)繞阻抗： 400ohms@24vdc信號(hào)輸出： DL14:4～20 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)外殼材料： PC/ABS FR探頭材料： PVDF過程連接： 1"NPT(1&quo

44、t;G)螺紋電纜長度： 1.2米電纜材料： PVC延時(shí)： 可選類別： 普通認(rèn)證： CE</p><p>　　2.4水塔水位控制方案</p><p>　　圖2-5 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)圖</p><p>　　1）保持水池的水位在S3——S4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，開始往水池里注水，當(dāng)5S以后，若水池水位沒有超過

45、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。</p><p>　　2）保持水塔的水位在S1——S2之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開關(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開始工作，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S

46、1為ON，電機(jī)M停止抽水。</p><p>　　3) 在控制系統(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根據(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

47、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。</p><p>　　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)。</p><p>　　第三章 水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1水塔水位控制系統(tǒng)主電路</p><p>　　給排水工程中常使用三相異步電動(dòng)機(jī)Y90L-4，功率為1.5K

48、W[4]。 水泵上的電動(dòng)機(jī)一般是單向旋轉(zhuǎn)，并有以下控制: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，從而來控制水泵的工作，當(dāng)水位達(dá)到最高水位時(shí)向PLC發(fā)出控制信息，停止水泵工作[9]。水位閉環(huán)調(diào)節(jié)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)水塔中的水位進(jìn)行自動(dòng)控制。</p><p&

49、gt;　　圖3-1電機(jī)的主電路圖</p><p>　　3.2 PLC的輸入/輸出接口分配表</p><p>　　系統(tǒng)的輸入信號(hào)：控制開關(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)，交流供電，滿足本例要求[8]。如：X400為水位控制開關(guān)的地址輸入繼電器，X401為水塔上限液位

50、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)水塔水位進(jìn)行液位控制。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

51、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、Y43</p><p>　　表3-1 水塔水位系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表</p><p>　　3.3 水塔水位控

52、制系統(tǒng)的I/O接線圖</p><p>　　據(jù)輸入輸出分配表，再加上西門子S7-300設(shè)備的要求，對(duì)輸入、輸出地址進(jìn)行分配，水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2系統(tǒng)I/O接線圖</p><p>　　第四章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)工作過程</p>&

53、lt;p>　　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，開始往水池里進(jìn)水，如果進(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開始工作，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

54、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繼續(xù)工作，從水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔也超過水塔上限，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。</p><p><b>　　4.2 程序流程圖</b>

55、;</p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制流程圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 程序流程圖</p><p>　　4.3 梯形圖與具體分析</p><p>　　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)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電

56、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—接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。</p><p>　　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

57、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。</p><p>　　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：</p><p>　　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)。</p><

58、;p>　　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(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。</p><p>　　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

59、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。</p><p>　　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)。</p><p>　　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

60、程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。</p><p>　　6)PLC在解算用戶邏輯時(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。</p><

61、;p>　　當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶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。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(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程序，也就是順序逐條執(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(gè)掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始[4]。</p><p>　　圖4-2程序流程

62、圖設(shè)計(jì)的梯形圖</p><p>　　圖4-2所示是滿足圖4-1所示工藝流程的梯形圖。水塔水位控制系統(tǒng)工作時(shí)，按如下步驟進(jìn)行：</p><p>　　（1）壓下啟動(dòng)按鈕SB1，輸入繼電器觸電X400接通, 200得電自鎖；</p><p>　?。?）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；</p><p>

63、;　?。?）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；</p><p>　　（4）電磁閥開啟，往水池加水，并啟動(dòng)定時(shí)器T450，定時(shí)5S；</p><p>　　（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；</p><p>　?。?）當(dāng)水塔水位低于水塔下限液位開關(guān)S2時(shí)

64、，輸入繼電器X402接通，Y431得電自鎖，水泵抽水；</p><p>　?。?）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；</p><p>　　（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；</p><p>　　（9）當(dāng)水塔中的水位達(dá)到水塔上限液位

65、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；</p><p>　　（10）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閉合，Y433得電，水池上限指示燈a2亮；</p><p>　?。?1）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。&

66、lt;/p><p>　　4.4水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖對(duì)應(yīng)指令</p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)指令</p><p>　　LD X400</p><p>　　ANI 405</p><p>　　LD 403</p><p>　　

67、AND 430</p><p>　　ANI 404</p><p>　　OUT Y430</p><p>　　LD 403</p><p>　　OUT Y432</p><p>　　LD 4

68、30</p><p>　　OUT T450 K5</p><p>　　LD T450</p><p>　　AND 403</p><p>　　OUT Y436</p><p>　　LD 40

69、3</p><p>　　AND 402</p><p>　　OR Y431</p><p>　　ANI 401</p><p>　　OUT 431</p><p>　　LD 402</p>

70、<p>　　OUT Y434</p><p>　　LD 401</p><p>　　OUT Y435</p><p>　　LD 404</p><p>　　OUT Y433</p><p>

71、<b>　　END</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　畢業(yè)論文是我學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(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)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，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

72、以及PLC制作程序等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，抗壓能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。</p><p>　　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)準(zhǔn)，各種元件的安裝方式，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。和老

73、師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)設(shè)計(jì)有了新的認(rèn)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)讓我積累了無數(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通能力和理解能力。</p><p>　　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，以方便對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容建立一個(gè)大致

74、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。最后，把方案實(shí)踐于PLC上，檢測方案能否運(yùn)行成功，并畫出梯形圖，讓人更清楚的了解系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡。</p><p>　　順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。比如我的設(shè)計(jì)在節(jié)約水能源上就有很大的不足，在這個(gè)能源緊缺節(jié)能被高度重視的社會(huì)中，這無疑是很讓我自身感

75、到遺憾的，可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動(dòng)力，只有發(fā)現(xiàn)問題面對(duì)問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會(huì)給我打擊只會(huì)更好的鞭策我前行，今后我更會(huì)關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識(shí)，更好的為祖國奉獻(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王淑英，《電氣控制與PLC應(yīng)用》第4版[M].北京：機(jī)械工

76、業(yè)出版社，2004</p><p>　　[2] 王兆義，《可編程序控制器教程》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 西門子S7-300系列《微型可編程控制器使用手冊(cè)》[ M] .北京：人民郵電出版社，2005</p><p>　　[4] 張桂香，《電氣控制與PLC應(yīng)用》[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003</p>

77、<p>　　[5] 鐘肇新，范建東.《可編程控制器原理及應(yīng)用（第三版）》[M] .華南理工大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[6] 呂景泉.，《可編程控制器技術(shù)教程》[M] .,北京：高等教育出版社，2000</p><p>　　[7] 李國厚，張發(fā)玉. 《PLC原理與應(yīng)用》[M] .北京：清華大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[8] 程周

78、，《電氣控制與PLC原理及應(yīng)用》[M] ..北京：電子工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[9] Ramazan Bayindir, Yucel Cetince A water pumping control system with a programmable logic controller (PLC) and industrial wireless modules for industrial p

79、lants—An experimental setup </p><p>　　ISA Transactions, In Press, Corrected Proof, Available online 3 December 2010</p><p>　　[10]Gene F.Franklin,J.David Powell,Abbas.Emami-Naeini,Feed

80、back Control of Dynamic Systems,Publishing House of Electrronics Industry</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　論文接近尾聲，我的大學(xué)生涯也快結(jié)束了。</p><p&g

81、t;　　四年的大學(xué)生生活伴隨著論文的完成，也走向了終結(jié)。時(shí)間始終短暫，但是這四年我在本校卻經(jīng)歷了很重要的人生蛻變。學(xué)習(xí)總是枯燥和寂寞的，但是生活本身又是那么豐富多彩。</p><p>　　首先要感謝我的指導(dǎo)老師，本文是在老師精心指導(dǎo)和大力支持下完成的，在本論文（設(shè)計(jì)）的撰寫過程中，*老師從選題直至成稿一直給予我重要的指導(dǎo)和幫助，為我解開了無數(shù)的困惑，提供了很多關(guān)鍵性的建議。還有要感謝我的室友以及機(jī)械工程系所有的老

82、師，他們讓我學(xué)到了豐富的知識(shí)。不論是有形的圖文還是無形的記憶，都會(huì)珍藏著我們的歡聲笑語，永不磨滅。感謝**與我共同探討這篇設(shè)計(jì)，感謝所有同學(xué)，感謝所有的朋友，很幸運(yùn)能夠認(rèn)識(shí)你們，我的學(xué)習(xí)生活因有你們而更加豐富多彩。</p><p>　　最后，我感激身邊始終支持我、關(guān)心我的朋友，尤其是那些在我身臨逆境而豪爽的伸出雙手的朋友，曾經(jīng)共事、一起打拼的朋友，以及那些雖然接觸不深但卻幫助我的朋友。你們成就了我的今天，也與我的