水塔水位控制PLC系统设计

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1、目录摘 要 2第 一 章 绪 论 21.1 可编程控制器的产生 21.2 PLC 的发展41.3 PLC 的基本结构51.4 PLC 特点91.5 PLC 的工作原理101.6梯形图程序设计及工作过程分析 12第二章 水 塔水位 系统 PLC 硬件 设 计 142.1要求独立完成水塔水位控制PLC系统设计与调试。142.2水塔水位系统控制电路 152.3 输入/输出分配 162.3.1列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表162.3.2 水塔水位系统的输入/输出设备 17第三章 水塔水位控制系统 PLC 软件设计 183.1 工作过程 183.2 程序流程图 193.3 梯形图 20

2、3.4 水塔水位控制系统梯形图的对应指令表 21第四章 设计总结 22辞 谢 23参考文献 24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

3、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 fx2n1.1 可编程 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

4、重要的意义。可编程控制器 (Programmable Controller) 也可 称逻辑控 制 器 (Programmable Logic Controller),是 一 微 处 理 器 为 核 心 的 工 业 自 动 控 制 通 用 装置，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 PLC 。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、要求比较简单的场

5、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 取代传统的继电器一接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条

6、，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1 15V；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 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

7、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。1969年，第一台可编程控制器PDP 1

8、4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、

9、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

10、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，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、

11、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。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八中央 处理单元(CPU)，如下图所示。编程器输人电輪出电妲CPAJ系统程序有储器系统程序存储器

12、电源一、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

13、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。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 Progr

14、ammable 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

15、包括I/O映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、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。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连接的借口。现场的输 入信号，如按