基于PLC控制的水塔水位設(shè)計

基于PLC控制的水塔水位設(shè)計,基于,plc,控制,節(jié)制,水塔,水位,設(shè)計 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I 基于 PLC 控制的水塔水位設(shè)計 摘 要 設(shè)計研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)的水塔水箱供水的基礎(chǔ)上，加入了 PLC 及液 壓變送器等器件利用 PLC 和組態(tài)軟件來實現(xiàn)水塔水位的控制提供了一種實用 的水塔水位控制方案.為了達到節(jié)能的目的,提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量,考慮采用可編 程序控制器、繼電器和傳感器技術(shù),設(shè)計出一套實用水位控制方案。方案在硬件 基礎(chǔ)上配合軟件實現(xiàn)了低警戒水位報警、并可切換手動/自動兩種工作方式。利 用高可靠性的 PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)水塔水位的自動控制從而提高水塔供水的可靠性。包 括：水位的檢測、PLC 的選型、PLC 輸入輸出接口回路的設(shè)計、PLC 對水泵電 機的控制等多個方面。供水是一個關(guān)系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)。隨著社會的發(fā)展和 人民生活水平的提高，對城市供水提出了更高的要求，要滿足及時、準(zhǔn)確、安全 保證充足供水，如果仍然沿用人工方式，勞動強度大，工作效率低，安全性難以 保障，為此必須進行水塔水位控制自動化系統(tǒng)的改造?？删幊炭刂破? PLC) 因其 高可靠性和較高的性價比在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。本文針對目前比較流行 的控制技術(shù)，利用 PLC 和傳感器構(gòu)成了水塔水位恒的控制系統(tǒng)。改造后的水塔水 位自控系統(tǒng)，實現(xiàn)水塔水位自動控制系統(tǒng)，遠程監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守。 關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器（PLC） ，水塔水位，自動控制 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 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 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 III 目 錄 前 言 .1 第 1 章 水塔水位的發(fā)展與應(yīng)用 .3 1.1 水塔水位的發(fā)展 .3 1.1.1 水塔水位的歷史 .3 1.1.2 水塔水位的應(yīng)用 .4 第 2 章 水塔水位的方案選擇 .5 2.1 系統(tǒng)方案論證 .5 2.2 PLC 的選擇 .6 2.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 .7 第 2 章 系統(tǒng)電路設(shè)計 .9 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 .9 3.1.1 I/O 點分配 .9 3.1.2 給水泵電機主控回路圖 .10 第 4 章 系統(tǒng)程序的編制 .11 4.1 PLC 的工作原理 .11 4.1.1 PLC 梯形圖概述 .13 第 5 章 系統(tǒng)維護與故障處理 .15 5.1 軟件調(diào)試 .15 5.2 硬件調(diào)試 .16 5.2 程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析 .16 結(jié) 論 .17 謝 辭 .18 參考文獻 .19 附 錄 .21 外文資料翻譯 .24 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 前 言 現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和新 工藝、新材料的發(fā)展為智能檢測系統(tǒng)的發(fā)展帶來了前所未有的奇跡。在工業(yè)、國 防、科研等許多應(yīng)用領(lǐng)域，智能檢測系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。檢測設(shè)備就 像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認 識自然、改造自然的有力工具。本課題研究的內(nèi)容是“智能水位控制系統(tǒng)” 。水 位控制在日常生活及工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情 況下的水位控制。而以往水位的檢測是由人工完成的，值班人員全天候地對水位 的變化進行監(jiān)測，用有線電話及時把水位變化情況報知主控室。然后主控室再開 動電機進行給排水。很顯然上述重復(fù)性的工作無論從人員、時間和資金上都將造 成很大的浪費。同時也容易出差錯。因此急需一種能自動檢測水位，并根據(jù)水位 變化的情況自動調(diào)節(jié)的自動控制系統(tǒng)。 水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。 本實驗采用兩種方法（單片機和時基集成電路）進行主控制，在水池上安裝一個 自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的 水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用單片微機或時基集成電路對接收到的 信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、控制及故障報警等功能。 目前，大量的高位生活用水和工業(yè)用水逐漸增加，因此，不少單位自建水塔 儲水來解決高層樓房的用水問題，最初，大多用人工進行控制，由于人工無法每 時每刻對水位進行準(zhǔn)確的定位監(jiān)測，很難準(zhǔn)確控制水泵的啟停，要么水泵關(guān)停過 早：要么關(guān)停過晚，造成水塔溢出，浪費水資源，給用戶造成不便，利用人工控 制水位供水會造成時有時無的不穩(wěn)定供水情況，后來利用水位控制裝置市供水狀 況有了改變，但經(jīng)常使用浮標(biāo)或機械水位控制裝置，由于機械裝置的故障多，可 靠性差，給維修帶來很大的麻煩，為保證供水的穩(wěn)定性和可靠性，本文設(shè)計采用 了西門子200CPU226PLC 作為控制核心，輔以水位傳感器做水位監(jiān)測，可實現(xiàn) 水塔水位的自動控制，經(jīng)過檢測效果非常好，軟件設(shè)計簡單，硬件接口簡易可行， 可靠性高。在一般住宅或大樓頂樓常設(shè)置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶使 用,另備有地下水槽儲存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔進水使用時序控制 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 器(PLC)技術(shù)已日趨成熟,因而考慮利用它來實現(xiàn)水塔/水箱供水控制。 第 1 章 水塔水位的發(fā)展與應(yīng)用 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 1.1 水塔水位的發(fā)展 1.1.1 水塔水位的歷史 水塔水位自動控制系統(tǒng)是在當(dāng)今各大工廠及水處理行業(yè)普遍應(yīng)用的前提下開 發(fā)出的升級簡化的產(chǎn)品，并且它也作為我們一個畢業(yè)設(shè)計一個代表性的以單片機 為核心開發(fā)元件典型的自動化控制系統(tǒng)；本系統(tǒng)是在當(dāng)今飛速發(fā)展的芯片化控制 中誕生的；及大的概括了當(dāng)今單片機的發(fā)展趨勢是非常有前景的；并且其還創(chuàng)新 式的嵌入了上位機監(jiān)控系統(tǒng)，達到了完全的自動化的控制目的。 本系統(tǒng)在很大程度上證實了當(dāng)今工業(yè)自動化控制領(lǐng)域單片機所其的作用是顯 而易見的；另外還孕育出了單片機控制系統(tǒng)中軟件的開發(fā)也是至關(guān)重要的一非常 環(huán)節(jié)；進一步的證明了軟件的開發(fā)不僅僅只是單片機內(nèi)部的控制的匯編程序的開 發(fā)；還有上位機監(jiān)控程序的開發(fā)也是非常關(guān)鍵的；并且在系統(tǒng)的調(diào)試和運行監(jiān)視 中是必須具備的一部分了；通過對水塔水位自動控制系統(tǒng)的開發(fā)過程，可以說當(dāng) 今的相應(yīng)自動控制領(lǐng)域里若想實現(xiàn)真正的自動化和智能化其硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) 必須有機的結(jié)合起來才能實現(xiàn)相應(yīng)的控制目標(biāo)；才能真正實現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的時時監(jiān) 控和相應(yīng)的控制。 早期的自動控制都是以繼電器并配合計數(shù)器、定時器及傳感器等控制組件以 完成順序控制的目的。 由于工業(yè)的變革，在生產(chǎn)制造方面，傳統(tǒng)的方法已無法滿足，因此有業(yè)者根 據(jù)其需要，訂出以下的規(guī)格， 希望有這樣的控制器，能夠改善傳統(tǒng)的控制方式，藉以提高效率，增加產(chǎn)量。 1. 編程簡單方便，可以在現(xiàn)場修改程序。 2. 硬件維護與檢修簡單。 3. 高度可靠性，能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。 4. 體積小。 5. 資料之讀取和聯(lián)機容易。 6. 價格具競爭性。 7. 擴展時，原系統(tǒng)只做很少的改變 基于以上之規(guī)格及廣大市場之需求，促使 PLC 迅速的發(fā)展。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 PLC 能儲存如順序指令、定時器指令、計數(shù)器指令、演算指令、數(shù)據(jù)控制指 令以及通訊指令，并藉 以控制工業(yè)的機械裝置及流程。 1.1.2 水塔水位的應(yīng)用 自來水設(shè)備中增高水的壓力的裝置，是一種高聳的塔狀建筑物，頂端有一個 大水箱，箱內(nèi)儲水塔越高，水的壓力越大，也就能把水送到更高的建筑物上。水 塔的作用：一是蓄水，在供水量不足之時，起著調(diào)節(jié)補充的作用。二是利用水塔 的高勢，自動送水，使自來水有一定的水壓揚程。 按建筑材料分為鋼筋混凝土 水塔、鋼水塔、磚石支筒與鋼筋混凝土水柜組合的水塔。水柜也可用鋼絲網(wǎng)水泥、 玻璃鋼和木材建造。過去歐洲曾建造過一些具有城堡式外形的水塔。法國有一座 多功能的水塔，在最高處設(shè)置水柜，中部為辦公用房，底層是商場。中國也有煙 囪和水塔合建在一起的雙功能構(gòu)筑物。按水柜形式分為圓柱殼式和倒錐殼式。在 中國這兩種形式應(yīng)用最多，此外還有球形、箱形、碗形和水珠形等多種。支筒一 般用鋼筋混凝土或磚石做成圓筒形。支架多數(shù)用鋼筋混凝土剛架或鋼構(gòu)架。水塔 基礎(chǔ)有鋼筋混凝土圓板基礎(chǔ)、環(huán)板基礎(chǔ)、單個錐殼與組合錐殼基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。當(dāng) 水塔容量較小、高度不大時，也可用磚石材料砌筑。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 水塔水位的方案選擇 2.1 系統(tǒng)方案論證 在對水塔水位設(shè)計的控制方面，可采用方案有：基本電器的控制，單片機微 機控制的以及 PLC 控制。綜合考慮，選擇 PLC 的控制，其原因在于： 1. 低成本 利用電力線上網(wǎng)，最大的優(yōu)點就是成本低。由于利用電力線上網(wǎng)，直接使用 現(xiàn)有電力網(wǎng)就可以實現(xiàn)通信，而不需要另外鋪設(shè)電話線、光電纜等，大大地減少 了在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上的投資。 用戶能自由選擇在家中任何有電插座的角落上網(wǎng)，無 需通過電話線，不用擔(dān)心相對昂貴的電話費了，也不用花錢鋪設(shè)更多電話線，從 而能夠享受到價格低廉的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。 2. 范圍廣 無所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢。電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的 規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。因為家家都有電力線，由此，運營商就 可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一個家庭.因此，這一技術(shù)一旦進入商業(yè) 化階段，將會促進電信市場的變革，并給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。 3 高 速 利用電力線上網(wǎng)能夠提供高速傳輸。德國最大的電力設(shè)備生產(chǎn)商 RWE 承諾， 運用他們的電力線上網(wǎng)技術(shù)，其速度要比 ISDN 拔號上網(wǎng)快 30 多倍, 比 ADSL 更 快！足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的 PLC 產(chǎn)品正在研制之中。 4. 便 捷 不管在家里的哪個角落,只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有 PLC 帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受! 5. 永遠在線 PLC 屬于 即插即用，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！ 6. 結(jié)構(gòu)靈活 通過 PLC 技術(shù)實現(xiàn) Internet 接入，可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持 較高的利用率。目前還未有效解決電力線信號通過變壓器的技術(shù)，因此，電力線 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 通信設(shè)備都是集中在 220V 線路變壓器的用戶端。一個民用 220V 變壓器只覆蓋 一定范圍內(nèi)的用戶，所以在同一條電力線上的資源不會因為用戶太多而降低效率。 在用戶較少的情況下，可以把幾個變壓器線路區(qū)域內(nèi)的用戶聯(lián)在一起，提高服務(wù) 器的利用率；如果用戶增多，不同變壓器區(qū)域內(nèi)的用戶又可分開，使用本區(qū)域的 主服務(wù)器。這樣可使資源的利用率始終保持在較高的水準(zhǔn)。 7. 家庭數(shù)字化 PLC 技術(shù)能夠通過電力線將整個家庭的電器與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)為一體，在室內(nèi)的設(shè)備 之間構(gòu)筑起可自由交換信息的局域網(wǎng)，使人們能夠通過網(wǎng)絡(luò)來控制自己家里的電 器設(shè)備。今后，隨著能上網(wǎng)的電視機和冰箱等數(shù)字家電的普及，需要大幅度地增 加接入端口，而利用家庭和辦公室中已有的萬能插接板，通過電力線路高速接入 互聯(lián)網(wǎng)就能解決這個問題。從某種意義上講，電力線上網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，也推 動著家庭電器數(shù)字化的普及。 2.2 PLC 的選擇 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計 選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是 集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原 則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系 統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、 功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時， 應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和 動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功 能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 由于該系統(tǒng)為中型 PLC 自動控制系統(tǒng)，要求 PLC 能夠提供可編程邏輯分析 和 PID 功能，故選用中達公司生產(chǎn)的臺達 DVP14ES00R 可編程邏輯控制器。臺 達 DVP14ES00R 具有標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出及通信單元，可用于較為惡劣的環(huán)境中。 主要配件有中央處理器 CPU，電源單元 PSE，I/O 單元。包括數(shù)字輸入板 IDPG、 數(shù)字輸出板 ODPG、附屬單元。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 2.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng) 目前，PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制 造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納 為如下幾類。 1. 開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯 控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。 如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2. 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和 速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量 （Analog）和數(shù)字量（ Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn)配 套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3. 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接 用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制 模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電 梯等場合。 4. 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算 機，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán) 控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶 金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用 通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制 系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食 品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6. 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控 制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功 能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 第 3 章 系統(tǒng)電路設(shè)計 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 進水控制。SL4 為 ON,YV 釋放動作；SL3 為 ON,YV 釋放復(fù)位。報警顯示， YV 動作 4s，SL3 為 OFF 時，HL 按 0.5s 閃爍報警。 抽水控制，SL4 為 OFF,SL2 為 ON 時，M 啟動運行：SL1 為 ON 時，M 停 止運行。 輸入設(shè)備，據(jù)上述分析，系統(tǒng)有 4 個輸入信號：水塔高水位，水塔低水位， 水池高水位，水池低水位檢測信號。由此確定，系統(tǒng)的輸入設(shè)備有 4 個檢測水位 的檢測開關(guān)，PLC 需要用 4 個輸入點分別與他們的常開觸頭相連。 確定輸入設(shè)備，系統(tǒng)由電磁閥 YV 控制進水，電動機 M 抽水，HL 指示燈報 警指示。由此確定系統(tǒng)的輸出設(shè)備有一只電磁閥，一只接觸器和一只指示燈， PLC 需用三個輸出點分別驅(qū)動它們。 3.1.1 I/O 點分配 根據(jù) I/O 點的輸入、輸出設(shè)備及輸入輸出點數(shù)，分配 I/O 點表如表 3-1 所示 表 3-1 輸入/輸出設(shè)備及 I/O 點分配表 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 輸入 輸出 原件代號 功能 輸入點 元件代號 功能 輸入點 SL1 水塔高水位界 X0 KM 控制電動機轉(zhuǎn) Y0 SL2 水塔低水位界 X1 YV 電磁閥 Y1 SL3 水池高水位界 X2 HL 報警顯示 Y2 SL4 水池低水位界 X3 3.1.2 給水泵電機主控回路圖如圖 3-1 所示: 圖 3-1 給水泵主控回路 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 第 4 章 系統(tǒng)程序的編制 4.1 PLC 的工作原理 PLC 是采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即 PLC 運行時，CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址 號）作周期性循環(huán)掃描。如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用 戶程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每 次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。周而復(fù) 始。 PLC 的掃描工作過程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，并進 行周期性循環(huán)。 PLC 系統(tǒng)組成及各部分的功能: 1系統(tǒng)組成。 2各部分的作用。 (1) CPU 運算和控制中心 起“ 心臟”作用。 縱：當(dāng)從編程器輸入的程序存入 到用戶程序存儲器中，然后 CPU 根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解 釋編譯程序） ，把用戶程序翻譯成 PLC 內(nèi)部所認可的用戶編譯程序。 橫：輸入狀 態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU 將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象寄存 器。然后由 CPU 把數(shù)據(jù)和程序有機地結(jié)合在一起。把結(jié)果存入輸出映象寄存器 或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅(qū)動器。 組成：CPU 由 控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU 通過地址總線、 數(shù)據(jù)總線與 I/O 接口電路相連接。 (2) 存儲器 具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。 分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲 器。 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶 程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM 組成。廠家使用的，內(nèi) 容不可更改，斷電不消失。 用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲 區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 12 鋰電池作為后備電源，壽命一般為 35 年。 (3)輸入/輸出接口 輸入接口： 光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。 發(fā)光二級 管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變 化規(guī)律相同的光信號。 光電三級管：在光信號的照射下導(dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信 號的強弱有關(guān)。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(guān)系。 輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下 導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導(dǎo)通。向內(nèi) 部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關(guān)信號轉(zhuǎn)化成 PLC 內(nèi)部所 能接受的數(shù)字信號。 輸出接口 PLC 的繼電器輸出接口電路 工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號 1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導(dǎo)通的電流 和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號 0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流， 然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的 數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作。 三種類型： 繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載 晶體管輸出：無觸點、 壽命長、直流負載 晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負載 4編程器 編程器 分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器二種是 通過 PLC 的 RS232 口。與計算機相連。然后敲擊鍵盤。通過 NSTP-GR 軟件（或 WINDOWS 下軟件）向 PLC 內(nèi)部輸入程序。PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán)” 的 工作方式。 1每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。 2輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有 新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 3一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 4掃描周期的長短由三條決定。 （1）CPU 執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占 有的時間（3）指令條數(shù) 5由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸 入/輸出響應(yīng)延遲。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別 前者工作方 式是“串行”，后者工作方式是 “并行”。前者用“軟件” ，后者用“ 硬件”。 PLC 與微機區(qū)別前者工作方式是“循環(huán)掃描”。后者工作方式是“待命或中斷” PLC 編程方式 PLC 最突出的優(yōu)點采用“軟繼電器” 代替“ 硬繼電器”。用“軟件編程 邏輯”代替“硬件布線邏輯 ”。 PLC 編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。 尤其前兩者為常用。梯形圖語言特點： 1每個梯形圖由多個梯級組成。 2梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當(dāng)某一梯級的邏輯運算 結(jié)果為“1”時，有假想的電流通過。 3繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可以出現(xiàn)無數(shù)次。 4輸入繼電器受外部信號控制。只出現(xiàn)觸點，不出現(xiàn)線圈。第四節(jié) 主要技 術(shù)性能用戶程序存儲容量：是衡量可存儲用戶應(yīng)用程序多少的指標(biāo)。通常以字或 K 字為單位。16 位二進制數(shù)為一個字，每 1024 個字為 1K 字。PLC 以字為單位 存儲指令和數(shù)據(jù)。一般的邏輯操作指令每條占 1 個字。定時/計數(shù)，移位指令占 2 個字。數(shù)據(jù)操作指令占 24 個字每五節(jié) PLC 的分類 4.1.1 PLC 梯形圖概述 PLC 時專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是工廠廣大電器技術(shù)人 員，為了適應(yīng)他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和裝我能力，通常 PLC 不采用微機的編程語言，而 常常采用面向控制過程，連線問題的自然語言編程。國際電動委員會詳細地說明 了語法，語義和下述 5 種編程語言：功能圖，梯形圖，功能快圖，指令表，結(jié)構(gòu) 文本。梯形圖和功能塊圖為圖形語言，指令表和結(jié)構(gòu)文本為文字語言，功能表圖 是一種結(jié)構(gòu)塊控制流程圖。 梯形圖程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符合來描述程序的一種程序設(shè)計語言。 采用梯形圖程序設(shè)計語言，這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述時間繁盛的條 件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級種，描述事件發(fā)生的條件表示在左 面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在右面。 梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言，它來源于繼電器邏輯控 制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為 熟悉。因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到歡迎，并得到廣泛的應(yīng) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 14 用。 梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對 應(yīng)性；與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí)； 與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同是：梯形圖中的電流不是實際意義的電 流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此應(yīng)用時需與原有繼電器邏輯控 制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待。 梯形圖是使用得最多的梯形編程語言，被稱為 PLC 的第一編程語言。梯形圖 與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的有點，很容易被工廠電氣人員 掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為編程 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 第 5 章 系統(tǒng)維護與故障處理 5.1 軟件調(diào)試 設(shè)計好用戶程序后，一般做坐模擬調(diào)試。有的 PLC 廠家提供了在計算機上運 行，可以用來代替 PLC 硬件來調(diào)試用戶程序的仿真軟件，例如西門子公司的與 STEP7 編程軟件配套的 S7-LLT-C 仿真軟件，在仿真時按照系統(tǒng)功能的要求，將 某些位輸入元件強制位 ON 或 OFF，或改寫某些元件中的數(shù)據(jù)，監(jiān)視系統(tǒng)功能是 否能正確實現(xiàn)。如果有 PLC 的硬件，可用小開關(guān)或按鈕來模擬 PLC 實際的輸入 信號，例如用它們發(fā)出操作指令，或在適當(dāng)?shù)臅r候用它們來模擬實際的反饋信號， 如：限位開關(guān)觸點的接通和斷開。通過輸出模塊上各個輸出位對應(yīng)的發(fā)光二極管， 觀察輸出信號是否滿足設(shè)計的要求。 調(diào)試順序控制程序的主要任務(wù)是檢查程序的運行是否符合順序功能圖的規(guī)定， 即在某一轉(zhuǎn)換實現(xiàn)時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，該轉(zhuǎn)換所有的前幾步 是否變?yōu)椴换顒硬?，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬剑约案鞑奖或?qū)動的負載是否 發(fā)生相應(yīng)的變化。 在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、順序功 能圖中的每一條支路、各種可能的發(fā)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問 題后及時修改程序，直到在各種可能的情況下輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系完 全符合要求。 對于用經(jīng)驗法設(shè)計的電路，或根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計的電路，為了調(diào)試程序 方便，有時需要根據(jù)用戶程序畫出對應(yīng)的順序功能圖，用塔來調(diào)試程序。 如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在 調(diào)試時將它們減少，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。 再編程軟件中，可用梯形圖來監(jiān)視程序的運行，觸點和線圈的 ON/OFF 狀態(tài) 用不同顏色來表示。也可以用元件監(jiān)視功能來監(jiān)視、改寫或強制感興趣的變成元 件。 貫穿 PLC 梯形圖設(shè)計過程中，逐一對負載進行調(diào)試，主要動作是否符合要求， 然后統(tǒng)調(diào)，看各負載邏輯關(guān)系是否符合要求。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 5.2 硬件調(diào)試 在對程序進行模擬調(diào)試的同時，可以設(shè)計、制作控制屏，PLC 之外其他硬 件的安裝、接線工作也可以同時進行。完成控制內(nèi)部的安裝接線后，應(yīng)對控制屏 內(nèi)的接線進行測試. 5.3 程序調(diào)試記錄及結(jié)果分析 本課題進行了模擬在線聯(lián)機調(diào)試，目的在于確定整個系統(tǒng)的程序，在調(diào)試中， 程序的變動，包括功能的增減，變化是難免的。程序是否好用，最終要通過調(diào)試 才能進一步完善和最終的確定。首先在 PLC 面板上將 PLC 設(shè)置為 RUN 位置，此 時 PLC 開始運行。然后接好控制箱線圖，根據(jù) I/O 分配變中的輸入輸出所對應(yīng)的 開關(guān)進行調(diào)試。記錄如表 5-1 在本課題的調(diào)試過程中，預(yù)先設(shè)計的功能和動作都能正常實現(xiàn)，具有較高的 可靠性，維修方便等特點，本課題所涉及的感應(yīng)門是針對商場，在編寫程序過程 中加強了感應(yīng)門的安全性，針對商場的實際情況增加了防夾人的設(shè)計，程序中也 加強了感應(yīng)門的安全性以及感應(yīng)門的故障提示功能。因此，本課題解決了一些商 場要求感應(yīng)門要有極高的穩(wěn)定性，且成本不能太高的要求，是一個比較適合此類 場合運用且經(jīng)濟的產(chǎn)品。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 結(jié) 論 本設(shè)計完成了題目要求的基本部分的全部要求。能模擬與調(diào)配水塔水位控 制系統(tǒng)的自動控制，進行進水控制，報警顯示，抽水控制。發(fā)揮部分的因為時間 和制作材料的短缺而沒有進行嘗試，在今后條件允許的情況下再擴展。該系統(tǒng)簡 單分析水塔水位控制系統(tǒng)要求，系統(tǒng)采集輸入信號，驅(qū)動裝置輸出設(shè)備，另外需 要間接控制和邏輯運算。 通過這次設(shè)計使我學(xué)會如何去培養(yǎng)自己的獨立工作精神，能自己給自己加油， 戰(zhàn)勝自己的懶惰和畏懼，自我督促。創(chuàng)新，也是要我們學(xué)會將理論很好地聯(lián)系實 際，并不斷地去開動自己的大腦，可以把所學(xué)知識與生活中的現(xiàn)象相結(jié)合，做自 己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更 重要的是，我在這一設(shè)計過程中，學(xué)會了堅持不懈，堅持到底，不拋棄不放棄。 但是仍有許多不足之處:在傳感器部分的設(shè)計和研究 ,傳感器的深入遠遠不夠,另外 對課題中的報警部分的自動處理的研究室必要的.于要深入其中. 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 18 謝 辭 三年的大學(xué)生活隨著畢業(yè)設(shè)計的完成也即將結(jié)束，在此次設(shè)計中使我掌握了 一定的專業(yè)知識，鍛煉了自己。從現(xiàn)在看來，畢業(yè)設(shè)計可以說是三年學(xué)習(xí)的總結(jié) 和體現(xiàn)，此次論文的完成既為大學(xué)三年劃上了一個完美的句號，也為將來的人生 之路做好了一個很好的鋪墊。 這篇設(shè)計的完成和三年中所有教育過我的老師也是分不開的，沒有老師們傳 授的知識我也不可能完成這個的課題。特別是在我做設(shè)計的這幾個月里，我無論 是在論文的選題，還是在資料查詢和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，無不得到指導(dǎo)老師李素 芳老師的悉心指導(dǎo)和幫助。因此，在這里特向我敬愛的導(dǎo)師致以最崇高的敬禮和 深深的感謝。我為我?guī)讉€月來靜心學(xué)習(xí)，并取得較好成績而感到欣慰，欣慰之余， 我還要要感謝母校，向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的所有老師和同學(xué)們表示真摯的謝意！ 感謝他們對我的關(guān)心和支持。最后衷心希望洛陽理工的老師和母校以后的路越走 越好. 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 19 參考文獻 1 王永華 . 現(xiàn)代電器控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2003.9 2 陳建民.電氣控制與 PLC 應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社,2007 3 王立. 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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 I / O interface and smart technology database, will the use, operation and maintenance of great convenience. With fuzzy control, neural network, gray theory, wavelet theory, artificial intelligence techniques such as chaos and bifurcation of the progress and 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 24 development, development of mechatronics opened up a vast world. 1.3 modular As mechatronics many product categories and manufacturers, research and development of a standard mechanical interface, power interface, the environment interface unit module mechatronic products is a complex and promising work. Such as the development of a set of slow, one of the power frequency conversion motor drive unit; has the vision, image processing, identification and ranging functions such as motor integrated control unit. Thus, in product development, design, modular units can use these standards to develop new products quickly. 1.4 Network As the networks popular Web-based remote control and monitoring of various technologies in the ascendant. The remote control of the terminal equipment itself Jiushi mechatronic products, field bus and LAN technology to home appliance network as possible, use of family networks into the Ge Zhong Jiayongdianqi Lianjie to Jisuan Ji- centric computer integrated appliance system, and let people high-tech home can fully enjoy the benefits of all kinds, so no doubt mechatronic product development towards the direction of the network. 1.5 human Mechatronic product end-use is people, how to give people mechatronic product intelligence, emotions and human nature are increasingly important in electromechanical integration products in addition to improved performance, but also require color, shape and other aspects and the environment, use of these products on people, or a kind of art to enjoy, such as household robots is the highest state of ma