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基于PLC控制的水塔水位毕业设计

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梯形图.dwg

水塔水位控制原理图.dwg

水塔水位示意图.dwg

水塔水位系统流程图.dwg

水塔的手动控制继电器图.dwg

给水泵电机控制图.dwg

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关键词：: 基于 plc 控制节制水塔水位毕业设计

资源描述：

目　录

前　言1

第1章水塔水位的发展与应用3

1.1 水塔水位的发展3

1.1.1 水塔水位的历史3

1.1.2 水塔水位的应用4

第2章水塔水位的方案选择5

2.1 系统方案论证5

2.2 PLC的选择6

2.3 PLC的应用领域7

第2章系统电路设计9

3.1 系统结构原理图9

3.1.1 I/O点分配9

3.1.2 给水泵电机主控回路图10

第4章系统程序的编制11

4.1 PLC的工作原理11

4.1.1 PLC梯形图概述13

第5章系统维护与故障处理15

5.1 软件调试15

5.2 硬件调试16

5.2 程序调试记录及结果分析16

结　论17

谢辞18

参考文献19

附录21

外文资料翻译24

摘要

设计研究的主要内容是在传统的水塔／水箱供水的基础上，加入了PLC及液压变送器等器件．利用PLC和组态软件来实现水塔水位的控制．提供了一种实用的水塔水位控制方案.为了达到节能的目的,提高供水系统的质量,考虑采用可编程序控制器、继电器和传感器技术,设计出一套实用水位控制方案。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

This design is the main content of study in traditional towers/water supply basis, joined the PLC and hydraulic pressure transmitter devices. Use PLC and configuration software to realize the control of water towers. Provides a practical scheme of water level control tower. In order to achieve the purpose of saving energy, improving the quality of water supply system, consider using a programmable controller, relays and sensor technology, design a practical level control scheme. Based on the hardware solutions with software realize the warning level alarm, low and manual or automatic switching two way to work. Using the high reliability PLC system realizes the automatic control water towers to improve the reliability of the water towers. Including: the level of test, PLC, PLC input/output interface circuit design, PLC to pump motor control, etc. Water is one of the important relating to the industry. With the development of society and the improvement of people's living standards of urban water supply, put forward higher request, will meet in a timely, accurate, safety guarantee sufficient supply, if still use manual mode, the labor intensity and low working efficiency, safety, and therefore must be carried out to ensure the water towers automation control system. Programmable logic controller (PLC) because of its high reliability and high performance in industrial control widely applied. Aiming at the control technology, more popular use PLC and sensor constitute the towers of constant water level control system. After the reconstruction of water control system, realize the towers water towers, automatic control system, realize remote monitoring unattended.

KEY WORDS: Programmable logic controller，PLC， Towers level ，Automatic control

第2章水塔水位的方案选择

2.1 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。

2.2 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。

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内容简介：: 洛阳理工学院毕业设计 I 基于 PLC 控制的水塔水位设计摘要设计研究的主要内容是在传统的水塔水箱供水的基础上，加入了 PLC 及液压变送器等器件利用 PLC 和组态软件来实现水塔水位的控制提供了一种实用的水塔水位控制方案 .为了达到节能的目的 ,提高供水系统的质量 ,考虑采用可编程序控制器、继电器和传感器技术 ,设计出一套实用水位控制方案。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洛阳理工学院毕业设计 II PLC-BASED LEVEL DESIGN OF THE WATER TOWER ABSTRACT This design is the main content of study in traditional towers/water supply basis, joined the PLC and hydraulic pressure transmitter devices. Use PLC and configuration software to realize the control of water towers. Provides a practical scheme of water level control tower. In order to achieve the purpose of saving energy, improving the quality of water supply system, consider using a programmable controller, relays and sensor technology, design a practical level control scheme. Based on the hardware solutions with software realize the warning level alarm, low and manual or automatic switching two way to work. Using the high reliability PLC system realizes the automatic control water towers to improve the reliability of the water towers. Including: the level of test, PLC, PLC input/output interface circuit design, PLC to pump motor control, etc. Water is one of the important relating to the industry. With the development of society and the improvement of peoples living standards of urban water supply, put forward higher request, will meet in a timely, accurate, safety guarantee sufficient supply, if still use manual mode, the labor intensity and low working efficiency, safety, and therefore must be carried out to ensure the water towers automation control system. Programmable logic controller (PLC) because of its high reliability and high performance in industrial control widely applied. Aiming at the control technology, more popular use PLC and sensor constitute the towers of constant water level control system. After the reconstruction of water control system, realize the towers water towers, automatic control system, realize remote monitoring unattended. KEY WORDS: Programmable logic controller， PLC， Towers level ， Automatic control nts洛阳理工学院毕业设计 III 目录前言 . 1 第 1 章水塔水位的发展与应用 . 3 1.1 水塔水位的发展 . 3 1.1.1 水塔水位的历史 . 3 1.1.2 水塔水位的应用 . 4 第 2 章水塔水位的方案选择 . 5 2.1 系统方案论证 . 5 2.2 PLC 的选择 . 6 2.3 PLC 的应用领域 . 7 第 2 章系统电路设计 . 9 3.1 系统结构原理图 . 9 3.1.1 I/O 点分配 . 9 3.1.2 给水泵电机主控回路图 . 10 第 4 章系统程序的编制 . 11 4.1 PLC 的工作原理 . 11 4.1.1 PLC 梯形图概述 . 13 第 5 章系统维护与故障处理 . 15 5.1 软件调试 . 15 5.2 硬件调试 . 16 5.2 程序调试记录及结果分析 . 16 结论 . 17 谢辞 . 18 参考文献 . 19 附录 . 21 外文资料翻译 . 24 nts洛阳理工学院毕业设计 1 前言现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。本课题研究的内容是“智能水位控制系统”。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。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情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。本实验采用两种方法（单片机和时基集成电路）进行主控制，在水池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，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控目前，大量的高位生活用水和工业用水逐渐增加，因此，不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题，最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的启停，要么水泵关停过早：要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便，利用人工控制水位供水会造成时有时无的不稳定供水情况，后来利用水位控制装置市供水状况有了改变，但经常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦，为保证供水的稳定性和可靠性，本文设计采用了西门子 200CPU226PLC作为控制核心，辅以水位传感器做水位监测，可实现水塔水位的自动控制，nts洛阳理工学院毕业设计 2 经过检测效果非常好，软件设计简单，硬件接口简易可行，可靠性高。在一般住宅或大楼顶楼常设置水塔或水箱以提供充足的水压供用户使用 ,另备有地下水槽储存自来水公司提供的水源并给顶楼水塔进水使用时序控制器 (PLC)技术已日趋成熟 ,因而考虑利用它来实现水塔 /水箱供水控制。 nts洛阳理工学院毕业设计 3 第 1 章水塔水位的发展与应用 1.1 水塔水位的发展 1.1.1 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洛阳理工学院毕业设计 4 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。 1.1.2 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洛阳理工学院毕业设计 5 第 2 章水塔水位的方案选择 2.1 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nts洛阳理工学院毕业设计 6 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。 2.2 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。 nts洛阳理工学院毕业设计 7 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。 2.3 PLC 的应用领目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1. 开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调nts洛阳理工学院毕业设计 8 节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5. 数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6. 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。nts洛阳理工学院毕业设计 9 第 3 章系统电路设计 3.1 系统结构原理图进水控制。 SL4 为 ON,YV 释放动作； SL3 为 ON,YV 释放复位。报警显示， YV 动作 4s， SL3 为 OFF 时， HL 按 0.5s 闪烁报警。抽水控制， SL4 为 OFF,SL2 为 ON 时， M 启动运行： SL1 为 ON 时，M 停止运行。输入设备，据上述分析，系统有 4 个输入信号：水塔高水位，水塔低水位，水池高水位，水池低水位检测信号。由此确定，系统的输入设备有4 个检测水位的检测开关， PLC 需要用 4 个输入点分别与他们的常开触头相连。确定输入设备，系统由电磁阀 YV 控制进水，电动机 M 抽水， HL 指示灯报警指示。由此确定系统的输出设备有一只电磁阀，一只接触器和一只指示灯， PLC 需用三个输出点分别驱动它们。 3.1.1 I/O 点分配根据 I/O 点的输入、输出设备及输入输出点数，分配 I/O 点表如表 3-1所示 nts洛阳理工学院毕业设计 10 表 3-1 输入 /输出设备及 I/O 点分配表输入输出原件代号功能输入点元件代号功能输入点 SL1 水塔高水位界 X0 KM 控制电动机转 Y0 SL2 水塔低水位界 X1 YV 电磁阀 Y1 SL3 水池高水位界 X2 HL 报警显示 Y2 SL4 水池低水位界 X3 3.1.2 给水泵电机主控回路图如图 3-1 所示 : 图 3-1 给水泵主控回路 nts洛阳理工学院毕业设计 11 第 4 章系统程序的编制 4.1 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nts洛阳理工学院毕业设计 12 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。 nts洛阳理工学院毕业设计 13 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。 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 4.1.1 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nts洛阳理工学院毕业设计 14 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 nts洛阳理工学院毕业设计 15 第 5 章系统维护与故障处理 5.1 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值。再编程软件中，可用梯形图来监视程序的运行，触点和线圈的 ON/OFF状态用不同颜色来表示。也可以用元件监视功能来监视、改写或强制感兴趣的变成元件。 nts洛阳理工学院毕业设计 16 贯穿 PLC 梯形图设计过程中，逐一对负载进行调试，主要动作是否符合要求，然后统调，看各负载逻辑关系是否符合要求。 5.2 硬件调试在对程序进行模拟调试的同时，可以设计、制作控制屏， PLC 之外其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。完成控制内部的安装接线后，应对控制屏内的接线进行测试 . 5.3 程序调试记录及结果分析本课题进行了模拟在线联机调试，目的在于确定整个系统的程序，在调试中，程序的变动，包括功能的增减，变化是难免的。程序是否好用，最终要通过调试才能进一步完善和最终的确定。首先在 PLC 面板上将 PLC设置为 RUN 位置，此时 PLC 开始运行。然后接好控制箱线图，根据 I/O分配变中的输入输出所对应的开关进行调试。记录如表 5-1 在本课题的调试过程中，预先设计的功能和动作都能正常实现，具有较高的可靠性，维修方便等特点，本课题所涉及的感应门是针对商场，在编写程序过程中加强了感应门的安全性，针对商场的实际情况增加了防夹人的设计，程序中也加强了感应门的安全性以及感应门的故障提示功能。因此，本课题解决了一些商场要求感应门要有极高的稳定性，且成本不能太高的要求，是一个比较适合此类场合运用且经济的产品。 nts洛阳理工学院毕业设计 17 结论本设计完成了题目要求的基本部分的全部要求。能模拟与调配水塔水位控制系统的自动控制，进行进水控制，报警显示，抽水控制。发挥部分的因为时间和制作材料的短缺而没有进行尝试，在今后条件允许的情况下再扩展。该系统简单分析水塔水位控制系统要求，系统采集输入信号，驱动装置输出设备，另外需要间接控制和逻辑运算。通过这次设计使我学会如何去培养自己的独立工作精神，能自己给自己加油，战胜自己的懒惰和畏惧，自我督促。创新，也是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，可以把所学知识与生活中的现象相结合，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，坚持到底，不抛弃不放弃。但是仍有许多不足之处 :在传感器部分的设计和研究 ,传感器的深入远远不够 ,另外对课题中的报警部分的自动处理的研究室必要的 .于要深入其中 . nts洛阳理工学院毕业设计论文 18 谢辞三年的大学生活随着毕业设计的完成也即将结束，在此次设计中使我掌握了一定的专业知识，锻炼了自己。从现在看来，毕业设计可以说是三年学习的总结和体现，此次论文的完成既为大学三年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。这篇设计的完成和三年中所有教育过我的老师也是分不开的，没有老师们传授的知识我也不可能完成这个的课题。特别是在我做设计的这几个月里，我无论是在论文的选题，还是在资料查询和撰写的每一个环节，无不得到指导老师李素芳老师的悉心指导和帮助。因此，在这里特向我敬爱的导师致以最崇高的敬礼和深深的感谢。我为我几个月来静心学习，并取得较好成绩而感到欣慰，欣慰之余，我还要要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心和支持。最后衷心希望洛阳理工的老师和母校以后的路越走越好 . nts洛阳理工学院毕业设计论文 19 参考文献 1 王永华 . 现代电器控制及 PLC 应用技术 .北京：北京航空航天大学出版社 ,2003.9 2 陈建民 .电气控制与 PLC 应用 .北京：电子工业出版社 ,2007 3 王立 . PLC 应用开发技术与工程实践 .北京：人民邮电出版社， 2005 4 何立民 . PLC 应用系统设计 .北京：北京航空航天大学出版社， 1990 5 李光飞 . PLC 课程设计实例指导 .北京：北京航空航天大学出版社，2004 6 刘建华、李纪云 . PLC 在现代社会中的应用 J. 河南科技 , 1998,(10) 7 张晓玲、白瑞云 . PLC 应用和发展 J. 科学中国人， 2006,(11) 8 邓则名、程良伦等编 .电器与可编程控制器应用技术 .机械工业出版社 .1997.1 9 林小峰编 .可编程序控制器及应用 .北京 :高等教育出社 .1991 方承远编 .工厂电气控制技术 .第二版 .北京机械工业出版社 .2000 10 汪道辉主编 .逻辑与可编程控制系统 .北京 : 机械工业出版 .2001 11易传禄等编 .可编程序控制器应用指南 .上海 :上海科学普及出版社 .1993 12 杨士元等编 .可编程序控制器 (pc)编程应用和维修 .北京 :清华大学出版社 .1995 13 耿文学等编 .微机可编程控制器原理 .使用及应用实例 (修订版 ).北京 :电子工业出版社 .1993 14 王永华 .现代电气控制及 PLC 应用技术北京：北京航空航天大学出版社， 2003 年 15 张万忠 .可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社， 2005年 16 周万珍、高鸿斌 .PLC 分析与设计应用北京：电子工业出版社， 2004年 17 程周 .可编程控制器原理与应用北京：高等教育出版社 2003 年 nts洛阳理工学院毕业设计论文 20 18 王卫兵 .可编程控制器原理及应用 .第 2 版 .北京 :机械工程出版社 ,1998 19 吴勇 .数字电子技术基础 .北京：机械工业出版社， 2000 20 霍彩萍 .PLC 应用技术 .北京：人民邮电出版社， 2007 nts洛阳理工学院毕业设计论文 21 附录附图 1 流程图 nts洛阳理工学院毕业设计论文 22 附图 2 梯形图 nts洛阳理工学院毕业设计论文 23 附图 3 水位控制系统控制图nts洛阳理工学院毕业设计论文 24 外文资料翻译 MECHATRONICS AND ITS APPLICATIONS The electromechanical integration technology for the changing face of the machinery manufacturing industry has played an important role, and describe its application in the steel industry and trends. Keywords Mechatronics Technology 1. Mechatronics Technology Mechatronics is a mechanical, microelectronics, control, computer, information processing multidisciplinary integration, its development and progress depends on the progress and development of related technologies, the main development direction of the digital, intelligent, modular, network , humanity, miniaturization, integration with source-based and green. 1.1 Digital Microcontroller and its development has laid a foundation for digital electronic products, such as the continuous development of CNC machine tools and robots; and the rapid rise of computer networks for digital design and manufacturing, paving the way, such as virtual design, computer integrated manufacturing. Required mechanical and electrical integration of digital software products with high reliability, operability, maintainability, self-diagnosis capabilities, and friendly interface. Will facilitate the realization of digital remote control, diagnosis and repair. 1.2 Intelligent Requiring mechanical and electrical products have a certain intelligence, that it have similar logical thinking, reasoning, independent decision-making capacity. CNC machine tools such as an increase in man-machine conversation function, set the smart

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