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1、鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 I 页 基于 PLC 的污水坑水位控制系统设计 摘 要 PLC（可编程逻辑控制器）是一种基于数字计算机技术、专为工业环境下应用而 设计的电子系统。它具有功能强大、使用可靠、维修简便等许多优点。由于可编程序 控制器安全性高、功能完善、性能稳定、应用广泛，因此，污水坑水位控制系统中的 控制部分采用可编程序控制器来控制。在本系统中，采用西门子 S7-200 型 PLC 控制潜 水泵的起停，其中 PLC 选用 DC24V 输入、DC24V 继电器输出。污水坑水位控制系统 的操作方式分为手动方式和自动方式。本课题主要任务是自动控制方式部分，用 4 个 水位开关检测
2、污水坑的水位，PLC 根据水位情况控制潜水泵的起停。该设计中采用 4 台潜水泵循环工作方式取代了通常的 3 用 1 备工作方式，更加合理的分配了潜水泵的 起停，提高了每台潜水泵的利用率，避免了电动机的频繁启动，对电动机的保护也更 加完善。最后通过编程实现自动控制。 关键词：水位控制，潜水泵，PLC 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 II 页 The Design of Sewage Pit Water Level Control System Based on PLC Abstract PLC (programmable logic controller) is one kind of
3、electronic system based on technology of digital computer, and designed specially for using in industrial environment. It has many merits such as powerful function, reliable use and easy-mending. With the rapid development of microelectronic and computer technology, PLC has widely used in industrial
4、 control area. Because the PLC is safe, stable, reliable, and applied widely, the PLC is used as the controller for the sewage pit water level control system. In this system, using Simens S7- 200 PLC to control the start and stop of diving pumps, in which PLC selects DC24V of input, DC24V relay of o
5、utputs, and has DC24V voltage-stabilized source. The sewage pit water level control system operating mode divides into the manual way and automatic way. This topic primary mission is the automatic control way, with 4 water level switch examining sewage pit water level, PLC according to the water lev
6、el situation control the start and stop of diving pumps. To instead of past method which three pumps is working and one is for ready, the new cycle work method is applied in this design. It makes the start and stop of the diving pumps more reasonable. And at the same time, it makes the diving pumps
7、work more efficiently and avoids to start the electric motors frequently. So the electric motor can be better protected. At the end the LAD program of the sewage pit water level control system is provided. Key words：water level control, diving pumps, PLC 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 III 页 目 录 摘 要.I Abstract
8、II 1 绪论.1 1.1 PLC 的现状与趋势.1 1.2 PLC 的特点与应用.1 1.3 PLC 与其它工业控制系统的比较.3 1.3.1 与集散控制系统的比较3 1.3.2 与工业微机控制系统的比较3 1.4 变频调速技术的特点 4 1.5 设计的主要任务 4 2 可编程序控制器概述.6 2.1 可编程控制器的工作方式 6 2.1.1 可编程控制器的工作原理6 2.1.2 可编程控制器的扫描周期8 2.2 编程软件的简介和梯形图的设计方法 10 3 污水坑水位控制设计.12 3.1 原控制系统设计方案 12 3.2 控制系统的改造设计方案 12 4 控制系统硬件选择和程序设计.15 4
9、.1 PLC 的选型.15 4.2 S7-200 型 PLC 的特点 .15 4.3 输入、输出点的确定 15 4.4 控制系统程序设计 15 4.4.1 控制系统的自动控制方式工作过程15 4.4.2 程序设计框图21 4.4.3 程序设计梯形图21 结 论.23 致 谢.24 鞍山科技大学本科生毕业设计（论文） 第 IV 页 参考文献.25 附录 A Introduction of Programmable Controllers.26 附录 B 可编程序控制器介绍.31 附录 C PLC 程序设计梯形图.36 鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 1 页 1 绪论 1.1 PLC 的现
10、状与趋势 国际电工委员会(IEC)1987 年 2 月将可编程控制器定义为：“可编程控制器”是一 种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存 储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面 向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械的生产过程。可 编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其 功能的原则设计1。 现代的 PLC 不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，而且还具有 AID, DIA 转换，数值计算和数据处理等功能。因此，它即可对开关量进行控制，也可对模拟量 进行控制；即可
11、控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC 还具 有通讯联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需根据控制的规模 和要求，合理选择 PLC 型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。在发达的工业 国家，PLC 己经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻工、 纺织、交通运输、环保以及文化娱乐等各行各业，成为工业控制的标准设备。国外专 家预言，作为工业自动化的三大技术支柱(PLC 技术、机器人、计算机辅助设计的分析) 之一的 PLC 技术，将跃居主导地位2。 1.2 PLC 的特点与应用 早期的 PLC 的特点是结构紧凑(一般功能都集中在一个机笼或盒
12、子中实现)、功能 简单(一般只实现一台加工设备的顺序逻辑控制功能)、速度快、采用专用处理器技术、 可靠性高、价格低。但随着微型计算机技术的发展和 IPC 技术与开放软件技术的发展， PLC 也在不断提高自己的性能并不断扩展自己的应用领域。当今的 PLC 具有以下特点: 1、功能丰富 当今的 PLC 己不再限于完成顺序逻辑控制功能。多数的 PLC 采用通用的高性能处 理器(有的 PLC 采用 Pentium 处理器，有的采用 Alpha 处理器芯片等)，采用实时多任务 操作系统，在保证快速完成顺序逻辑运算的前提下，普遍增加了回路调节功能，代数 计算功能等。当今的 PLC 己经走出了原来的设备逻辑
13、控制应用领域，而向 DCS 的应用 鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 2 页 领域(连续过程控制和批量控制)渗透。 2、网络功能增强 过去的 PLC 一般限于设备级的逻辑控制，提供简单的慢速的通信功能(只支持 RS232、485，多采用 Modbus 协议，通信速率一般在几 K 到几十 K 之间)，目的是将系 统的控制状态和设备的运行状态传给一些监视设备(如显示终端或 PC 机)供操作员监视 或将操作员的修改指令传递到 PLC。一般情况下，PLC 自身完成所有的控制功能，即 使通信和监视设备都不工作，PLC 仍继续其逻辑控制工作。当今的 PLC 都提供了高速 的通信网络(如 Ethern
14、et 等)，有的 PLC 还支持快速现场总线通信(Profibus, DeviceNet, SDS 等)。PLC+网络+PC 十 SCADA 软件己形成了一种非常流行的应用方式3。 3、开放图形软件 过去的 PLC 提供的显示功能极其简单，多数采用数值列表方式或简单的线图显示。 现在，一大批的专业监控(SCADA)软件厂商(如 Intellution,Wonderware 等)在 Windows 系统平台上开发了许多功能非常强的监控软件，这些软件一般支持多种 PLC 连接，具 有丰富的图形显示功能，历史数据记录与趋势显示功能，状态报警显示功能，PLC 图 形组态功能等，使得今天的 PLC 再也
15、不是一个顺序逻辑控制黑匣子，而变成了一个集 逻辑控制、调节控制、网络通信和图形监视于一体的综合自动化系统。 4、编程标准化 过去的 PLC 编程一般是由各厂家提供的 LADDER 图编程语言。它们形状相似， 却不兼容。随着 DCS 开放性的发展，PLC 也在逐步走向开放。在开放方面，最大的进 步当属于 PLC 编程语言的标准化。自从 IEC1131-3 标准推出以来，各 PLC 厂商积极向 该标准靠拢。IEC1131-3 标准是为 PLC 编程标准化所制定的一套欧洲标准。该标准定 义了五种不同的控制编程语言：梯形图、SFC(顺序功能图)、功能块图、结构文本语言 和指令表。 5、小型化和微型化
16、当今 PLC 市场除了呈现高性能和网络功能竞争特征之外，另一个显著特征就是小 型再小型，价格一降再降。几年前，微型 PLC 才大量上市，许多厂家又推出了超微型 PLC(具有 16 或更少的 I/O 点)。一些微型 PLC 具有超微型 PLC 的体积，却具有更强的 功能，如 Omron SRMI 的体积只有一叠扑克牌大小，但却可支持到 256 点的 I/O 能力 (分散 I/O 方式)；Schneider 公司的 Modicon TSX Micro PLC 支持多组超微型 PLC 的分 鞍山科技大学本科生毕业设计(论文) 第 3 页 散 I/O，还提供 PID 调节功能。微型的 PLC 一般采用分散结构：控制器体积很小，完 成综合逻辑处理和运算功能，而 I/O 采集和处理则在现场模块中实现。 由于 PLC 强大的功能和众多的优点，国内 PLC 已经在机电、冶金、轻工、纺织、 煤炭、铁道、交通等行业得到了广泛的应用，并取得了明显的效益。其主要功能是进 行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理以及设备
