基于组态王的水塔水位控制系统的仿真设计.doc

毕业设计说明书作者：学号：系：输变电技术学院专业：供用电技术题目：基于组态王的水塔水位控制系统的仿真设计指导者：副教授评阅者：2011年6月毕业设计说明书（论文）-I-摘要在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用组态王对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置设计安装一台控制水塔的供电泵电动机的控制电路，使水塔水位保持在规定范围内。使其能自动控制在规定水位线内，并且可通过PLC进行自动控制。水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统,传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点,而自动控制原理,依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,保持水压恒定以满足用水要求,从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好,具有结构简单，使用寿命长，可靠性高，操作维修方便，经济实用的优点是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。安装于水塔上的传感器将水塔的水位转化成1-5伏的电信号；电信号到达PLC将控制控制水泵的开关。水箱水位自动控制系统由PLC!核心控制部件高低位水箱的水位检测电路高低水位信号传送给PLC水泵电动机控制电路PLC控制启停及切换。水塔水位控制系统采用交流电压检测水位,在控制系统启动后，若水槽水位低于水槽最低水位S2时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号，PLC根据此信号打开补水泵向水槽补水，当水位达到水槽最高水位S4时液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止补水泵的工作，当水塔水位达到最低水位S2时，液位传感器将水位信号转化为电信号向PLC输出，PLC在收到信号后启动水泵向水塔加水，当水塔水位达到最高水位S1时传感器将水位信号转化为电信号向PLC发出信号停止水泵的工作。因此需要变频供水，恒压供水,从而实现自动控制。关键词：PLC；组态王；水塔水位控制系统：基于组态王的水塔水位控制系统的仿真设计-II-目录摘要I引言1第1章绪论.21.1概述.21.2设计要求及意义.2第2章PLC的设计.32.1可编程控制器（PLC）的简介.32.1.1可编程控制器的定义.32.1.2可编程控制器的产生.32.2PLC的工作原理.52.2.1PLC的基本结构.52.2.2PLC的工作过程.52.3PLC的编程语言梯形图.72.3.1梯形图简介.72.3.2梯形图特点.72.4SYSMAC-C系列P型机的概述.82.4.1输入/输出继电器通道(I/O)的分配.82.4.2内部辅助继电器（IR）通道的分配.82.4.3定时器和计数器通道（TIM/CNT）.8第3章组态王简介.93.1组态王的定义.93.2组态王的特点.93.3组态王的实践.9第4章水塔水位控制系统PLC硬件设计.114.1水塔水位控制系统PLC设计与调试.114.2水塔水位系统控制电路.114.3水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表.124.4水塔水位系统的输入/输出设备.13第5章水塔水位控制系统PLC软件设计.155.1工作过程.155.2程序流程图.15毕业设计说明书（论文）-III-5.3分配：.165.4梯形图.165.4与梯形图对应的语句表.17结论18参考文献19致谢20毕业设计说明书（论文）-1引言供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充足供水，如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。可编程控制器(PLC)因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。研究设计的基于PLC控制的多泵循环变频恒压供水系统,采用可编程序控制器、变频器以及压力变送器等器件,完成逻辑控制、变频调速和数据采样等功能,使系统实现自动控制,达到节能的目的,提高了供水系统的质量.本文针对目前比较流行的控制技术，利用PLC和传感器构成了水塔恒水位的控制系统。改造后的水塔水位自控系统，实现水塔水位自动控制系统，远程监控，实现无人值守。：基于组态王的水塔水位控制系统的仿真设计-2第1章绪论水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。本次课题采用PLC进行主控制，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，用PLC对接收到的信号进行数据处理，完成水位的检测、控制及故障报警等功能。1.1概述现代的控制系统设计越来越趋于自动化、智能化，以往的设计很难满足当今生产的要求。因此，我们需要找到新的设计方法来进行控制系统设计，以提高控制系统的设计效率。可控制编程器（PLC）的出现满足了人们对现代控制系统设计的要求。PLC对着微电子技术和计算机技术的发展而迅速发展，现代可编程序控制器实际上是以微处理器为基础，高度集成化的新型工业控制装置，是计算机技术和自动控制技术结合的产物。本文详细的介绍了PLC水塔水位自动控制系统的设计方法。利用PLC的系统设计方法，对系统进行描述就可在PLC的帮助下完成设计1.2设计要求及意义水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。本次课题采用PLC进行主控制，利用水的导电性测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，用PLC对接收到的信号进行数据处理，完成水位的检测、控制及故障报警等功能。本次课程设计对我有以下意义:1通过这次课程设计，加深对PLC理论方面的理解。2掌握PLC的内部模块的应用，如存储器、CPU等。3了解和掌握PLC应用系统的软硬件设计过程、方法及实现。毕业设计说明书（论文）-3第2章PLC的设计2.1可编程控制器（PLC）的简介可编程序控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC。所谓可编程序控制器，就是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储并执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术操作的指令，通过数字量或模拟量的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。随着PLC的发展，它不仅能完成编辑、运算、控制，而且能实现模拟量、数字量的算术运算。2.1.1可编程控制器的定义可编程控制器简称PC（英文全称：ProgrammableController），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：ProgrammableLogicController）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.1.2可编程控制器的产生可编程控制器的产生和继电器接触器控制系统有很大的关系。继电器接触器控制已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司（GM公司）提了出来。通用汽车公司为适合汽车型：基于组态王的水塔水位控制系统的仿真设计-4号的不断翻新，满足用户对产品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条，即:1.编程方便，现场可修改程序；2.维修方便，采用模块化结构；3.可靠性高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.数据可直接送入管理计算机；6.成本可与继电器控制装置竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9.在扩展时，原系统只要很小变更；10.用户程序存储器容量至少能扩展到4K。这十项指标就是现代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。用可编程控制器代替了继电器接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。1969年，第一台可编程控制器PDP14由美国数字设备公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽车生产线上使用取得良好的效果，可编程控制器由此诞生，在控制领域内产生了历史性革命。PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAC/CAM）种跃居首位。毕业设计说明书（论文）-5我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外应进的PLC使用较为普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、灭国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。2.2PLC的工作原理2.2.1PLC的基本结构PLC实