水塔水位控制PLC系统设计(13页).doc

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1、-新疆轻工职业技术学院PLC课程设计名 称： 水塔水位控制PLC课程设计院 系： 机电工程系 班 级： 普高11机电（2）班 姓 名： 刘涛 目 录1.课程设计目的32.课程设计题目和要求32.1设计题目32.2控制要求33.设计内容33.1 PLC的构成33.2 PLC的工作原理43.3梯形图程序设计及工作过程分析63.4水塔水位控制系统PLC软件设计73.41工作过程73.42程序流程图83.43梯形图93.44水塔水位控制系统梯形图的对应指令表10 4设计总结11参考文献111.课程设计目的（1）通过对工程实例的模拟，熟练的掌握PLC的编程和程序调试方法。（2）进一步熟悉PLC的I/O连

2、接。（3）熟悉水塔水位控制的编程方法。 2.课程设计题目和要求2.1设计题目水塔水位控制系统2.2控制要求1.因电动机功率较大，为减少起动电流，电动机采用定子串电阻降压启动，并要错开起动时间（间隔时间为5s）。2.为防止某一台电动机因长期闲置而产生锈蚀，备用电动机可通过预置开关随意设置。如果未设置备用电动机组号，则系统默认为5号电动机组为备用。3.每台电动机都有手动和自动两种控制状态。在自动控制状态时，不论设置哪一台电动机作为备用，其余的4台电动机都要按顺序逐台起动。4.在自动控制状态下，如果由于故障使某台电动机组停车，而水塔水位又未达到高水位时，备用电动机组自动降压起动；同时对发生故障的电动

3、机组根据故障性质发出停机报警信号，提醒维护人员及时排除故障。当水塔水位达到高水位时，高液位传感器发出停机信号，各个电动机组停止运行。当水塔水位低于低水位时，低液位传感器自动发出开机信号，系统自动按顺序降压起动。5.因水泵房距离水塔较远，每台电动机都有就地操作按钮和远程操作按钮。6.每台电动机都有运行状态指示灯（运行、备用和故障）。7.液位传感器要有位置状态指示灯。3主要内容3.1 PLC的构成根据物理结构形式不同，PLC分为整体式和组合式（模块式）两种。整体式PLC是将CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等组装在一个箱体内构成主机。组合式PLC是将CPU模块、I/O模块、内存、电源模块分

4、别作成相应的电路板或模板，各模板可以插在带有总线的底版上。PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。3.2 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。 （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。为了消除二者

5、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。 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。如下图：PLC 扫描周期（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

6、和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。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。 （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

7、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。 （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

8、输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2、PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可*性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。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）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，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。如下图：PLC扫描周期示意图3.3梯形图程序设计及工作过程分析梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿

9、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一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，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单价廉。状态转移图语言(SFC)类似于计算机常用的程

10、序框图，但有它自己的规则，描述控制过程比较详细具体，包括每一框前的输入信号，框内的判断和工作内容，框后的输出状态。这种方式容易构思，是一种常用的程序表达方式。高级语言类似于BACIC语言、C语言等，它们在某些厂家的PLC中应用。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

11、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“l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

12、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。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在

13、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。3.4水塔水位控制系统PLC软件设计3.41 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，扫描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

14、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，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。3.42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：5S后水池水位高于下限吗？电机M启动，供水电机M停止3.43梯形图根据程序流程图设计的梯形图如下3.44

15、 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4. 设计总结通过本次设计，我的专业技能得到进一步提高，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。另外，也培养了自己严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。参考文献1 廖常初PLC基础及应用北京 机械工业出版社，20042 王兆义可编程序控制器教程北京机械工业出版社 20053 三菱FX2N系列微型可编程控制器使用手册4 张万忠. 可编程控制器应用技术. 北京：化学工业出版社，20015 李俊季、赵黎明. 可编程控制应用技术实训指导. 北京：化学工业出版社，20016 张桂香. 电气控制与PLC应用. 北京：化学工业出版社，20037 钟肇新、范建东. 可编程控制器原理及应用（第三版）. 广州：华南理工大学出版社，20038 吕景泉. 可编程控制器技术教程. 北京：高等教育出版社，2000-第 13 页-