水塔液位系统控制毕业论.doc

电气工程系毕业设计论文题 目水塔液位系统控制专业名称电气自动化学生姓名杨督指导教师宣峰毕业时间2013.6基于PLC控制系统控制的水塔水位 摘 要 随着科技的发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，PLC具有广泛的应用。PLC的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。本水塔水位控制系统采用PLC为控制核心，具备开启和全部停止功能，这是一种PLC控制的自动调节控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。关键词 高集成度 通信组网 水塔水位 PLCBased on PLC control system control towers water levelAbstract：With technological development, both in daily life, or the industrial and agricultural development, plc have wide application. PLC general features: strong anti-jamming capability, high reliability, programming is simple and convenient, easy operation and maintenance convenience, design, construction, commissioning period is short, easy to realize the electromechanical integration. PLC general development trend is: high function, high speed, high level of integration, large capacity, small volume, low cost, communication networking capability is strong. This water tower water level control system adopts PLC as control core, with open and full stop functions，this is a kind of PLC automatic adjustment of the control system. Application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduces labor intensity. Key words：The high level of Integration communication networking towers Water level PLC目 录基于PLC控制系统控制的水塔水位2Based on PLC control system control towers water level2目 录3一、实验题目411、 实验目的412、实验装置与附件413、实验内容414、水塔水位控制系统的实验面板图：415、实验要求5二、控制系统图6三、程序控制流程图7四、PLC选型、梯形图编写及程序调试841、PLC选型842、SIMEINS S7-200简介8五、水塔水位控制时序图及I/O口分配1151、水塔水位控制时序图如下1152、I/O口分配11六、电气控制原理图12七、水塔水位控制1371、梯形图程序1372、语句表程序1473、程序调试15八、水塔水位控制16（含时间继电器实现自动模拟）梯形图、语句表1681梯形图1682语句表19九、工业监控软件设计2191、组态王（kingview）简介2192设计组态王监控程序过程一般如下：219.2.1、建立工程229.2.2、定义外部设备229.2.3、定义变量239.2.4、画面设计249.2.5、动画连接2493、组态王数据字典2594、监控结果25十、实验小结26十一、参考文献27一、实验题目11、 实验目的学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINS S7-200）控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成水塔水位自动控制系统。12、实验装置与附件（1）TKPLC-1型实验装置一台（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态软件的计算机一台。（3）PC/PPI编程电缆一根。（4）连接导线若干。13、实验内容当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水（Y为ON）定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）。当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。14、水塔水位控制系统的实验面板图：图1 水塔水位控制面板上图下框中的S1、S2、S3、S4分别接主机的输入点I0.0、I0.1、I0.2、I0.3，M、Y分别接主机的输出点Q0.0、Q0.1。15、实验要求（1）画出控制系统图。（2）进行控制，主要有控制策略，电气控制原理图设计，组态软件设计。（3）根据实验内容要求，编写PLC程序，梯型图或表达式程序，并调试通过。（4）根据工况，进行工业监控软件设计，选择组态王软件进行设计，并调试通过。（5）模拟工况，设置时间继电器时间和梯层进行工况调试，最终满足实验要求。（6）进行综合调试，其工业监控同工况一致。二、控制系统图图2 水塔水位系统控制图三、程序控制流程图水塔水位控制系统的PLC控制程序流程图，根据设计要求控制流程图如下：图3 水塔水位控制程序流程图四、PLC选型、梯形图编写及程序调试41、PLC选型根据实验室配备的具体情况，本实验选择的PLC型号为：德国西门子公司的SIMEINS S7-200 CPU 224 CN。42、SIMEINS S7-200简介该型号的PLC集成了14点输入和10点输出，共有24个数字量I/O,它可以连接7个扩展模块，最大可扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O。CPU 224有13KB程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制功能。CPU 224配有1个RS-485通信/编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由口通信方式，是具有较强控制能力的小型控制器。【2】S7-200系列出色表现在以下几个方面： (1) 极高的可靠性 (2) 极丰富的指令集 (3) 易于掌握 (4) 便捷的操作 (5) 丰富的内置集成功能 (6) 实时特性 (7) 强劲的通讯能力 (8) 丰富的扩展模块 适用范围：S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 CPU单元设计：集成的24V负载电源：可直接连接到传感器和变送器（执行器），CPU 221，222具有180mA输出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分别输出280，400mA。可用作负载电源。 不同的设备类型：CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 本机数字量输入/输出点： CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 224XP具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。 本机模拟最输入/输出点： CPU 224XP具有2个输入点，1个输出点。 中断输入：允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 高速计数器：CPU 221/222 4个高速计数器（30KHz），可编程并具有复位输入，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接两个相位差为90的A/B相增量编码器 CPU224/224XP/226 6个高速计数器（30KHz），具有CPU221/222相同的功能。 CPU 222/224/224XP/226 可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。 编程：CPU 221/222/224/224XP/226STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件可以对所有的CPU 221/222/224/224XP/226功能进行编程。同时也可以使用STEP 7-Micro/WIN16 V2.1软件包，但是它只支持对S7-21x同样具有的功能进行编程。 STEP 7-Micro/DOS不能对CPU 221/222/224/224XP/226编程。如果使用PG/PC的串口编程，则需要使用PC/PPI电缆。 如果使用STEP 7-Micro/WIN32 V3.1编程软件，则也可以通过SIMATIC CP 5511或CP 5611编程。在这种情况下，通讯速率可高达187.5kbit/s。 可以利用PC/PPI 电缆和自由口通讯功能把 S7-200 CPU 连接到许多和RS-232标准兼容的设备。 有两种不同型号的 PC/PPI 电缆：带有RS-232口的隔离型 PC/PPI 电缆，用5个DIP开关设置波特率和其它配置项。 带有RS-232口的非隔离型 PC/PPI 电缆，用4个DIP开关设置波特率。 有关非隔离型PC/PPI电缆的技术规范，请参阅S7-200 可编程控制器系统手册。 当数据从RS-232传送到RS-485口时，PC/PPI 电缆是发送模式。当数据从RS-485传送到RS-232口时，PC/PPI 电缆是接收模式。当检测到RS-232的发送线有字符时，电缆立即从接收模式转换到发送模式。当RS-232发送线处于闲置的时间超过电缆切换时间时，电缆又切换到接收模式。这个时间与电缆上的DIP开关设定的波特率选择有关。 五、水塔水位控制时序图及I/O口分配51、水塔水位控制时序图如下图4 水塔水位控制时序图52、I/O口分配根据实验的控制要求，确定PLC所需的各类继电器，对各元件编号，如下表所示。表1 I/O口分配输入输出定时器名称地址名称地址名称地址S1I0.0MQ0.04秒延时S2I0.1YQ0.1产生1秒时钟S3I0.2S4I0.3六、电气控制原理图图5 水塔水位电器控制图七、水塔水位控制（未含时间继电器实现自动模拟，通过手动拨动开关模拟）梯形图、语句表程序及调试71、梯形图程序72、语句表程序TITLE=水塔水位控制语句表：Network 1 / 水池水位控制部分：LD I0.3O M0.0AN I0.2AN T37= M0.0Network 2 / 4s计时：LD I0.3TON T37, 40Network 3 / 闪烁报警程序（周期2s）：LD T37LPSAN T39TON T38, 10LRDA T38TON T39, 10LPPA T38= M0.1Network 4 LD M0.0O M0.1= Q0.1Network 5 / 水塔水位控制部分：LD I0.1O Q0.0AN I0.0AN I0.3= Q0.073、程序调试 在实验室中的模拟控制面板上正确接线，使用STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机进行下载、调试,很快达到所要求的实验要求。八、水塔水位控制（含时间继电器实现自动模拟）梯形图、语句表时间继电器控制水塔水位自动运行顺序:按下S4后阀Y启动，2s后S4打开，10s后S3关闭，水池水位已到上限位，阀Y关闭，同时S2关闭，电机M启动，水塔开始进水，2s后S2、S3打开，10s后S1关闭，水塔水位已到上限位，电机M关闭，2s后S4关闭实现循环。81梯形图82语句表TITLE=水塔水位控制(含顺序继电器实现自动模拟）语句表：Network 1 LD I0.3O M0.0AN I0.2AN T37= M0.0Network 2 / 4s计时：LD I0.3TON T37, 40Network 3 / 闪烁报警程序（周期2s）：LD T37LPSAN T39TON T38, 10LRDA T38TON T39, 10LPPA T38= M0.1Network 4 LD M0.0O M0.1= Q0.1TON T40, 20TON T41, 100Network 5 LD T40R I0.3, 1Network 6 LD T41S I0.2, 1Network 7 LD T41O M0.1= M0.1Network 8 LD M0.1TON T42, 20TON T43, 100TON T44, 120Network 9 LDN I0.2AN I0.3S I0.1, 1Network 10 LD T42R I0.2, 1Network 11 LD T43S I0.0, 1Network 12 LD I0.1O Q0.0AN I0.0AN I0.3= Q0.0Network 13 LD T44R I0.0, 1R M0.1, 1S I0.3, 1九、工业监控软件设计91、组态王（kingview）简介组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 组态王软件开发具有以下几个特点: (1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。 92设计组态王监控程序过程一般如下：9.2.1、建立工程9.2.2、定义外部设备9.2.3、定义变量9.2.4、画面设计9.2.5、动画连接93、组态王数据字典在组态王运行界面中，单击“数据词典”，单击新建，依次设计如下设计变量。变量名变量类型对应PLC端口S1I/O离散I0.0S2I/O离散I0.1S3I/O离散I0.2S4I/O离散I0.3MI/O离散Q0.0YI/O离散Q0.194、监控结果(1) 水塔水位控制（未含时间继电器实现自动模拟，通过手动拨动开关模拟）监控结果闭合开关S4，S4显示灯亮，阀Y指示灯亮，4s后如未打开S4，阀Y指示灯闪烁，闭合开关S3，阀Y指示灯灭；在开关S4打开情况下，闭合S2，电机M指