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1、基于PLC的水塔水位控制系统设计摘 要目前，在国内的供水系统中，包括水厂、高层建筑生活小区的供水系统中，仍然采用比较传统的供水方式，给值班员带来了不宜调节准确率较低等这些问题。传统供水方式存在许多缺陷，特别是多台多台水泵供水系统尤为严重。本文通过对PLC液位控制的设计思想和水塔自动供水系统，有效的解决了传统供水系统维护费用大，工作量大，寿命短，能耗大等诸多问题，PLC控制系统具有自动化程度高，节能，安全等特点。关键词: 水塔水位 PLC 液位控制Based on PLC control system to control the water tower water levelAbstractA
2、t present,In the domestic water supply system,Including waterworks water supply system of high-rise residential district,Still adopts the traditional way of water supply,Brought unfavorable to attendant regulating accuracy lower these problems. There are many defects. Traditional ways of water suppl
3、y,Especially many sets of more than one pump is particularly acute in the water system.Level control based on PLC of design idea and the water tower automatic water supply system.PLC control system has a high degree of automation, energy saving, safety, etcKey Words: water level of water tower PLC l
4、iquid level control1. 绪 论1.1 课题研究的背景和意义在工业生产中，电压、电流、温度、压力、流量，水位和开关量等都是我们常用的主要被控参数。其中，水位控制已经变得越来越重要了。在现代社会，经济飞速发展，水在人们正常生活和正常生产中起着及其重要的作用。我们设想一下，一旦没有了水，会给人们的生活带来极大的不变，圣旨可能造成严重的生产事故及损失。因此，给排水工程成为了高层建筑和工矿业企业中重要的基础设施之一。任何时候都能提供平稳的水压、足够的水量、合格的水质是给给水系统提出的最基本的要求。就目前而言，多数企业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本的储水设备，有一二级水泵
5、从地下市政水管补给。传统的控制方法存在控制能耗大、精度低、可靠性差等缺点。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需求发展起来的，是专门为工业环境条件设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前水位控制方式已经被PLC控制缩取代。 在工业农业生产一级日常生活应用中，常常会需要对容器中的水位进行自动控制。例如自动控制水池、水槽、水塔、锅炉、等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动电热水器、自动补水控制、饮水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制系统的基本技术要求都是不同的，精度要求也是不同的，但是其原理都大同小异。特别在实际操作系统中，可靠、安全、稳定是控制系统的基本要求。因此如何设计一个可
6、靠的、安全的、精度高的水位控制系统就显得日益重要。采用PLC控制技术能很好的解决以上这些问题，使水位控制在要求的位置。1.2 水塔水位系统研究的现状近年来，随着工业的快速发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用的研究。水塔水位的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。 目前，水位测量技术已经广泛的运用在日常检测部门和工业部门和中。例如，水位测量技术在石油、化工、气象等部门的应用。对测量条件和环境来说，有的测量系统被运用在特别复杂的条件与环境中。例如:有的是高温高压，有的是低温或者真空；有的需要防腐蚀性，防辐射；有的从安装上提出苛刻的限制要求；有的从维护上提出严格的要求等。这些都大大
7、的提高了对水塔水位的要求。1.3 课题研究的主要内容本课题主要利用的是三菱公司的，构建一个水塔水位控制系统。本系统是有PLC、PC机和组态王软件构成。通过自由协议实现了PC机与S7-200PLC的串行通信。把组态王软件安装在PC机上建立水塔水位控制模型编程控制程序、建立动态连接。就可以实现水塔水位控制系统在组态王软件中实现，其系统主要实现功能为：（1）实现水塔水位的恒定控制 ；（2）利用组态王实现对系统的监控作用；实时报警（3）实现组态软件与PLC之间的通讯连接。2. 水塔水位控制系统控制方案2.1水塔水位控制系统的概括2.1.1水塔水位控制系统的工作原理可编程控制器,也称可编程逻辑控制器，它
8、是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，也是计算机家族的一名成员，简称PC，为了避免与个人电脑（也简称为PC）相混淆，所以把可编程控制器命名为PLC。可编程控制器的产生与继电器一接触器控制系统有非常大的关系。继电器接触器控制已有百年历史，它是一种采用弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有电路直观、结构简单、价格低廉、易于维修、容易操作等优点。此种控制系统布局固定，按预先规定的条件、时间、顺序工作。对于工作模式固定、要求简单的场合非常适用，至今仍有广泛的用途。然而当工作模式改变时，就应该改变控制系统的硬件接线，控制柜内的物件和接线都要作相应的改动，改造工期长，费用高，用户改造时宁愿丢掉旧控制柜，
9、另作一个新控制柜使用，阻碍了产品的更新换代。随着工业生产的迅速发展，市场竞争十分激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产需要从大批量、少品种向小批量、多品种转换，而继电器接触器控制难以满足市场需要，此类问题首先被美国通用汽车公司提了出来。通用汽车公司为了适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产品的多样性需求，公开对外招标，要求制造出一种新的工业控制装置，取代传统的继电器接触器控制。其对新型装置性能提出的要求就是著名的GM10条，即可靠性高于继电器控制柜维护方便，最好是插件式。编程简单，可在现场修改程序。可靠性高于继电器控制柜。可将数据直接送入管理计算机。在成本上可与继电器控制柜竞争。输入可以是交
10、流115V。输出可以是交流115V、2A以上，可直接驱动电磁阀。体积小于继电器控制柜。在扩展时，原有系统只要很小变更。用户程序存储器容量至少能扩展4KB。这十项指标就是现代PLC的基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通PC，它与有关外部设备，按照“便于扩充功能”和“易于与工业控制系统连成一体”的原则来设计的。用可编程控制器代替了继电器接触器控制，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，使得不熟悉
11、计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在编程上发费大量的精力，只需集中精力去考虑如何操作并发挥该装置的功能即可，输入、输出电平与市电接口，是控制系统可方便地在需要的地方运行。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PDP-14由美国数字设备公司制作成功，并在GM公司汽车生产线上使用取得很好的效果，可编程控制器由此诞生，在控制领域内产生了历史性的革命。PLC问世时间不长，但是随着微处理器的快速发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断地进步，PLC迅速发展。PLC进入90年代以后，工业控制领域几全部被PLC占领。有国外专家预言，PLC技术将在工
12、业自动化三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）中跃居首位。我国在80年代后才开始使用PLC，目前从国外引进的PLC大多使用的有日本OMRON公司C系列、三菱公司的F系列、美国GE公司的GE系列和德国西门子公司的S系列等。1.2 可编程控制器使用前景可编程控制器是在20世纪70年代发展起来的控制设备，是存储器、输入/输出接口、集微处理器与中断于一体的器件，已被广泛应用于机械制造、化工、冶金、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、通行能力、应用软件上的飞速发展，大大增强了可编程控制器的通信能力，丰富了可编程控制器编程技巧和编程软件，增强了PLC过程控制能力。所以，无论是单机还是多机控制、是过
13、程控制还是流水线控制，都可以采用可编程控制器。 1.3 PLC的发展虽然PLC问世时间不长，但是微处理器出现后，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，其发展的过程大致可分为三各阶段：早期的PLC一般称作可编程逻辑控制器。这是的PLC多少由电继电器控制装置替代物的含义，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。它在硬件上是以计算机的形式出现，在I/O接口电路上作出了改进以适应工业控制现场要求。装置中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
14、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
15、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。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。1.4 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同各种PLC的组成结构基本相同，主要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等组成，中央处理单元（CPU），如图1-1所示：一、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，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，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将编程器输出电路输入电路中央处理单元（CPU）电源系统程序存储器系统程
