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水塔水位控制系统设计【机电PLC】【CAD图纸和毕业论文】【原创】

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原稿！！定单620-水塔水位控制系统设计

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基于PLC 控制的水塔水位设计

摘要

PLC 控制方案在硬件基础上配合软件实现了低警戒水位报警、并可切换手动/自动两种工作方式。利用高可靠性的PLC系统实现水塔水位的自动控制从而提高水塔供水的可靠性。包括：水位的检测、PLC的选型、PLC输入／输出接口回路的设计、PLC对水泵电机的控制等多个方面。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。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水位恒的控制系统。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。

关键词：可编程逻辑控制器（PLC），水塔水位，自动控制

PLC-based level design of the water tower

ABSTRACT

The PLC control scheme with software to realize the low water level warning alarm, and can switch to manual / automatic two kinds of work mode on the basis of hardware. Realization of automatic control of water level by using PLC system with high reliability and improve the reliability of water supply. Including: the detection of the water level, selection of PLC, PLC input / output interface circuit design, PLC of the pump motor control etc.. Water supply is a major industry relationship beneficial to the people's livelihood. With the development of society and the improvement of people's living standard, put forward higher request to the city water supply, to meet the timely, accurate, safe to ensure adequate water supply, if still use manual mode, high labor intensity, low efficiency, difficult to ensure the safety of the water tower, reform must be carried out control automation system. Programmable logic controller (PLC) because of its high reliability and high cost performance has been widely used in industry control. Aiming at the control of the most popular techniques, using PLC and sensor control system of constant water tower water level. Water tower control system after the transformation, the realization of automatic control system, remote monitoring of water tower water level, to achieve unattended.

KEY WORDS: programmable logic controller (PLC), water tower, automatic control

第1章前言1

1. 1 PLC的基本概念1

1. 2构成1

1. 3 PLC的工作原理2

1.4 PLC的技术原理4

1. 5 PLC的优点4

第2章水塔水位的发展与应用5

2.1 水塔水位的发展5

2.1.1 水塔水位的历史5

2.1.2 水塔水位的应用6

第3章水塔水位的方案选择7

3.1 系统方案论证7

3.2 PLC的选择8

第4章系统电路设计9

4.1水位传感器的选择9

4.2 系统结构原理图11

第5章系统程序的编制14

5.1 PLC的工作原理14

5.2 PLC梯形图概述16

5.3 输入/输出分配18

5.3.1列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表18

5.3.2 水塔水位系统的输入/输出设备19

5.4 工作过程20

5.5程序流程图21

5.6梯形图22

5.7水塔水位控制系统梯形图的对应指令表22

第6章系统维护与故障处理24

6.1 软件调试24

6.2 硬件调试25

6.3 程序调试记录及结果分析25

第7章三菱PLC编程软件 GX-developer 安装详细说明26

7.1软件安装26

7.2使用说明29

结论35

谢辞36

参考文献37

附录39

第1章前言

1. 1 PLC的基本概念

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制（Programmable Logic Controller, PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，

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继电器图.jpg

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内容简介：: nts I 基于 PLC 控制的水塔水位设计摘要 PLC 控制方案在硬件基础上配合软件实现了低警戒水位报警、并可切换手动 /自动两种工作方式。利用高可靠性的 PLC 系统实现水塔水位的自动控制从而提高水塔供水的可靠性。包括：水位的检测、 PLC 的选型、 PLC输入输出接口回路的设计、 PLC 对水泵电机的控制等多个方面。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。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水位恒的控制系统。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。关键词：可编程逻辑控制器（ PLC），水塔水位，自动控制 nts II PLC-BASED LEVEL DESIGN OF THE WATER TOWER ABSTRACT The PLC control scheme with software to realize the low water level warning alarm, and can switch to manual / automatic two kinds of work mode on the basis of hardware. Realization of automatic control of water level by using PLC system with high reliability and improve the reliability of water supply. Including: the detection of the water level, selection of PLC, PLC input / output interface circuit design, PLC of the pump motor control etc. Water supply is a major industry relationship beneficial to the peoples livelihood. With the development of society and the improvement of peoples living standard, put forward higher request to the city water supply, to meet the timely, accurate, safe to ensure adequate water supply, if still use manual mode, high labor intensity, low efficiency, difficult to ensure the safety of the water tower, reform must be carried out control automation system. Programmable logic controller (PLC) because of its high reliability and high cost performance has been widely used in industry control. Aiming at the control of the most popular techniques, using PLC and sensor control system of constant water tower water level. Water tower control system after the transformation, the realization of automatic control system, remote monitoring of water tower water level, to achieve unattended. KEY WORDS: programmable logic controller (PLC), water tower, automatic control nts III 目录第 1 章前言 . 1 1. 1 PLC 的基本概念 . 1 1. 2 构成 . 1 1. 3 PLC 的工作原理 . 2 1.4 PLC 的技术原理 . 4 1. 5 PLC 的优点 . 4 第 2 章水塔水位的发展与应用 . 5 2.1 水塔水位的发展 . 5 2.1.1 水塔水位的历史 . 5 2.1.2 水塔水位的应用 . 6 第 3 章水塔水位的方案选择 . 7 3.1 系统方案论证 . 7 3.2 PLC 的选择 . 8 第 4 章系统电路设计 . 9 4.1 水位传感器的选择 . 9 4.2 系统结构原理图 . 11 第 5 章系统程序的编制 .14 5.1 PLC 的工作原理 .14 5.2 PLC 梯形图概述 .16 5.3 输入 /输出分配 .18 5.3.1 列出水塔水位控制系统 PLC 的输入 /输出接口分配表 .18 5.3.2 水塔水位系统的输入 /输出设备 .19 5.4 工作过程 .20 5.5 程序流程图 .21 5.6 梯形图 .22 5.7 水塔水位控制系统梯形图的对应指令表 .22 第 6 章系统维护与故障处理 .24 nts IV 6.1 软件调试 .24 6.2 硬件调试 .25 6.3 程序调试记录及结果分析 .25 第 7 章三菱 PLC 编程软件 GX-developer 安装详细说明 .26 7.1 软件安装 .26 7.2 使用说明 .29 结论 .35 谢辞 .36 参考文献 .37 附录 .39 nts 1 第 1 章前言 1. 1 PLC 的基本概念早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制（ Programmable Logic Controller, PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（ Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 PLC,PLC 自 1969 年美国数据设备公司（ DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。 1. 2 构成 a、电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在 +10%(+15%）范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元（ CPU) 中央处理单元（ CPU）是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 nts 2 c、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用 PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块如计数、定位等功能模块。 f、通信模块如以太网、RS485、 Profibus-DP 通讯模块等。 1. 3 PLC 的工作原理一 . 扫描技术当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（一）输入采样阶段在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二）用户程序执行阶段，在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图 )。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是nts 3 用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（三）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间， CPU按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是 PLC 的真正输出。 4、 PLC 内部运作方式虽然 PLC 所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但 PLC 内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上 PLC 执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入 CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：步骤一“输入状态检查”： PLC 首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（ 1 或 0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置 Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入 CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态， CPU 直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至 PLC 输出部接点，并且重回步骤一。此三步骤称为 PLC 之扫描周期，而完成所需的时间称为 PLC 之反应时间， PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。 5、 PLC 的特点 plc 具有以下鲜明的特点。（ 1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的 PID 回路控制；并能与上位机构成复nts 4 杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。（ 2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。（ 3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。 6、 PLC 目前的主要品牌美国 AB，比利时 ABB，松下，西门子，汇川，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷创研等。 1.4 PLC 的技术原理 PLC 利用 1.6M 到 30M 频带范围传输信号。在发送时，利用 GMSK 或 OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在 4.5M45M 之间。 PLC 设备分局端和调制解调器，局端负责与内部 PLC 调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的 Internet。 1. 5 PLC 的优点 1实现成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。 2范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC 可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。 3高速率 PLC 能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5M45Mbps 之间。远远高于拨号上网和 ISDN，比 ADSL 更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之中。 4永远在线 PLC属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 5便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受！ nts 5 第 2 章水塔水位的发展与应用 2.1 水塔水位的发展 2.1.1 水塔水位的历史水塔水位自动控制系统是在当今各大工厂及水处理行业普遍应用的前提下开发出的升级简化的产品，并且它也作为我们一个毕业设计一个代表性的以单片机为核心开发元件典型的自动化控制系统；本系统是在当今飞速发展的芯片化控制中诞生的；及大的概括了当今单片机的发展趋势是非常有前景的；并且其还创新式的嵌入了上位机监控系统，达到了完全的自动化的控制目的。本系统在很大程度上证实了当今工业自动化控制领域单片机所其的作用是显而易见的；另外还孕育出了单片机控制系统中软件的开发也是至关重要的一非常环节；进一步的证明了软件的开发不仅仅只是单片机内部的控制的汇编程序的开发；还有上位机监控程序的开发也是非常关键的；并且在系统的调试和运行监视中是必须具备的一部分了；通过对水塔水位自动控制系统的开发过程，可以说当今的相应自动控制领域里若想实现真正的自动化和智能化其硬件系统和软件系统必须有机的结合起来才能实现相应的控制目标；才能真正实现相应设备的时时监控和相应的控制。早期的自动控制都是以继电器并配合计数器、定时器及传感器等控制组件以完成顺序控制的目的。由于工业的变革，在生产制造方面，传统的方法已无法满足，因此有业者根据其需要，订出以下的规格，希望有这样的控制器，能够改善传统的控制方式，藉以提高效率，增加产量。 1. 编程简单方便，可以在现场修改程序。 2. 硬件维护与检修简单。 3. 高度可靠性，能适应恶劣的工作环境。 4. 体积小。 nts 6 5. 资料之读取和联机容易。 6. 价格具竞争性。 7. 扩展时，原系统只做很少的改变基于以上之规格及广大市场之需求，促使 PLC 迅速的发展。 PLC 能储存如顺序指令、定时器指令、计数器指令、演算指令、数据控制指令以及通讯指令，并藉以控制工业的机械装置及流程。 2.1.2 水塔水位的应用自来水设备中增高水的压力的装置，是一种高耸的塔状建筑物，顶端有一个大水箱，箱内储水塔越高，水的压力越大，也就能把水送到更高的建筑物上。水塔的作用：一是蓄水，在供水量不足之时，起着调节补充的作用。二是利用水塔的高势，自动送水，使自来水有一定的水压扬程。按建筑材料分为钢筋混凝土水塔、钢水塔、砖石支筒与钢筋混凝土水柜组合的水塔。水柜也可用钢丝网水泥、玻璃钢和木材建造。过去欧洲曾建造过一些具有城堡式外形的水塔。法国有一座多功能的水塔，在最高处设置水柜，中部为办公用房，底层是商场。中国也有烟囱和水塔合建在一起的双功能构筑物。按水柜形式分为圆柱壳式和倒锥壳式。在中国这两种形式应用最多，此外还有球形、箱形、碗形和水珠形等多种。支筒一般用钢筋混凝土或砖石做成圆筒形。支架多数用钢筋混凝土刚架或钢构架。水塔基础有钢筋混凝土圆板基础、环板基础、单个锥壳与组合锥壳基础和桩基础。当水塔容量较小、高度不大时，也可用砖石材料砌筑。 nts 7 第 3 章水塔水位的方案选择 3.1 系统方案论证在对水塔水位设计的控制方面，可采用方案有：基本电器的控制，单片机微机控制的以及 PLC 控制。综合考虑，选择 PLC 的控制，其原因在于： 1. 低成本利用电力线上网，最大的优点就是成本低。由于利用电力线上网，直接使用现有电力网就可以实现通信，而不需要另外铺设电话线、光电缆等，大大地减少了在基础网络上的投资。用户能自由选择在家中任何有电插座的角落上网，无需通过电话线，不用担心相对昂贵的电话费了，也不用花钱铺设更多电话线，从而能够享受到价格低廉的互联网接入服务。 2. 范围广无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。因为家家都有电力线，由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一个家庭 .因此，这一技术一旦进入商业化阶段，将会促进电信市场的变革，并给互联网普及带来极大的发展空间。 3 高速利用电力线上网能够提供高速传输。德国最大的电力设备生产商 RWE承诺，运用他们的电力线上网技术，其速度要比 ISDN 拔号上网快 30 多倍 , 比 ADSL 更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之中。 4. 便捷不管在家里的哪个角落 ,只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受 ! 5. 永远在线 PLC 属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！ 6. 结构灵活通过 PLC 技术实现 Internet 接入，可以灵活扩展接入端口数量，使资nts 8 源保持较高的利用率。目前还未有效解决电力线信号通过变压器的技术，因此，电力线通信设备都是集中在 220V 线路变压器的用户端。一个民用220V 变压器只覆盖一定范围内的用户，所以在同一条电力线上的资源不会因为用户太多而降低效率。在用户较少的情况下，可以把几个变压器线路区域内的用户联在一起，提高服务器的利用率；如果用户增多，不同变压器区域内的用户又可分开，使用本区域的主服务器。这样可使资源的利用率始终保持在较高的水准。 7. 家庭数字化 PLC 技术能够通过电力线将整个家庭的电器与网络联为一体，在室内的设备之间构筑起可自由交换信息的局域网，使人们能够通过网络来控制自己家里的电器设备。今后，随着能上网的电视机和冰箱等数字家电的普及，需要大幅度地增加接入端口，而利用家庭和办公室中已有的万能插接板，通过电力线路高速接入互联网就能解决这个问题。从某种意义上讲，电力线上网技术的推广应用，也推动着家庭电器数字化的普及。 3.2 PLC 的选择在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 PLC 及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统， PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。由于该系统为中型 PLC 自动控制系统，要求 PLC 能够提供可编程逻辑分析和 PID 功能，故选用中达公司生产的台达 DVP14ES00R 可编程逻辑控制器。台达 DVP14ES00R 具有标准的输入、输出及通信单元，可用于较nts 9 为恶劣的环境中。主要配件有中央处理器 CPU，电源单元 PSE， I/O 单元。包括数字输入板 IDPG、数字输出板 ODPG、附属单元。第 4 章系统电路设计水塔水位控制装置图 4.1 水位传感器的选择根据本设计的要求所选传感器要求在水面和水底都可以使用，且要考虑到对水质的影响，所以选择超声波液位传感器 U9ULS 系列的 U9ULS 10/100 系列。 U9ULS 系列超声波液位传感器开关使用范围非常广。具有焊接的不锈钢传感器探头，没有缝隙不会泄露，另外没有易损的活动部件，它不会受温度、压力、密度和液体类型等参数的影响。在大多数情况下，电子设备放在铸铝的，NEMA 4/NEMA 7 防爆且防水的壳体中。 nts 10 U9ULS 具有以下特点：可应用于多种液体中可承受高达 1000psi 的压力不受气泡、蒸汽、杂质后湍流等因素的影响。长度达 121in(303.3cm) 可安装在侧面、顶部或底部工作原理： U9ULS 系列是根据超声波理论工作的。当超声波在空气中传播时，会被严重衰减相反地，如果在液体中传播时，超声波的传播会被大大增强。电子控制单元发出一系列的电信号，传感器将其转化为超声能量脉冲，并在被探测区内传播。当另一端接到有效信号时，就发出数据有效的信号，表明有液体存在。这个信号输送到继电器，从而产生输出信号。 U9ULS 100 系列产品具有性能优异的传感器探头，可在温度为 300F和压力为 1000PSI 的情况下良好的工作。 U9ULS 10 系列产品为更靠近池底，将顶端的探头设计成缺口形状。控制电路设计成小型，密封的结构，可安装在远程的控制地点。 nts 11 特点： 10A 的继电器输出 115/230V AC， 12V DC 或 24V DC 输入高增益。无需效准，工作温度可达 300 长度可达 151.5CM 表 5.1 主要技术指标输入电压 115/230V AC， 50/60HZ 或 12/24V DC U9ULS 10 系列增益 300： 1 U9ULS 100 系列增益 1000： 1 U9ULS 10 系列输出 10 A DPDA 继电器灭火两线制， 4mA-干； 20 mA- 湿 U9ULS 100 系列输出 10 A DPDT 继电器延时 0.5s 重复性 2mm 外壳 NEMA 4/NEMA 7,防水防爆罩，环氧涂层，铸铝。 4.2 系统结构原理图 1）保持水池的水位在 S3S4 之间，当水池水位低于下限液位开关S3，此时 S3 为 ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当 5S 以后，若水池水位没有超过水池下限液位开关 S3 时，则系统发出警报；若系统正常运行，此时水池下限液位开关 S3 为 OFF，表示水位高于下限水位。当页面高于上限水位 S4 时，则 S4 为 ON，电磁阀关闭。 nts 12 2）保持水塔的水位在 S1S2 之间，当水塔水位低于水塔下限水位开关 S2 时，则水塔下限液位开关 S2 为 ON，则驱动电机 M 开始工作，向水塔供水。当 S2 为 OFF 时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位开关 S1 时，则 S1 为 ON，电机 M 停止抽水。 3) 在控制系统启动后，若水槽水位低于水槽最低水位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。 4)当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，电机 M 不能启动。给水泵电机主控回路图如图 3-1 所示 : nts 13 图 3-1 给水泵主控回路 nts 14 第 5 章系统程序的编制 5.1 PLC 的工作原理 PLC 是采用 “顺序扫描、不断循环 ”的方式进行工作的。即 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。周而复始。 PLC 的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期性循环。 PLC 系统组成及各部分的功能 : 1系统组成。 2各部分的作用。 (1) CPU 运算和控制中心起 “心脏 ”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 CPU 根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成 PLC 内部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接口输进， CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由 CPU 把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成： CPU 由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。 CPU 通过地址总线、数据总线与 I/O 接口电路相连接。 (2) 存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、 ROM 组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（ RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 35 年。 (3)输入 /输出接口 nts 15 输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。输出接口 PLC 的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载 4编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器二种是通过 PLC 的 RS232 口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过 NSTP-GR 软件（或 WINDOWS 下软件）向 PLC 内部输入程序。 PLC采用 “顺序扫描，不断循环 ”的工作方式。 1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4扫描周期的长短由三条决定。（ 1） CPU 执行指令的速度（ 2）指令本身占有的时间（ 3）指令条数 5由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入 /输出滞后的现象，即输入 /输出响应延迟。 nts 16 PLC 与继电器控制系统、微机区别 PLC 与继电器控制系统区别前者工作方式是 “串行 ”，后者工作方式是 “并行 ”。前者用 “软件 ”，后者用 “硬件 ”。 PLC 与微机区别前者工作方式是 “循环扫描 ”。后者工作方式是 “待命或中断 ”PLC 编程方式 PLC 最突出的优点采用 “软继电器 ”代替 “硬继电器 ”。用 “软件编程逻辑 ”代替 “硬件布线逻辑 ”。 PLC 编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。梯形图语言特点： 1每个梯形图由多个梯级组成。 2梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为 “1”时，有假想的电流通过。 3继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。 4输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。第四节主要技术性能用户程序存储容量：是衡量可存储用户应用程序多少的指标。通常以字或 K 字为单位。 16 位二进制数为一个字，每 1024 个字为 1K 字。PLC 以字为单位存储指令和数据。一般的逻辑操作指令每条占 1 个字。定时 /计数，移位指令占 2 个字。数据操作指令占 24 个字每五节 PLC 的分类 5.2 PLC 梯形图概述 PLC 时专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是工厂广大电器技术人员，为了适应他们的传统习惯和装我能力，通常 PLC 不采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程，连线问题的自然语言编程。国际电动委员会详细地说明了语法，语义和下述 5 种编程语言：功能图，梯形图，功能快图，指令表，结构文本。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符合来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，这种程序设计语言采用因果关系来描述时间繁盛的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级种，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在右面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉。因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到欢迎，并nts 17 得到广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器逻辑控制技术相一致，易于掌握和学习；与原有的继电器逻辑控制技术的不同是：梯形图中的电流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此应用时需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待。梯形图是使用得最多的梯形编程语言，被称为 PLC 的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的有点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为编程给排水工程中常使用三相异步电动机，水泵上的电动机一般都是单向旋转有以下控制 : 在水塔水位检测系统中通过水位传感器检测实际水位的高度，当水位低于最低水位时向 PLC 发出信息启动水泵，经过 4 分钟检测水塔水位是否提高来控制水泵的工作，当水位达到最高水位时向 PLC 发出控制信息停止水泵工作。供水系统的基本原理如图所示，水位闭环调节原理是：通过在水塔中的水位传感器，将水位值变换为电流信号进入 PLC，执行较后程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制水塔水位系统控制主电路图 nts 18 5.3 输入 /输出分配 5.3.1 列出水塔水位控制系统 PLC 的输入 /输出接口分配表水塔水位系统 PLC 的输入 /输出接口分配表输入继电器输入变量名输出继电器输出变量名 X0 控制开关 Y0 电磁阀 X1 水塔上限液位开关 Y1 电机 M X2 水塔下限液位开关 Y2 水池下限指示灯a1 X3 水池下限液位 Y3 水池上限指示灯nts 19 开关 a2 X4 水池上限液位开关 Y4 水塔下限指示灯a3 Y5 水塔上限指示灯a4 Y6 报警指示灯 a5 5.3.2 水塔水位系统的输入 /输出设备这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有 5 个开关量，开关量输出触点书有 8 个，输入、输出触点数共有 13 个，只需选用一般中小型控制器即可。据此，可以对输入、输出点作出地址分配，水塔水位控制系统的 I/O 接线图如下： nts 20 I/O 接线图 5.4 工作过程设水塔、水池初始状态都为空着的， 4个液位指示灯全亮。当执行程序是，检测到水池为液位低于水池下限位时，电磁阀打开，开始往水池里进水，如果进水超过 5S，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。若 5S只有水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水池下限位的指示灯 a1灭。此时，水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，电机 M开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯 a2，nts 21 电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限指示灯 a3灭，电机 M继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满是，水塔也未超过水塔上限，水塔上限指示灯 a4灭，但刚刚给水塔供水的时候，电机 M已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，水池上限指示灯 a2良。此次给水塔供水完成。 5.5 程序流程图水塔水位控制系统的 PLC 控制流程图，根据设计要求控制流程图如下： nts 22 5.6 梯形图根据程序流程图设计的梯形图如下 5.7 水塔水位控制系统梯形图的对应指令表水塔水位控制系统指令表 nts 23 nts 24 第 6 章系统维护与故障处理 6.1 软件调试设计好用户程序后，一般做坐模拟调试。有的 PLC 厂家提供了在计算机上运行，可以用来代替 PLC 硬件来调试用户程序的仿真软件，例如西门子公司的与 STEP7 编程软件配套的 S7-LLT-C 仿真软件，在仿真时按照系统功能的要求，将某些位输入元件强制位 ON 或 OFF，或改写某些元件中的数据，监视系统功能是否能正确实现。如果有 PLC 的硬件，可用小开关或按钮来模拟 PLC 实际的输入信号，例如用它们发出操作指令，或在适当的时候用它们来模拟实际的反馈信号，如：限位开关触点的接通和断开。通过输出模块上各个输出位对应的发光二极管，观察输出信号是否满足设计的要求。调试顺序控制程序的主要任务是检查程序的运行是否符合顺序功能图的规定，即在某一转换实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，该转换所有的前几步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、顺序功能图中的每一条支路、各种可能的发展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后及时修改程序，直到在各种可能的情况下输入信号与输出信号之间的关系完全符合要求。对于用经验法设计的电路，或根据继电器电路图设计的电路，为了调试程序方便，有时需要根据用户程序画出对应的顺序功能图，用塔来调试程序。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减少，模拟调试结束后再写入它们的实际设定

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