水塔水位控制系统设计

毕毕 业业 设设 计计 课课 题题 水塔水位控制系统设计水塔水位控制系统设计 学生姓名学生姓名 系系 别别 机械工程系机械工程系 专业班级专业班级 学学 号号 II 指导教师指导教师 二二 0 一一 二二 年年 六六 月月 目录目录 插图清单插图清单 表格清单表格清单 摘要摘要 Abstract 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 水塔水位控制系统设计的重要性 1 1 2 控制理论的发展及应用概况 1 1 3 本文的主要工作 2 第二章第二章 水塔水位水塔水位控制系统方案设计控制系统方案设计 3 2 1 PLC 的工作原理 3 2 2 PLC 选型 5 2 3 水位传感器的选择 6 2 4 水塔水位控制方案 8 第三章第三章 水塔水位控制系统硬件设计水塔水位控制系统硬件设计 9 3 1 水塔水位控制系统主电路 9 3 2 控制系统与 PLC 的输入 输出接口分配表 10 3 3 水塔水位控制系统的 I O 接线图 11 第四章第四章 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 PLCPLC 软件设计软件设计 12 4 1 系统工作过程 12 4 2 程序流程图 13 4 3 梯形图与具体分析 14 4 4 水塔水位控制系统梯形图对应指令 17 总结总结 18 参考文献参考文献 19 致致谢谢 20 插图清单插图清单 2 1 PLC 运行方式图 3 2 2 PLC 扫描周期示意图 4 2 3 S7 300 PLC 的实物图 5 2 4 S7 300PLC 的模块图 5 2 5 EchoPod 超声波液位传感器 6 2 6 水塔水位控制系统方案设计图 8 3 1 电机主电路图 9 3 2 系统接线图 11 3 3 程序流程图 13 4 1 程序流程图的梯形图 15 插表清单插表清单 3 1 水塔水位系统 PLC 的输入 输出接口分配表 10 Toc Toc 水塔水位控制系统设计水塔水位控制系统设计 摘摘 要要 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 MCGS Monitor and Control Generated System 组态软件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 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 是节约水源 方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置 关键词关键词 水位 自动控制系统 调试 可编程控制器 PLC Water Level Control System Design of Water Tower Abstract In this paper the PLC control an automatic measurement of water level device installed in the tank The electrical conductivity of water continuously around the clock to measure the water level changes and measured the water level changes converted into corresponding electrical signals console application MCGS Monitor and Control Generated System configuration software received signal for data processing complete the corresponding water level the fault alarm information display the display of real time curve and the historical curve so that the water level is maintained at the appropriate location The water tower water level control system is widely used in water supply system of the residential area the traditional control method control accuracy and low energy consumption and the shortcomings of automatic control theory in accordance with changes in water automatically adjust the system operating parameters to maintain constant pressure to meet the water requirements thereby enhancing the quality of the water supply system And low cost easy installation after repeated experiments show a good sensitivity is to save water family friendly and units of the ideal device to control the water tower water level Key words water level Automatic Debugging PLC 铜陵学院毕业设计 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1 水塔水位控制系统设计的重要性 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 是依据用水量的变化自动调节系统的运行参数 保持水压恒定来满足用水要求 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 是节约水源 方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置 不论社会经济如何飞速 水在人们正常生活和生产中起着重要的作用 一旦断了水 轻 则给人民生活带来极大的不便 重则可能造成严重的生产事故及损失 从而对供水系统 提出了更高的要求 满足及时 准确 安全充足的供水 如果仍然使用人工方式 劳动 强度大 工作效率低 安全性难以保障 由此必须对其进行自动化控制系统的改造 从 而实现提供足够的水量 平稳的水压 低成本的设计 高实用价值的控制器 该设计采 用分立的电路实现超高 低警戒水位处理 实现自动控制 既达到节能的目的 又提高了供 水系统的质量 1 2 PLC 控制理论的发展及应用概况 1 2 1 PLC 控制理论的发展 可编程控制器 Programmable Controller 也称可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置 是计算机家族的一名成员 简称 PC 为了避免与个人电脑 也简称为 PC 相混淆 通常 将可编程控制器简称为 PLC 1 早期的 PLC 虽然 PLC 问世时间不长 但是随着微处理器的出现 大规模集成电 路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步 PLC 也迅速发展 其发展过程大致可分 为三个阶段 可编程逻辑控制器 2 这时的 PLC 多少由继电器控制装置的替代物的含义 其主要 功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制 定时等 它在硬件上以计算机的形式出现 在 I O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求 装置中的器件主要采用分离元 件和中小规模集成电路 存储器采用磁芯存储器 另外还采取了一些措施 以提高其抗 干扰的能力 在软件编程上采用广大电器工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图 因此 早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置 其优点包括简单易懂 便 于安装 体积小 能耗低 有故障指示 能重复使用等 其中 PLC 特有的编程语言 梯 形图一直沿用至今 在七十年代 微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化 美国 日本 德国等一些 厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元 CPU 这样 使 PLC 的功能大大 增强 在软件方面 除了保持其原有的逻辑运算 计时 计数等功能以外 还增加了算 术运算 数据处理和传送 通讯 自诊断等功能 在硬件方面 除了保持其原有的开关 模块以外 还增加了模拟量块 远程 I O 模块 各种特殊功能模块 并扩大了存储器的 容量 是各种逻辑线圈的数量增加 还提供了一定数量的数据寄存器 使 PLC 的应用范 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 2 围得以扩大 进入八十年代中 后期 由于超大规模集成电路技术的迅速发展 微处理器的市场 价格大幅度下跌 使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高 而且 为了 进一步提高 PLC 的处理速度 各制造厂商纷纷开发研制了专用逻辑处理芯片 这样使得 PLC 软 硬功能发生了巨大变化 我国在八十年代初才开始使用 PLC 目前从国外引进的 PLC 使用较为普遍是由日本 OMRON 公司 C 系列 三菱公司 F 系列 美国 GE 公司 GE 系列和德国西门子公司 S 系列等 1 2 2 PLC 控制理论的应用 PLC 初始时针对工业顺序控制发展而研制的 经过近 40 年的发展 PLC 技术已大大 超过其出现时的技术水平 其定位在低成本自动化项目和作为大型 Distributed Control System DCS 或 Fieldbus Control System FCS 系统的 I O 站 现在 PLC 的应用已遍布国民经济的各个领域 并几乎涉及到工业界所有领域的中 大型设备的自动控制中 形成了满足各种需要的 PLC 应用系统 1 3 本文的主要工作 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 8 本文采用 PLC 进行主控制 在水箱上安装一个自动测量水位装置 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 MCGS Monitor and Control Generated System 组态软件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 并对水塔水位系统进行 I O 分析和梯形图设计 充实设计内容 方便更清 楚的了解设计内容 铜陵学院毕业设计 3 第二章第二章 水塔水位水塔水位控制系统方案设计控制系统方案设计 2 1 PLC 的工作原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置 但这两 者的运行方式是不相同的 1 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式 即如果这个继电器的线圈通电 或断电 该继电器所有的触点 包括其常开或常闭触点 在继电器控制线路的哪个位置 上都会立即同时动作 6 2 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式 即如果一个输出线圈 或逻辑线圈被接通或断开 该线圈的所有触点 包括其常开或常闭触点 不会立即动作 必须等扫描到该触点时才会动作 8 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异 考虑到继电器控制装置各类触 点的动作时间一般在 100ms 以上 而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms 因此 PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式 扫描技术 这样在对于 I O 响应要 求不高的场合 PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了 5 2 1 1 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 如图 2 1 所示 图 2 1 PLC 运行方式图 1 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 11 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 2 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 第 n 1 个扫描周期 第n个扫描周期 第 n 1 个扫描周期 输出刷新 输入采样 用户程序执行 输出刷新 输入采样 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 4 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 存储区中对应的状态 或者刷新该输出线圈在 I O 映象 区中对应的状态 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 7 3 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 2 1 2 PLC 的 I O 响应时间 为了增强 PLC 的抗干扰能力 提高其可靠性 PLC 的每个开关量输入端都采用光电隔 离技术 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制 PLC 采用了不同于一般微型计算 机的运行方式 扫描技术 11 以上两个主要原因 使得 PLC 的 I O 响应比一般微型计 算机构成的工业控制系统慢的多 其响应时间至少等于一个扫描周期 一般均大于一个 扫描周期甚至更长 所谓 I O 响应时间指从 PLC 的某一输入信号变化开始到系统有关输 出端信号的改变所需的时间 如图 2 2 所示 上 电 R U N 自 诊 断 通 讯 输 入 采 样 用 户 程 序 执 行 输 出 刷 新 故 障 图 2 2 PLC 扫描周期示意图 铜陵学院毕业设计 5 2 2 PLC 选型 随着 PLC 的推广普及 PLC 产品的种类和数量越来越多 近年来 从国外引进的 PLC 产品 国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列 上百种型号 PLC 种类繁 多 其结构形式 性能 容量 指令系统 编程方法 价格等各有不同 适用场合也各 有侧重 因此 合理选择 PLC 对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标起重要作用 11 S7 300PLC 是模块化小型 PLC 系统 能满足中等性能要求的应用 3 各种单独的模 块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统 一个带标准用户接口的软件工具方便用户 给所有模块进行参数赋值 方便的人机界面服务已经集成在 S7 300 操作系统内 人机对 话的编程要求大大减少 SIMATIC 人机界面 HMI 从 S7 300 中取得数据 S7 300 按用 户指定的刷新速度传送这些数据 S7 300 操作系统自动地处理数据的传送 CPU 的智能 化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常 记录错误和特殊系统事件 例如 超时 模块更换 等等 多级口令保护可以使用户高度 有效地保护其技术机密 防止未经允 许的复制和修改 S7 300 PLC 设有操作方式选择开关 操作方式选择开关像钥匙一样可 以拔出 当钥匙拔出时 就不能改变操作方式 这样就可防止非法删除或改写用户程序 本次设计使用的是西门子 S7 300 PLC 就是因为它的实用性 所以在这里有必要介 绍一下它的硬件基本结构 如图 2 3 和图 2 4 所示 接口模块 电源 图 2 4 S7 300 PLC 的模块图 图 2 3 S7 300 PLC 的实物图 如上图示 除了电源 CPU 和接口模块 IM 外 S7 300 可以选择的其他主要模块 有 DI 数字量数入 DO 数字量输出 AI 模拟量输入 AO 模拟量输出 FM 功能模块 和 CP 通信模块 3 S7 300 的组件及其功能如下 电源 PS 将电网电压 120 230V 变换为 S7 300 所需的 24V DC 工作电 中央处理单元 CPU 执行用户程序 附件 存储器模块 后备电池 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 6 接口模块 IM 连接 2 个机架的总线 信号模块 SM 把不同的过程信号与 S7 300 相匹配 附件 总接线器 前接线器 功能模块 FM 完成地位 闭环控制等功能 通讯处理器 CP 连接可编制控制器 附件 电缆 软件 接口模块 其中 图 2 4 中的八个信号模块即是信号模块 SM 的八个模拟量 可随意搭配 2 3 水位传感器的选择 EchoPod 超声波液位传感器 集非接触开关 控制器 变送器三种功能于一身 适用于小型储罐 EchoPod 超声波液位传感器灵活的设计可以应用于综合系统或 者替代浮球开关 电导率开关和静压式传感器 也适用于流体控制和化工供料系统 的综合应用 超声波液位传感器对于机器 刹车等设备的小储罐的应用也是很好的 选择 PVDF 的传感器可以适用于泥浆 腐蚀性介质 超声波液位传感器广泛应用 于各种常压储罐 过程罐 小型罐和小型容器 泵提升站 废水储槽等 图 2 5 EchoPod 超声波液位传感器 EchoPod DL14 超声波液位传感器的产品特点 量程 1 25 米 输出 4 20mA 4 个继电器 探头材质 PVDF 耐酸碱腐蚀 窄声束角 0 度 支持静管技术 WebCal 软件标定 防护等级 IP67 工作原理 EchoPod 超声波液位传感器 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 铜陵学院毕业设计 7 以下是 FLOWLINE EchoPod DL14 超声波液位传感器的技术参数 量程 1 25m 精度 3mm 分辨率 0 5mm 声束宽度 5cm 死区 5cm 供电电压 24vdc 环路 温度补偿 全量程自动 环绕阻抗 400ohms 24vdc 信号输出 DL14 4 20 mA 4 SPST 继电器 标定 WebCal PC 软件 USB 标定 失效诊断 4 mA 20 mA 21 mA 22mA 或者保持当时数据 过程温度 20 to 60 压力 大气压 防护等级 NEMA 4X IP65 外壳材料 PC ABS FR 探头材料 PVDF 过程连接 1 NPT 1 G 螺纹 电缆长度 1 2 米 电缆材料 PVC 延时 可选 类别 普通 认证 CE 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 8 2 4 水塔水位控制方案 水塔水位控制装置图 水塔上限液位开关S1 水塔下限液位开关S2 电磁阀 水池上限液位开关S4 水池下限液位开关S3 水流 电机M 水塔水池 图 2 5 水塔水位控制系统方案设计图 1 保持水池的水位在 S3 S4 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 当液面高于上限水位 S4 时 则 S4 为 ON 电磁阀关闭 2 保持水塔的水位在 S1 S2 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 若水池水位低于水池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 根据此信号打开电磁阀向水池补水 当水位达到水池最高 水位时液位传感器将水位信号转化为电信号向 PLC 发出信号关闭电磁阀的工作 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 后启动电磁阀向水塔加水 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 发出信号关闭电磁阀的工作 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 铜陵学院毕业设计 9 第三章第三章 水塔水位控制系统硬件设计水塔水位控制系统硬件设计 3 1 水塔水位控制系统主电路 给排水工程中常使用三相异步电动机 Y90L 4 功率为 1 5KW 4 水泵上的电动机 一般是单向旋转 并有以下控制 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 5S 检测水塔水位是否提 高 从而来控制水泵的工作 当水位达到最高水位时向 PLC 发出控制信息 停止水泵工 作 9 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 执行程序 通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制 图 3 1 电机的主电路图 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 10 3 2 PLC 的输入 输出接口分配表 系统的输入信号 控制开关 1 个 液位开关 4 个 共 5 个输入信号 系统的输出信 号有 电磁阀 1 个 电机 1 台 指示灯 5 个 共 7 个输出点 西门子 S7 300 型 PLC 它有 8 个输入点 16 个输出点 交流供电 满足本例要求 8 如 X400 为水位控制开 关的地址输入继电器 X401 为水塔上限液位开关 S1 的地址输入继电器 X402 为水塔下 限液位开关 S2 的地址输入继电器 X403 为水池下限液位开关 S3 的地址输入继电器 X404 为水池上限液位开关 S4 的地址输入继电器 即 在 PLC 中 通过 X400 X401 X402 X403 X404 来进行对水塔水位进行液位控制 Y430 为电磁阀的地 址输出继电器 Y431 为电机 M 的地址输出继电器 Y432 为水池下限指示灯 a1 的地址输 出继电器 到水池下限时灯亮 Y433 为水池上限指示灯 a2 的地址输出继电器 到水 池上限时灯亮 Y434 为水塔上限指示灯 a3 的地址输出继电器 到水塔下限时灯亮 Y435 为水塔上限指示灯 a4 的地址输出继电器 到水塔上限时灯亮 Y436 为报警指示 灯 a5 的地址输出继电器 警报时灯亮 即 PLC 中 通过 Y430 Y431 Y432 Y433 Y434 Y435 Y436 对液位进行合理控制 方便与输入设备 协调搭配 由此 PLC 输入 输出接口分配表如下 表 3 1 水塔水位系统 PLC 的输入 输出接口分配表 输入 继电器 现场器件 输出 继电器 现场器件 X400 启动按钮 Y430 电磁阀 X401 水塔上限液位开关 S1 Y431 电机 M X402 水塔下限液位开关 S2 Y432 水池下限指示灯 a1 X403 水池下限液位开关 S3 Y433 水池上限指示灯 a2 X404 水池上限液位开关 S4 Y434 水塔下限指示灯 a3 X405 停止按钮 Y435 水塔上限指示灯 a4 Y436 报警指示灯 a5 铜陵学院毕业设计 11 3 3 水塔水位控制系统的 I O 接线图 据输入输出分配表 再加上西门子 S7 300 设备的要求 对输入 输出地址进行分 配 水塔水位控制系统的 I O 接线图如图 3 2 所示 SB1 S1 S2 S3 S4 传感器1 传感器2 传感器3 传感器4 Y430 Y431 Y432 Y433 Y434 Y435 Y436 电磁阀 电机M 水池下限指示灯a1 水池上限指示灯a2 水塔下限指示灯a3 水塔上限指示灯a4 报警指示灯a5 220V FU X400 X401 X402 X403 X404 COM X405 SB2 图 3 2 系统 I O 接线图 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 12 第四章第四章 水塔水位控制系统水塔水位控制系统 PLC 软件设计软件设计 4 1 系统工作过程 当执行程序是 检测到水池为液位低于水池下限液位时 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液位 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液位 说明系统在正常的工作 水池下限液位的指示灯a1灭 此时 水池的液位已经超过了下限液位了 系统检测到此 信号时 由于水塔液位低于水塔水位下限液位 电机M开始工作 向水塔供 当水池的液 位超过水池上限液位时 水池上限指示灯a2灭 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液位 则水塔下限液位指示灯a3灭 电机M继续工 作 从水池抽水向水塔供水 水塔抽满时 水塔也超过水塔上限 水塔上限液位指示灯 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 此时水池液位已经低于 水池上限液位时 水池上限指示灯a2亮 此次给水塔供水完成 铜陵学院毕业设计 13 4 2 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 控制流程图如图 4 1 所示 开始 水池水位低于下限 位吗 电磁阀打开 5S后水池水位高 于下限位吗 报警 水池继续进水 水池水位高于上限 电磁阀关闭 水塔水位低于 下限位吗 水泵启动 给水塔供水 水塔水位高于下限 水塔水位高于上限水池水位低于下限 水泵停止 结束 否 是 是 否 是 否 图 4 1 程序流程图 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 14 4 3 梯形图与具体分析 梯形图编程语言是一种图形化编程语言 7 它沿用了传统的继电接触器控制中的触 点 线圈 串并联等术语和图形符号 与传统的继电器控制原理电路图非常相似 但又 加入了许多功能强而又使用灵活的指令 它比较直观 形象 对于那些熟悉继电器 接 触器控制系统的人来说 易被接受 继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编 程 绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程 指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号 类似于计算机汇编 语言 由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表 每一条指令一般由指令 助记符和作用器件编号组成 比较抽象 通常都先用其它编程方式表达 然后改写成相 应的语句表 通常微 小型PLC主要采用继电器梯形图编程 其编程的一般规则有 1 梯形图按自上而下 从左到右的顺序排列 每一个逻辑行起始于左母线然后是触 点的各种连接 最后是线圈或线圈与右母线相连 整个图形呈阶梯形 梯形图所使用的 元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内 2 梯形图是PLC形象化的编程方式 其左右两侧母线并不接任何电源 因而图中各支 路也没有真实的电流流过 但为了读图方便 常用 有电流 得电 等来形象地描 述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件 它仅仅是概念上虚拟的 电流 而且认 为它只能由左向右单方向流 层次的改变也只能自上而下 3 梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器 相应某位触发器为 I态 表示该继电器线圈通电 其动合触点闭合 动断触点打开 反之为 O态 梯形图中继 电器的线圈又是广义的 除了输出继电器 内部继电器线圈外 还包括定时器 计数器 移位寄存器 状态器等的线圈以及各种比较 运算的结果 4 梯形图中信息流程从左到右 继电器线圈应与右母线直接相连 线圈的右边不能 有触点 而左边必须有触点 5 继电器线圈在一个程序中不能重复使用 而继电器的触点 编程中可以重复使用 且使用次数不受限制 6 PLC在解算用户逻辑时 是按照梯形图由上而下 从左到右的先后顺序逐步进行的 即按扫描方式顺序执行程序 不存在几条并列支路同时动作 这在设计梯形图时 可以 减少许多有约束关系的联锁电路 从而使电路设计大大简化 所以 由梯形图编写指令 程序时 应遵循自上而下 从左到右的顺序 梯形图中的每个符号对应于一条指令 一 条指令为一个步序 当PLC运行时 用户程序中有众多的操作需要去执行 但CPU是不能同时去执行多个 操作的 它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作 扫描从0000号存储地址所存放 的第一条用户程序开始 在无中断或跳转控制的情况下 按存储地址号递增顺序逐条扫 描用户程序 也就是顺序逐条执行用户程序 直到程序结束 每扫描完一次程序就构成 一个扫描周期 然后再从头开始扫描 并周而复始 4 铜陵学院毕业设计 15 X400405 200 403 200 430 402 401 404 200 403 404 Y430 200 T450 403 Y436 200 403 402 Y431 401 Y431 END Y434 Y435 Y433 200 Y432 T450 430 K5 图 4 2 程序流程图设计的梯形图 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 16 图 4 2 所示是满足图 4 1 所示工艺流程的梯形图 水塔水位控制系统工作时 按如 下步骤进行 1 压下启动按钮 SB1 输入继电器触电 X400 接通 200 得电自锁 2 当水池液位到下限开关 S3 时 输入继电器 X403 接通 Y430 得电自锁 电磁阀 打开 3 当水池液位到下限开关 S3 时 输入继电器 X403 接通 Y432 得电 则水池下限 指示灯 a1 亮 4 电磁阀开启 往水池加水 并启动定时器 T450 定时 5S 5 5S 后若水池水位没有超过水池下限液位开关 S3 时 输出继电器 Y436 接通 报 警指示灯 a5 亮 6 当水塔水位低于水塔下限液位开关 S2 时 输入继电器 X402 接通 Y431 得电自 锁 水泵抽水 7 当水塔水位低于水塔下限液位开关 S2 时 输入继电器 X402 接通 Y434 得电 水塔下限指示灯 a3 亮 8 当水塔中的水位达到水塔上限液位开关 S1 时 输入继电器 X401 接通 Y435 得 电 水塔上限指示灯 a4 亮 9 当水塔中的水位达到水塔上限液位开关 S1 时 输入继电器 X401 常开触点闭合 则此时常闭触点断开 故 Y431 失电 水泵停止抽水 10 当水池中的水达到水池的上限液位开关 S4 时 输入继电器 X404 闭合 Y433 得电 水池上限指示灯 a2 亮 11 当水池中的水达到水池的上限液位开关 S4 时 输入继电器 X404 常开触点闭 合 则此时常闭触点断开 Y430 失电 电磁阀关闭 此次供水完成 铜陵学院毕业设计 17 4 4 水塔水位控制系统梯形图对应指令 水塔水位控制系统指令 LD X400 ANI 405 LD 403 AND 430 ANI 404 OUT Y430 LD 403 OUT Y432 LD 430 OUT T450 K5 LD T450 AND 403 OUT Y436 LD 403 AND 402 OR Y431 ANI 401 OUT 431 LD 402 OUT Y434 LD 401 OUT Y435 LD 404 OUT Y433 END 鲁亚洲 水塔水位控制系统设计 18 总结总结 毕业论文是我学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会 通过这次比较完 整的水塔水位的自动控制系统设计 我摆脱了单纯的理论知识学习状态 和实际设计的 结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识 解决实际工程问题的能力 同时也提高 我查阅文献资料 设计手册 设计规范以及 PLC 制作程序等其他专业能力水平 而且通 过对整体的掌控 对局部的取舍 以及对细节的斟酌处理 都使我的能力得到了锻炼 经验得到了丰富 抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升 这是我们都希望看到的 也正是我们进行毕业设计的目的所在 虽然毕业设计内容繁多 过程繁琐但我的收获却更加丰富 各种系统的适用条件 各种设备的选用标准 各种元件的安装方式 我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并 学会应用的 和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出 了新的要求 提高是有限的但提高也是全面的 正是这一次设计让我积累了无数实践经 验 使我的头脑更好的被知识武装了起来 也必然会让我在未来的工作学习中表现出更 高的应变能力 更强的沟通能力和理解能力 在设计中 首先要对本次设计所需物品进行了解 比如 PLC 水塔水位等 再加上逐 步分析西门子 S7 300 的各种模拟