毕业设计（论文）-PLC实现分段液位控制1.doc

毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 论文题目：论文题目： plcplc 实现分段液位控制实现分段液位控制 教教 学学 点：点： 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 指导老师：指导老师： 职职 称：称： 讲讲 师师 学生姓名：学生姓名： 学学 号号: : 专专 业：业： 工工业业电气自动化电气自动化 20112011 年年 0101 月月 1212 日日 毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目：题目： plcplc 实现分段液位控制实现分段液位控制 任务与要求：任务与要求： 根据课题需要，结合使用 plc 实现多段液位的设定。培养学生理论联系实 际、综合分析和解决问题的能力，理论计算、归纳整理和实验研究等方面得到 综合训练与提高，从而使学生具有独立解决实际问题和科学研究的能力。 时间：时间： 2010 年 11 月 10 日 至 2011 年 01 月 10 日共 9 周 教教 学学 点：点： 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专业：专业： 工工业业电气自动化电气自动化 指导单位或教研室：指导单位或教研室： 电气自动化教研室电气自动化教研室 指导教师：指导教师： 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （凸轮机构的设计与实践） 2 成都电子机械高等专科学校成教院制 毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 毕业设计毕业设计( (论文论文) )进度计划表进度计划表 日日 期期 工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指导指导 教师教师 签签 字字 4 月 15 日 至 4 月 20 日 准备良好* 11 月 10 日至 11 月 16 日 确定论证题目良好 11 月 16 日至 11 月 21 日 搜集资料良好 11 月 21 日至 11 月 28 日 确定论文的整体结构良好 11 月 28 日至 12 月 6 日 论文初稿良好 12 月 6 日至 12 月 22 日 修改论文，完成二稿良好 12 月 23 日至 1 月 3 日 完成终稿良好 教师教师 对进度计对进度计 划实施情划实施情 况总评况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一 毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 1 摘要 本文主要介绍如何使用 plc 实现多段液位的设定，显示，报警和液位的自 动控制。 可编程控制器（programmable logic controller）,简称 plc。它是 20 世纪 70 年代以来，在集成电路中，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制 设备。由于它具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积水，重量 轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产 自动化的支柱产品。近年来，国内在 plc 技术与产品开发应用方面发展很快， 除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多地 采用 plc 控制系统取代传统的继电-接触器系统相比系统更加可靠；占位空间 比继电-接触器控制系统小；价格上能与继电-接触器控制系统竞争；易于在现 在这更程序；便于使用，维护，维修；能直接推动电磁阀，接触器及与之相当 的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。 关键字：plc 液位 监控 毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 2 abstract this paper mainly introduced how to use plc level settings, display, alarm and level of automatic control. plc (programmable logic controller)： the abbreviation plc questions. it is since 1970s, in integrated circuit, computer technology developed on the basis of a new type of industrial control equipment. because it has strong function, high reliability, flexible configuration, use convenient, light weight and volume of water etc, and abroad has been widely used in automatic control each domain, and has become the pillar of the production of industrial automation products. in recent years, domestic in plc technology and product development application development soon, in addition to many imported from abroad equipment, automated production line outside, homebred machine tool equipment has been increasingly used plc control system replace traditional relay - contactor system compares system more reliable, the placeholder space than relay - contactor controlling system small, price can and relay - contactor controlling system competition; easy now this more program; easy to use, maintenance, maintenance; can directly promote solenoid valves, contactor and equivalent actuators, can to central actuators, can to central data processing system and direct transmission data etc. key word: plc liquid level command 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 1 目 录 前言.1 第一章 plc 控制系统概述2 1.1 plc 的定义2 1.2 plc 的特点2 1.3 plc 控制系统的设计原则3 第二章 plc 控制系统的硬软件设计4 2.1 plc 选型4 2.2 系统硬件设计4 2.3 系统软件控制设计6 结论.10 致谢.11 参考文献.12 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 2 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 1 前 言 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控 制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了 各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合； 从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控 制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化 工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 在众多生产领域中,经常需要对贮槽, 贮罐、水池等容器中的液位进行监控， 以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度 不高，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了 控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍 什么是 plc，及 plc 的特点，以及采用可编程控制器（plc）对液位进行监控的一 种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造） ，监控系统不仅自动化 程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 2 第一章 plc 控制系统概述 1.1 plc 的定义 plc即可编程控制器（programmable logic controller，是指以计算机技术为基 础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义： plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器， 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程 的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等 面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.plc 是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应 用，可以说有半导体的地方就有plc 此外plc也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。 1.2 plc 的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采 用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例 如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的 平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等 规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故 障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报 信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不 奇怪了。 2.配套齐全，功能完善，适用性强 plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 3 模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力， 可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、 温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展， 使用plc组成各种控制系统变得非常容易。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语 言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当 接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不 熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便 之门。 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计 及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变 程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5.体积小，重量轻，能耗低 以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅 数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 1.3 plc 控制系统的设计原则 1最大限度的满足被控对象的控制要求。 2在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。 3保证控制系统安全可靠。 4考虑到生产的发展和工艺的改进在选择plc容量时应适当留有余量。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 4 第二章 plc 控制系统的硬软件设计 2.1 plc 选型 plc按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两 类；按cpu字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可 按控制功能或输入输出点数选型。 整体型plc的i/o点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块 型plc提供多种i/o卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的i/o点数， 功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列plc，国内也有许多 厂家组装、开发数十种plc，故plc系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情 况下，plc的选择应着重考虑plc的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力 合适，经济实惠的plc。同时也要考虑应用的扩展性，可操作性，投入产出比等因素， 进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响，每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用， 当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量，机架，母板等也要相应的增加，因此， 点的增加对cpu的选用，存储器容量，控制功能范围等选择都有影响，图1表示了总点 数与价格的关系，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格 比。据对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用日本立石 （omron）公司c20p型plc。 价格 128 256 384 512 总点数/点 图 2-1 总点数与价格的关系 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 5 2.2 系统硬件设计 为实现液位的手动/自动控制，需要输入口12点，输出口8点，选用c20p 20点i/o 单元的plc，输入光电隔离，输出继电器隔离，负载能力强；液位检测采用干簧管传感 器，手动/自动转换、运行/试验转换和液位设定采用双位旋钮，手动启泵、停泵和确 认、试验采用常开按钮；输出选用电子音响报警器和24v直流指示灯、继电器。参见图 2系统硬件配置图。 图 2-2 系统硬件配置图 为节省输入口数量，节省投资，设计过程中对系统运行/试验功能的转换采用了对 i/o模块接线的优化，使plc输入模块中1个输入节点起到2个输入节点的作用，完成plc 工作在两种方式下的i/o功能。参见图3 i/o模块接线的优化。 输入端 输出 端 omron c20p 0000 0500 0001 0501 0002 0502 0003 0503 0004 0504 0005 0505 0006 0506 0007 0507 0008 0009 0010 0011 最低指 示灯 较低指 示灯 较高指 示灯 最高指 示灯 电子音 响 料泵 自动指 示灯 手动指 示灯 最低开 关 较低开 关 较高开 关 最高开 关 最低位 设定 较低位 设定 较高位 设定 最高位 设定 手动/ 自动 确认 手动启 泵 手动停 泵 v cc c om 1 s 3 运行 方式 2 试验 方式 com 0000 0001 0002 0003 plc 输入模块 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 6 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 7 图 2-3 i/o 模块接线的优化 是 是 否 是 否 否 是 n 是 启动、清零 液位分段检测 自动控制否？ 段指示灯闪烁 确认否？ 指示灯转平光 最低液位 否？ 启泵 到设定值 否？ 报警音响启动（30s 后自 停） 停泵 确认否？ 报警音响停 指示灯转平光 手动启泵 手动停泵 否 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 8 系统正常运行时，运行/试验转换旋钮s接通1-3接点，各试验按钮不起作用，液位 信号由各干簧管传感器传输给plc；系统处于试验状态时，s接通1-2接点，各传感器输 入信号不起作用，此时可用各试验按钮模拟各段液位信号传输给plc。两种控制方式下 的两个信号共用一个输入节点，成倍提高i/o端口的利用率，节省i/o点数。 2.3 系统软件控制设计 控制流程图如图4所示 1. 系统流程图设计 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 9 图2-4 控制流程图 2.编程说明 本系统为液位的双位控制系统。液位可分四段设定和显示，在最低液位时自动 启泵，当液位到达设定值时自动停泵。 采用il/ilc分支指令，通过0008旋钮实现手动/自动两种功能的选择，当0008 旋钮闭合时，自动指示灯亮，系统执行il/ilc分支内程序，完成自动监控；当0008旋 钮打开时，手动指示灯亮，系统执行分支外程序，通过0010、0011旋钮实现手动启泵、 停泵。 液位由00040007旋钮分最低、较低、较高、最高四段设定，系统设置由低到 高的优先权，即当多个设定旋钮同时闭合时，低液位设定优先。 采用干簧管检测液位时，当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位 离开检测点时其触点打开，为保证相应测量段指示灯不立即熄灭及不受液位波动的影 响，每段指示灯的控制均采用keep保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示 灯才熄灭。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 10 当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标 1902，以1s为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报 警声设计为响3s停2s，循环30s后自停，或在30s内按0009确认按钮停音响，指示灯传 平光。电子音响报警和泵的启停同样考虑液位的波动影响，设计时采用keep保持指令 和difu微分指令联合使用。 首次开车时，液位低于或高于最低液位时，需先手动启泵，再切换成自动运行； 或先进入试验方式，按最低液位试验按钮启动料泵，再进入自动运行方式。 3. plc梯形图设计 10 01 10 02 手动/ 自动 较低 液位 最低 液位 0 008 10 01 0 000 10 08 10 08 il ke ep 10 00 10 00 10 02 0 001 ke ep 10 01 0 003 最高 液位 0 002 ke ep 10 03 ke ep 10 02 较高液 位 0 001 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （plc 实现分段液位控制） 11 确 认 较低指 示灯 10 00 10 10 10 00 最高指 示灯 较高指 示灯 19 02 10 03 10 04 05 03 19 02 10 02 10 04 05 02 19 02 10 01 10 04 05 01 10 03 10 02 10 01 最低指 示灯 10 04 19 02 05 00 30s 停报警 音响 10 11 ti m00 #0 300 10 00 0 009 10 04 10 04 确 认 ti m00 0 009 ke ep 10 11 0 005 0 006 0 007 0 004 0 005 0 004 00 04 0 006 0 005 0 004 10 03 10 01 10 02 di fu 10 10 低