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水塔水位控制plc系统设计学士学位论文.doc
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水塔水位控制plc系统设计学士学位论文.doc
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目录
摘 要 .................................................2
第 一 章 绪 论 ..............................................2
1.1 可 编 程 控 制 器 的 产 生
...................................................................................2
1.2 PLC 的发展 ..........................................................................................................4
1.3 PLC 的基本结构 ..................................................................................................5
1.4 PLC 特点 ..............................................................................................................9
1.5 PLC 的工作原理 ................................................................................................10
1.6 梯形图程序设计及工作过程分析 ....................................................................12
第 二 章 水 塔 水 位 系 统 PLC 硬 件 设 计 ..........................14
2.1 要求独立完成水塔水位控制 PLC 系统设计与调试。 ...................................14
2.2 水塔水位系统控制电路 ....................................................................................15
2.3 输入/输出分配...................................................................................................16
2.3.1 列出水塔水位控制系统 PLC 的输入/输出接口分配表 ..........................16
2.3.2 水塔水位系统的输入/输出设备................................................................17
第 三 章 水 塔 水 位 控 制 系 统 PLC 软 件 设 计 ......................18
3.1 工作过程............................................................................................................18
3.2 程序流程图 ........................................................................................................19
3.3 梯形图 ................................................................................................................20
3.4 水塔水位控制系统梯形图的对应指令表........................................................21
第 四 章 设 计 总 结 ..........................................22
辞 谢 .............................................23
参 考 文 献 .................................................24
XXX 学院毕业设计任务书
2
水塔水位控制 PLC 系统设计
姓名:XXX
[摘 要] 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。
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 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。
[关键词] 水位控制、三菱 PLC fx2n
第 一 章 绪 论
1.1 可 编 程 控 制 器 的 产 生
可 编 程 控 制 器 是 二 十 世 纪 七 十 年 代 发 展 起 来 的 控 制 设 备 ,是 集 微 处 理 器 、
储 存 器 、 输 入 /输 出 接 口 与 中 断 于 一 体 的 器 件 , 已 经 被 广 泛 应 用 于 机 械 制 造 、
冶 金 、 化 工 、 能 源 、 交 通 等 各 个 行 业 。 计 算 机 在 操 作 系 统 、 应 用 软 件 、 通 行
能 力 上 的 飞 速 发 展 , 大 大 加 强 了 可 编 程 控 制 器 通 信 能 力 , 丰 富 了 可 编 程 控 制
器 编 程 软 件 和 编 程 技 巧 , 增 强 了 PLC 过 程 控 制 能 力 。 因 此 , 无 论 是 单 机 还 是
多 机 控 制 、 是 流 水 线 控 制 还 是 过 程 控 制 , 都 可 以 采 用 可 编 程 控 制 器 , 推 广 和
普 及 可 编 程 控 制 器 的 使 用 技 术 , 对 提 高 我 国 工 业 自 动 化 生 产 及 生 产 效 率 都 有
十 分 重 要 的 意 义 。
可 编 程 控 制 器 (Programmable Controller) 也 可 称 逻 辑 控 制 器
(Programmable Logic Controller),是 一 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 自 动 控 制 通 用 装
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置 , 是 计 算 机 家 族 的 一 名 成 员 , 简 称 PC。 为 了 与 个 人 电 脑 ( 也 简 称 PC) 相
混 淆 通 常 将 可 编 程 控 制 器 称 为 PLC。
可 编 程 控 制 器 的 产 生 和 继 电 器 — 接 触 器 控 制 系 统 有 很 大 的 关 系 。 继 电 器
— 接 触 器 控 制 已 经 有 伤 百 年 的 历 史 , 它 是 一 种 弱 电 信 号 控 制 强 电 信 号 的 电 磁
开 关 ,具 有 结 构 简 单 、电 路 直 观 、价 格 低 廉 、容 易 操 作 、易 于 维 修 的 有 优 点 。
对 于 工 作 模 式 固 定 、 要 求 比 较 简 单 的 场 合 非 常 使 用 , 至 今 仍 有 广 泛 的 用 途 。
但 是 当 工 作 模 式 改 变 时 , 就 必 须 改 变 系 统 的 硬 件 接 线 , 控 制 柜 中 的 物 件 以 及
接 线 都 要 作 相 应 的 变 动 , 改 造 工 期 长 、 费 用 高 , 用 户 宁 愿 扔 掉 旧 控 制 柜 , 另
做 一 个 新 控 制 柜 使 用 , 阻 碍 了 产 品 更 新 换 代 。
随着工业生产的迅速发展,市场竞争的激烈,产品更新换代的周期日益缩短,工业生
产从大批量、少品种,向小批量、多品种转换,继电器—接触器控制难以满足市场要求,
此问题首先被美国通用汽车公司(GM 公司)提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不
断翻新,满足用户对产品多样性的需求,公开对外招标,要求制造一种新的工业控制装置,
取代传统的继电器—接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的 GM10 条,即:
1. 编程方便,现场可修改程序;
2. 维修方便,采用模块化结构;
3. 可靠性高于继电器控制装置;
4. 体积小于继电器控制装置;
5. 数据可直接送入管理计算机;
6. 成本可与继电器控制装置竞争;
7. 输入可以是交流 115V;
8. 输出为交流 115V,2A 以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;
9. 在扩展时,原系统只要很小变更;
10. 用户程序存储器容量至少能扩展到 4K。
这 十 项 指 标 就 是 现 代 PLC 的 最 基 本 功 能 ,值 得 注 意 的 是 PLC 并 不 等 同
于 普 通 计 算 机 , 它 与 有 关 的 外 部 设 备 , 按 照 “ 易 于 与 工 业 控 制 系 统 连 成 一
体 ” 和 “ 便 于 扩 充 功 能 ” 的 原 则 来 设 计 。
用 可 编 程 控 制 器 代 替 了 继 电 器 — 接 触 器 的 控 制 ,实 现 了 逻 辑 控 制 功 能 ,
并 且 具 有 计 算 机 功 能 灵 活 、 通 用 性 等 有 点 , 用 程 序 代 替 硬 接 线 , 并 且 具 有
计 算 机 功 能 灵 活 、 通 用 性 能 强 等 优 点 , 用 程 序 代 替 硬 接 线 , 减 少 了 重 新 设
计 , 重 新 接 线 的 工 作 , 此 种 控 制 器 借 鉴 计 算 机 的 高 级 语 言 , 利 用 面 向 控 制
过 程 , 面 向 问 题 的 “ 自 然 语 言 ” 编 程 , 其 标 志 性 语 言 是 极 易 为 IT 电 器 人 员
掌 握 的 梯 形 图 语 言 , 使 得 部 熟 悉 计 算 机 的 人 也 能 方 便 地 使 用 。 这 样 , 工 作
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人 员 不 必 在 变 成 上 发 费 大 量 地 精 力 , 只 需 集 中 精 力 区 考 虑 如 何 操 作 并 发 挥
改 装 置 地 功 能 即 可 , 输 入 、 输 出 电 平 与 市 电 接 口 , 市 控 制 系 统 可 方 便 地 在
需 要 地 地 方 运 行 。 所 以 , 可 编 程 控 制 器 广 泛 地 应 用 于 各 工 业 领 域 。
1969 年 , 第 一 台 可 编 程 控 制 器 P D P — 1 4 由 美 国 数 字 设 备 公 司 ( DEC)
制 作 成 功 , 并 在 GM 公 司 汽 车 生 产 线 上 使 用 取 得 良 好 的 效 果 , 可 编 程 控 制
器 由 此 诞 生 , 在 控 制 领 域 内 产 生 了 历 史 性 革 命 。
PLC 问 世 时 间 不 长 , 但 是 随 着 微 处 理 器 的 发 展 , 大 规 模 、 超 大 规 模 集
成 电 路 不 断 出 现 , 数 据 通 信 技 术 不 断 进 步 , P LC 迅 速 发 展 。 PLC 进 入 九 十
年 代 后 , 工 业 控 制 领 域 几 乎 全 被 P L C 占 领 。 国 外 专 家 预 言 , PLC 技 术 将 在
工 业 自 动 化 的 三 大 支 柱 ( PLC、 机 器 人 和 CAC/CAM) 种 跃 居 首 位 。
我 国 在 八 十 年 代 初 才 开 始 使 用 P L C , 目 前 从 国 外 应 进 的 PLC 使 用 较 为
普 遍 的 由 日 本 OMRON 公 司 C 系 列 、三 菱 公 司 F 系 列 、灭 国 GE 公 司 GE 系
列 和 德 国 西 门 子 公 司 S 系 列 等 。
1.2 PLC 的发展
虽然 PLC 问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模,超大规模集成电路技
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各
阶段:
早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这是的 PLC 多少由电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。装置种的
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。再硬件方
面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量快、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 的应用范围得以扩大。
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进入八十年代中、后期,由于插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。
1.3 PLC 的基本结构
PLC 实质是一种专用于工业控制计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,、中央
处理单元(CPU),如下图所示。
一、中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是 PLC 控制中枢。它 PLC 系统程序赋予功能接收并存储从编程器
键入用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器状态,并能诊断用户程序中
语法错误。当 PLC 投入运行时,首先它以扫描方式接收现场各输入装置状态和数据,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,命令解释后按指令规定执
行逻辑或算数运算结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有用户程序执行完毕之后,最
后将 I/O 映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置,如此循环运行,直到
停止运行。
进一步提高 PLC 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 表决式系统。这样,某个 CPU 出现故障,整个系统仍能正常运行。
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黑色的迷迭香
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