2022年水塔水位控制系统设计 .pdf
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1、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
2、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
3、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(Programm able Contr oller)也可称逻辑 控制器(Progra mma ble Log ic Co ntro ller),是 一 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 自 动 控 制 通 用 装名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 23 页 -XX
4、X学院毕业设计任务书2 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 P LC。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
5、 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
6、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
7、 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
8、 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 作名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 23 页 -XXX学院毕业设计任务书3 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
9、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。196 9 年，第 一 台 可 编 程 控 制 器 PDP 14 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，PLC迅 速 发
10、 展。PLC进 入 九 十年 代 后，工 业 控 制 领 域 几 乎 全 被 PLC 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 PLC，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
11、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
12、，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。名师资料总结-精品资料
13、欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 23 页 -XXX学院毕业设计任务书4 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
14、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。名师资料总结-精品
15、资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 23 页 -XXX学院毕业设计任务书5 二、存储器存放系统软件存储器称为系统程序存储器。存放应用软件存储器称为用户程序存储器。1、PLC 常用存储器类型（1）RAM（Random Assess Memory）这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除只读存储器。断电情况下，存储器内所有内容保持不变。紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable
16、Read Only Memory)这是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。2、PLC 存储空间分配各种 PLCCPU 最大寻址空间各不相同，PLC 工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（1）系统程序存储区（2）系统 RAM 存储区（包括I/O 映象区和系统软设备等）（3）用户程序存储区系统程序存储区：系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化EPROM 中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC 性能。系统 RAM 存储区：系统RAM 存储区包括I/O 映
17、象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。（1）I/O 映象区：PLC 投入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相应外设。它需要一定数量存储单元(RAM)以存放 I/O状态和数据，这些单元称作I/O 映象区。一个开关量I/O 占用存储单元中一个位（bit），一个模拟量I/O 占用存储单元中一个字（16 个 bit）。整个 I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量 I/O 映象区；模拟量I/O 映象区。（2）系统软设备存储区：I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备（逻辑线圈
18、、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）存储区。该存储区又分为具有失电保持存储区域和无失电保持存储区域，前者PLC 断电时，由内部锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC 断电时，数据被清零。用户程序存储区：主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序时指使用户根据工程现场的的产生过程和工艺要求编写的控制程序。次程序由使用者通过编程器输入到PLC 机的RAM 存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存放在EEPROM 中。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 23 页 -XXX学院毕业设计任务书6 三、输入/输出模块输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程
19、连接的借口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量（压力、流量、温度、电压、电流）等，都要通过输入模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器CPU 所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成PLC能够接受和处理的数字信号。输入模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接收的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程控制器有多种输入/输出模块其类型有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。这些模块分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入/输出模块
20、和模拟量输入输出/模块，部件上都设有接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于 PLC 内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有广电耦合电路，其目的是把PLC 与外部电路隔离起来，以提高PLC 的抗干扰能力。数字两输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量与数字量之间的转换，即A/D 或 D/A 转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与PLC 的中央处理器连接。模拟量输入模块A/D 转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输出锁存器宇PLC
21、的 1/0 总线挂接。现在标准量程的模拟电压主要是05 伏和 010 伏两种。另外还有：0somV、0IV、5+SV、10+10V，010mA 等。模拟量输入模块接收标准量程的模拟电压或电流猴，把它转换成8 未、10 未或 12 位的二进制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。四、扩展模块当一个 PLC 中心单元的I/O 点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，使可编程控制器的功能更加强大和完善。只能I/O 接口模块
22、种类很多，例如高速计数模块、PLCA 控制模块、数字位基于PLC 的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、智能存贮弄快以及智能I/O 模块等。五、编程器它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入PLC。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 23 页 -XXX学院毕业设计任务书7 目前编程器主要有以下三种类型：1.便携式编程器(
23、也叫简易编程器)；2.图形编程器；3.用于 IBM PC及其兼容机的编程器。便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。图形编程器以液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程要求。用于
24、IBM PC及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。编程器工作方式主要有编程和监控两种，编程工作方式是在PLC机处于停机状态时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。编程器的结构一般包括显示部分与键盘
25、部分。显示一般用液晶显示器，主要的显示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。现在产品越来越模块化，可编程控制器也不例外，它的结构紧密、坚固，外形小巧，CPU本身只提供了一定数量的数字输入和输出点数。不同厂家、不同型号的PLC的输入输出点数也不同，有的大型机输入输出点数可达16K，而很多小型机仅有10来点，而且 CPU本身不带模拟输入与输出，但CPU一般都带有扩展接口。因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户
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- 2022年水塔水位控制系统设计 2022 水塔 水位 控制系统 设计
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