基于PLC的水塔水位自動控制系統(tǒng)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 設(shè)計題目： 基于PLC的水塔水位控制系統(tǒng) 院 系： 電氣工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 2012 級 姓 名： 李 飛 指導(dǎo)教師： 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 年 月 日 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書專心-專注-專業(yè)專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 李 飛 學(xué) 號 開題日期： 年 月 日 完成日期： 2014年 12月 15日題 目 簡易漏電報警器 一、設(shè)計的目的 2、 設(shè)計的內(nèi)容及要求 三、指導(dǎo)教師評語 四、成 績 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日 摘要目前，大量的高位生活用水和工作用水逐漸增多。因此，不少單位 自建水塔儲水來解決高層樓房的用水問題。最初，大多用人工進

2、行控制，由于人工無法每時每刻對水位進行準確的定位監(jiān)測，很難準確控制水泵的起停。要么水泵關(guān)停過早，造成水塔缺水；要么關(guān)停過晚，造成水塔溢出，浪費水資源，給用戶造成不便。利用人工控制水位會造成供水時有時無的不穩(wěn)定供水情況。后來，使用水位控制裝置使供水狀況有了改變，但常使用浮標或機械水位控制裝置，由于機械裝置的故障多，可靠性差，給維修帶來很大的麻煩。因此為更好的保證供水的穩(wěn)定性和可靠性，傳統(tǒng)的供水控制方法已難以滿足現(xiàn)在的要求。本文采用的是西門子S7-200PLC可編程控制器作為水塔水位自動控制系統(tǒng)核心，對水塔水位自動控制系統(tǒng)的功能性進行了需求分析。主要實現(xiàn)方法是通過傳感器檢測水塔的實際水位，將水位具

3、體信息傳至PLC構(gòu)成的控制模塊，來控制水泵電機的動作，同時顯示水位具體信息，若水位低于或高于某個設(shè)定值時，就會發(fā)出危險報警的信號，最終實現(xiàn)對水塔水位的自動。關(guān)鍵詞：水位自動控制、西門子S7-200PLC、水泵 、傳感器 目錄 第一章 緒論在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關(guān)量等都是常用的主要被控參數(shù)。其中，水位控制越來越重要。在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。一旦斷了水，輕則給人民生活帶來極大的不便，重則可能造成嚴重的生產(chǎn)事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、合

4、格的水質(zhì)是對給水系統(tǒng)提出的基本要求。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲水設(shè)備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點?？删幊炭刂破鳎≒LC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。鑒于其種種優(yōu)點，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同時，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會需要對容器中的水位進行自動控制。比如自動控制水塔、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬

5、桶的自動補水控制、自動電熱水器、電開水機的自動進水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同。但其原理都大同小異。特別是在實際操作系統(tǒng)中，穩(wěn)定、可靠是控制系統(tǒng)的基本要求。因此如何設(shè)計一個精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。采用PLC控制技術(shù)能很好的解決以上問題，使水位控制在要求的位置。 第二章 可編程器簡介2.1可編程控制器的產(chǎn)生 可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)，當(dāng)時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。PLC的基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)

6、點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)?？刂破骱捅豢貙ο筮B接方便。可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器-接觸器控制系統(tǒng)有很大關(guān)系。繼電器-接觸器控制已有百年歷史，它是一種弱電信號控制電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修等優(yōu)點。對于工作模式固定，要求比較簡單的場合非常適用，至今仍有廣泛用途。但是當(dāng)工作模式改變，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件及接線都要作相應(yīng)變動，改造工期長、費用高，用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另做一個新的控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q

7、代。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換。繼電器-接觸器控制難以滿足市場需求，此問題首先被美國通用汽車公司提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)品多樣性的需求，公開對外招標，要求制作一種新的工業(yè)控制裝置取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制，對其新裝置提出的要求就是著名的GM10條，即：1. 編程方便，可在現(xiàn)場修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3. 可靠性高于繼電器控制柜；4. 體積小于繼電器控制柜；5. 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機；6. 在成本上可與繼電器控制競爭；7. 輸入可以是交流115V；

8、8. 輸出為交流115V/2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；9. 在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲容量至少能擴展到4K字節(jié)。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國MODICON公司也研制出084控制，從此，這項新技術(shù)迅速在世界各國得到推廣應(yīng)用。1971年從美國引進這項技術(shù)，很快研制出第一臺可編程序控制器DSC-18。1973年也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進入20世紀70年代，隨著微的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制

9、器就不在不局限于當(dāng)初的邏輯運算了，功能得到更進一步增強。進入20世紀80年代，隨著大規(guī)模和等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機化PLC，使PLC的功能增強，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。PLC雖然問世時間不長，但隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進步，PLC迅速發(fā)展。90年代以后，工業(yè)控制幾戶全部被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機器人、CAC/CAM）中躍居首位。2.2 PLC的發(fā)展 隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以

10、后，特別是進入80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡稱為PC，但為了與個人計算機（Persona1  Computer）的簡稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。   PLC是微機技術(shù)

11、與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史，它是用弱電信號控制強電系統(tǒng)的控制方法，在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除困難，花費時間長，嚴重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費用高，以至于用戶寧愿另外制作一臺新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、

12、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點，并將控制器和被控對象方便的連接起來。由于PLC是由微處理器、存儲器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計算機中的一類。   對用戶來說，可編程控制器是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計和調(diào)試變得簡單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。  

13、 我國從1974年也開始研制可編程序控制器，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。目前它已經(jīng)大量地應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、商業(yè)、公用事業(yè)、測試設(shè)備和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，并涌現(xiàn)出大批應(yīng)用可編程序控制器的新型設(shè)備。掌握可編程序控制器的工作原理，具備設(shè)計、調(diào)試和維護可編程序控制器控制系統(tǒng)的能力，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)對電氣技術(shù)人員和工科學(xué)生的基本要求。2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本與微型計算機相同，如圖2-1所示： 2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)2.4 PLC的工作原理循環(huán)掃描PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程

14、序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖所示。當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于STOP（停止）時，不執(zhí)行后3個階段，此時可進行通信處理，如對PLC聯(lián)機或離線編程。對于不同型號的PLC，圖中的掃描過程中各步的順序可能不同，這是由PLC內(nèi)部系統(tǒng)程序決定的。1） 內(nèi)部處理 ：在這一階段，CPU檢測主機硬件，同時也檢查所有的I/O模塊的狀態(tài)。在RUN模式下，還檢測用戶程序存儲器。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機并顯示出錯。若自診斷正常繼續(xù)向下掃描。2） 處理通信請求 ：在CPU掃描周期的信息處理階段，CPU自動檢測并處理各通信端口接收到的任何信息。即檢查是否有編程器、

15、計算機等的通信請求，若有則進行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通信任務(wù)。3） 輸入處理 ：在這一階段，對各數(shù)字量輸入點的當(dāng)前狀態(tài)進行輸入掃描，并將各掃描結(jié)果分別寫入對應(yīng)的映像寄存器中。4） 執(zhí)行用戶程序 ：在PLC中，用戶程序按先后順序存放。在這一階段，CPU從第一條指令開始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。執(zhí)行指令時從映像寄存器中讀取各輸入點的狀態(tài)，每條指令的執(zhí)行是對各數(shù)據(jù)進行自述或邏輯運算，然后將運算結(jié)果送到輸出映像寄存器中。執(zhí)行用戶程序的過程與計算機基本相同。5） 輸出處理：在這一階段，CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時集中對輸出點進行刷新，通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被

16、控設(shè)備的所能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎胩幚?、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖所示：PLC執(zhí)行的五個階段，稱為一個掃描周期，PLC完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進行。 掃描周期長短主要取決于程序的長短，它對于一般工業(yè)設(shè)備通常沒有什么影響，但對控制時間要求較嚴格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，為減少掃描周期造成的響應(yīng)延時等不良影響，一般在編程時應(yīng)對掃描周期精確計算，并盡量縮短和優(yōu)化程序代碼。2.5 PLC的主要應(yīng)用  最初，PLC主要用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。如今，PLC不僅用于開關(guān)量控制，

17、還用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。 1、用于開關(guān)量控制  PLC控制開關(guān)量的能力是很強的。所控制的入出點數(shù)，少的十幾點、幾十點，多的可到幾百、幾千，甚至幾萬點。由于它能聯(lián)網(wǎng)，點數(shù)幾乎不受限制，不管多少點都能控制。 2、用于模擬量控制  模擬量，如電流、電壓、溫度、壓力等等，它的大小是連續(xù)變化的。工業(yè)生產(chǎn)，特別是連續(xù)型生產(chǎn)過程，常要對這些物理量進行控制。作為一種工業(yè)控制電子裝置，PLC若不能對這些量進行控制，那是一大不足。為

18、此，各PLC廠家都在這方面進行大量的開發(fā)。目前，不僅大型、中型機可以進行模擬量控制，就是小型機，也能進行這樣的控制。PLC進行模擬量控制，要配置有模擬量與數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的AD、DA單元。它也是I/O單元，不過是特殊的I/O單元。A/D單元是把外電路的模擬量，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送入PLC。D/A單元，是把PLC的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，再送給外電路。作為一種特殊的I/O單元，它仍具有I/O電路抗干擾、內(nèi)外電路隔離，與輸入輸出繼電器（或內(nèi)部繼電器，它也是PLC工作內(nèi)存的一個區(qū)?？勺x寫）交換信息等等特點。這里的A/D中的A，多為電流，或電壓，也有為溫度。D/A中的A，多為電壓，或電流。電壓、電流變化范圍

19、多為05V，010V，420mA。有的還可處理正負值的。這里的D，小型機多為8位二進制數(shù)，中、大型多為12位二進制數(shù)。 A/D、D/A有單路，也有多路。3、用于數(shù)字量控制 實際的物理量，除了開關(guān)量、模擬量，還有數(shù)字量。如機床部件的位移，常以數(shù)字量表示。數(shù)字量的控制，有效的辦法是NC，即數(shù)字控制技術(shù)。這是50年代誕生于美國的基于計算機的控制技術(shù)。當(dāng)今已很普及，并也很完善。目前，先進國家的金屬切削機床，數(shù)控化的比率已超過4080，有的甚至更高。 PLC也是基于計算機的技術(shù)，并日益完善。故它也完全可以用于數(shù)字量控制。 4、用于數(shù)據(jù)采集   隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存

20、儲區(qū)越來越大。如OMRON公司的PLC，前期產(chǎn)品C60P的DM區(qū)僅64個字，而后來的C60H達到1000個字；到了CQMI可多達6000個字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，可以存儲大量數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)采集可以用計數(shù)器，累計記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。 數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計算機再對這些數(shù)據(jù)作處理。這時，PLC即成為計算機的數(shù)據(jù)終端。5、用于進行監(jiān)控  PLC自檢信號很多，內(nèi)部器件也很多，多數(shù)使用

21、者未充分發(fā)揮其作用。 其實，完全可利用它進行PLC自身工作的監(jiān)控，或?qū)刂茖ο筮M行監(jiān)控。這里介紹一種用PLC定時器作看門狗，對控制對象工作情況進行監(jiān)控的思路。如用PLC控制某運動部件動作，看施加控制后動作進行了沒有，可用看門狗辦法實現(xiàn)監(jiān)控。具體作法是在施加控制的同時，令看門狗定時器計時。如在規(guī)定的時間內(nèi)動作完成，即定時器未超過警戒值的情況下，已收到動作完成信號，則說明控制對象工作正常，無需報警。 若超時，說明不正常，可作相應(yīng)處理。如果控制對象的各重要控制環(huán)節(jié)，都用這樣一些看門狗"看"著，那系統(tǒng)的工作將了如指掌，出現(xiàn)了問題，卡在什么環(huán)節(jié)上也很好查找。

22、60;還有其它一些監(jiān)控工作可做。對一個復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別是自動控制系統(tǒng)，監(jiān)控以至進一步能自診斷是非常必要的。它可減少系統(tǒng)的故障，出了故障也好查找，可提高累計平均無故障運行時間，降低故障修復(fù)時間，提高系統(tǒng)的可靠性。6、用于聯(lián)網(wǎng)、通訊 PLC聯(lián)網(wǎng)、通訊能力很強，不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)推出。PLC可與個人計算機相連接進行通訊，可用計算機參與編程及對PLC進行控制的管理，使PLC用起來更方便。為了充分發(fā)揮計算機的作用，可實行一臺計算機控制與管理多臺PLC，多的可達32臺。也可一臺PLC與兩臺或更多的計算機通訊，交換信息，以實現(xiàn)多地對PLC控制系統(tǒng)的監(jiān)控。PLC與PLC也可通訊?？梢粚σ籔LC通訊?？蓭?/p>

23、個PLC通訊?？啥嗟綆资?、幾百。PLC與智能儀表、智能執(zhí)行裝置（如變頻器），也可聯(lián)網(wǎng)通訊，交換數(shù)據(jù)，相互操作?？陕?lián)接成遠程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)范圍面可大到10公里或更大。 可組成局部網(wǎng)，不僅PLC，而且高檔計算機、各種智能裝置也都可進網(wǎng)?？捎每偩€網(wǎng)，也可用環(huán)形網(wǎng)。網(wǎng)還可套網(wǎng)。網(wǎng)與網(wǎng)還可橋接。聯(lián)網(wǎng)可把成千上萬的PLC、計算機、智能裝置組織在一個網(wǎng)中。網(wǎng)間的結(jié)點可直接或間接地通訊、交換信息。聯(lián)網(wǎng)、通訊，正適應(yīng)了當(dāng)今計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）及智能化工廠發(fā)展的需要。它可使工業(yè)控制從點（Point）、到線（Line）再到面（Aero），使設(shè)備級的控制、生產(chǎn)線的控制、工廠管理層的控制連成一個整體

24、，進而可創(chuàng)造更高的效益。這個無限美好的前景，已越來越清楚地展現(xiàn)在我們這一代人的面前。  以上幾點應(yīng)用是著重從質(zhì)上講的。從量上講，PLC有大、有小。所以，它的控制范圍也可大、可小。小的只控制一個設(shè)備，甚至一個部件，一個站點；大的可控制多臺設(shè)備，一條生產(chǎn)線，以至于整個工廠。可以說，工業(yè)控制的大小場合，都離不開PLC。一般講，工業(yè)生產(chǎn)過程可分為兩種類型；連續(xù)型生產(chǎn)過程（如化學(xué)工業(yè)）及非連續(xù)型，即離散型生產(chǎn)過程（如機械制造業(yè)）。前者生產(chǎn)對象是連續(xù)的，分不出件的；后者為離散的，一件件的。由于PLC有上述幾個方面的應(yīng)用，而且，控制的規(guī)模又可大、可小，所以，這兩種類型的生產(chǎn)過程都有其用武之地。&#

25、160;事實上，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過程，如樓宇自動化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到它。  PLC能有上述幾個范圍廣泛的應(yīng)用，是PLC自身特點決定的，也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。2.6 西門子S7-200系列PLC的編程元件  通過程序的運行實施控制的過程其實質(zhì)就是對存儲器中數(shù)據(jù)進行操作或處理的過程，根據(jù)使用功能的不同，把存儲器分為若干個區(qū)域和種類，這些由用戶使用的每一個內(nèi)部存儲單元統(tǒng)稱為軟元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址

26、。軟元件的數(shù)量決定了可編程控制器的規(guī)模和數(shù)據(jù)處理能力，每一種PLC的軟元件是有限的。為了理解方便，把PLC內(nèi)部許多位地址空間的軟元件定義為內(nèi)部（軟繼電器）。但要注意把這種繼電器與傳統(tǒng)控制電路中的繼電器區(qū)別開來，這些軟繼電器的最大特點就是其線圈的通斷實質(zhì)就是其對應(yīng)存儲器位的置位與復(fù)位，在電路（梯形圖）中使用其觸點實質(zhì)就是對其所對應(yīng)的存儲器位的讀操作，因此其觸點可以無限次的使用。編程時，用戶只需要記住軟元件的地址即可。每一軟元件都有一個地址與之一一對應(yīng)，其中軟繼電器的地址編排采用區(qū)域號加區(qū)域內(nèi)編號的方式。即PLC內(nèi)部根據(jù)軟元件的功能不同，分成了許多區(qū)域，如輸入輸出繼電器、輔助繼電器、定時器區(qū)、計數(shù)

27、器區(qū)、順序控制繼電器、特殊標志繼電器區(qū)等，分別用I、Q、M、T、C、SM等來表示。  1、數(shù)字量輸入繼電器（I）輸入繼電器也就是輸入映像寄存器，每個PLC的輸入端子都對應(yīng)有一個輸入繼電器，它用于接收外部的開關(guān)信號。輸入繼電器的狀態(tài)唯一地由其對應(yīng)的輸入端子的狀態(tài)決定，在程序中不能出現(xiàn)輸入繼電器線圈被驅(qū)動的情況，只有當(dāng)外部的開關(guān)信號接通PLC的相應(yīng)輸入端子的回路，則對應(yīng)的輸入繼電器的線圈“得電”，在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。這些觸點可以在編程時任意使用，使用數(shù)量（次數(shù)）不受限制。2、 數(shù)字量輸出繼電器（Q） 輸出繼電器也就是輸出映像寄存器，每個PLC的輸出端

28、子對應(yīng)都有一個輸出繼電器。當(dāng)通過程序使得輸出繼電器線圈“得電”時，PLC上的輸出端開關(guān)閉合，它可以作為控制外部負載的開關(guān)信號。同時在程序中其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。這些觸點可以在編程時任意使用，使用次數(shù)不受限制。3、 通用輔助繼電器（M）通用輔助繼電器如同電器控制系統(tǒng)中的，在PLC中沒有輸入輸出端與之對應(yīng)，因此通用輔助繼電器的線圈不直接受輸入信號的控制，其觸點也不能直接驅(qū)動外部負載。所以，通用輔助繼電器只能用于內(nèi)部邏輯運算。通用輔助繼電器用“M”表示，通用輔助繼電器區(qū)屬于位地址空間，范圍為M0.0M31.7，可進行位、字節(jié)、字、雙字操作。 4、特殊標志繼電器（SM）有些輔助繼電器

29、具有特殊功能或存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息，我們稱為特殊標志繼電器。用戶可以通過特殊標志來溝通PLC與被控對象之間的信息，如可以讀取程序運行過程中的設(shè)備狀態(tài)和運算結(jié)果信息，利用這些信息用程序?qū)崿F(xiàn)一定的控制動作。用戶也可通過直接設(shè)置某些特殊標志繼電器位來使設(shè)備實現(xiàn)某種功能。特殊標志繼電器用“SM”表示，特殊標志繼電器區(qū)根據(jù)功能和性質(zhì)不同具有位、字節(jié)、字和雙字操作方式。其中SMB0、SMB1為系統(tǒng)狀態(tài)字，只能讀取其中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，不能改寫，可以位尋址。系統(tǒng)狀態(tài)字中部分常用的標志位說明如下：SM0.0：始終接通；SM0.1：首次掃描為1，以后為0，常用來對程序進行初始化；SM0.2：當(dāng)機器

30、執(zhí)行數(shù)學(xué)運算的結(jié)果為負時，該位被置1； SM0.3：開機后進入RUN方式，該位被置1一個掃描周期；SM0.4：該位提供一個周期為1分鐘的時鐘脈沖，30秒為1，30秒為0；SM0.5：該位提供一個周期為1秒鐘的時鐘脈沖，0.5秒為1，0.5秒為0； SM0.6：該位為掃描時鐘脈沖，本次掃描為1，下次掃描為0； SM1.0：當(dāng)執(zhí)行某些指令，其結(jié)果為0時，將改位置1；SM1.1：當(dāng)執(zhí)行某些指令，其結(jié)果溢出或為非法數(shù)值時，將改位置1；SM1.2：當(dāng)執(zhí)行數(shù)學(xué)運算指令，其結(jié)果為負數(shù)時，將改位置1； SM1.3：試圖除以0時，將改位置1；其他常用特殊標志繼電器的功能可

31、以參見S7-200系統(tǒng)手冊。5、 變量存儲器（V）變量存儲器用來存儲變量。它可以存放程序執(zhí)行過程中控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲器來保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。 變量存儲器用“V”表示，變量存儲器區(qū)屬于位地址空間，可進行位操作，但更多的是用于字節(jié)、字、雙字操作。變量存儲器也是S7-200中空間最大的存儲區(qū)域，所以常用來進行數(shù)學(xué)運算和數(shù)據(jù)處理，存放全局變量數(shù)據(jù)。 6、局部變量存儲器（L）局部變量存儲器用來存放局部變量。局部變量與變量存儲器所存儲的全局變量十分相似，主要區(qū)別是全局變量是全局有效的，而局部變量是局部有效的。全局有效是指同一個變量可以被任何程序(包括

32、主程序、子程序和中斷程序)訪問；而局部有效是指變量只和特定的程序相關(guān)聯(lián)。S7200 PLC提供64個字節(jié)的局部存儲器，其中60個可以作暫時存儲器或給子程序傳遞參數(shù)。主程序、子程序和中斷程序在使用時都可以有64個字節(jié)的局部存儲器可以使用。不同程序的局部存儲器不能互相訪問。機器在運行時，根據(jù)需要動態(tài)地分配局部存儲器：在執(zhí)行主程序時，分配給子程序或中斷程序的局部變量存儲區(qū)是不存在的，當(dāng)子程序調(diào)用或出現(xiàn)中斷時，需要為之分配局部存儲器，新的局部存儲器可以是曾經(jīng)分配給其他程序塊的同一個局部存儲器。 局部變量存儲器用“L”表示，局部變量存儲器區(qū)屬于位地址空間，可進行位操作，也可以進行字節(jié)、字、雙字

33、操作。7、 順序控制繼電器（S）順序控制繼電器用在順序控制和步進控制中，它是特殊的繼電器。有關(guān)順序控制繼電器的使用請閱讀本章后續(xù)有關(guān)內(nèi)容。順序控制繼電器用“S”表示，順序控制繼電器區(qū)屬于位地址空間，可進行位操作，也可以進行字節(jié)、字、雙字操作。  8、定時器（T）定時器是可編程序控制器中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。自動控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時器進行定時控制，靈活地使用定時器可以編制出動作要求復(fù)雜的控制程序。  定時器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的基本相同。使用時要提前輸入時間預(yù)置值。當(dāng)定時器的輸入條件滿足且開始計時，當(dāng)前值從0開始按一定的時間單位增加

34、；當(dāng)定時器的當(dāng)前值達到預(yù)置值時，定時器動作，此時它的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，利用定時器的觸點就可以按照延時時間實現(xiàn)的各種控制規(guī)律或動作。  9、計數(shù)器（C）  計數(shù)器用來累計內(nèi)部事件的次數(shù)。可以用來累計內(nèi)部任何編程元件動作的次數(shù)，也可以通過輸入端子累計外部事件發(fā)生的次數(shù)，它是應(yīng)用非常廣泛的編程元件，經(jīng)常用來對產(chǎn)品進行計數(shù)或進行特定功能的編程。使用時要提前輸入它的設(shè)定值(計數(shù)的個數(shù))。當(dāng)輸入觸發(fā)條件滿足時，計數(shù)器開始累計其輸入端脈沖電位跳變(上升沿或下降沿)的次數(shù)；當(dāng)計數(shù)器計數(shù)達到預(yù)定的設(shè)定值時，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。  模擬量輸入映

35、像寄存器(AI)、模擬量輸出映像寄存器(AQ)模擬量輸入電路用以實現(xiàn)模擬量數(shù)字量(AD)之間的轉(zhuǎn)換，而模擬量輸出電路用以實現(xiàn)數(shù)字量模擬量(DA)之間的轉(zhuǎn)換，PLC處理的是其中的數(shù)字量。 在模擬量輸入輸出映像寄存器中，數(shù)字量的長度為1字長(16位)，且從偶數(shù)號字節(jié)進行編址來存取轉(zhuǎn)換前后的模擬量值，如0、2、4、6、8。編址內(nèi)容包括元件名稱、數(shù)據(jù)長度和起始字節(jié)的地址，模擬量輸入映像寄存器用AI表示、模擬量輸出映像寄存器用AQ表示，如：AIW10，AQW4等。PLC對這兩種寄存器的存取方式不同的是，模擬量輸入寄存器只能作讀取操作，而對模擬量輸出寄存器只能作寫入操作。 10、 高速

36、計數(shù)器(HC)高速計數(shù)器的工作原理與普通計數(shù)器基本相同，它用來累計比主機掃描速率更快的高速脈沖。高速計數(shù)器的當(dāng)前值為雙字長(32位)的整數(shù)，且為只讀值。  高速計數(shù)器的數(shù)量很少，編址時只用名稱HC和編號，如：HC2。11、 累加器(AC) S7200PLC提供4個32位累加器，分別為AC0、ACl、AC2、AC3，累加器(AC)是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器。它可以用來存放數(shù)據(jù)如運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，也可用來向子程序傳遞參數(shù)，或從子程序返回參數(shù)。使用時只表示出累加器的地址編號，如AC0。累加器可進行讀、寫兩種操作，在使用時只出現(xiàn)地址編號。累加器可用長度為32位，但實際應(yīng)用時

37、，數(shù)據(jù)長度取決于進出累加器的數(shù)據(jù)類型。 第三章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計3.1 傳統(tǒng)水塔水位控制 3-1傳統(tǒng)水塔水位控制布局圖3.2 水塔控制系統(tǒng)的工作原理 通過指示燈模擬上水水泵，結(jié)合鈕子開關(guān)模擬水位監(jiān)測信號，模擬了水塔自動上水控制，當(dāng)水池水位低于水池地位界面（S1為ON時），電磁閥Y打開進水（Y為ON），4s后如果S1仍然為ON，那么閥Y指示燈閃爍，表示Y沒有進水，電磁閥Y出現(xiàn)故障。若系統(tǒng)正常運行，則S1此時為OFF。當(dāng)水位液面高于上限水位時，則S2為ON,電磁閥關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時，則水塔下限位開關(guān)S3為ON,水泵開始工作向水塔注水，當(dāng)S3為OFF時，表示水塔

38、水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔水位高于水塔上限水位時，則水塔上限水位開關(guān)S4為OFF,水泵停止。 當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位，且水池水位低于水池下限水位時，水泵不能啟動。3.3 水塔水位控制主電路圖 水塔水位控制主電路圖如下所示： 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖3.4 I/O接口分配 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC的輸入輸出分配表如下圖所示：3.5 水塔水位控制系統(tǒng)I/O圖 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O圖如下圖所示：第4章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計4.1 程序流程圖水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計要求控制流程圖如圖所示： 水塔水位控制系統(tǒng)PLC程序流程圖4.2 PLC 控制梯形圖根據(jù)程序流程圖

39、的設(shè)計原理，本次設(shè)計的水塔水位控制系統(tǒng)PLC梯形圖如下所示： 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖（1） 系統(tǒng)啟停程序：（2） 水閥控制程序：（3） 水池下限水位指示程序：（4） 水池水位報警程序：（5） 水池水位上限指示程序：（6） 水泵啟?？刂瞥绦颍海?） 水塔水位下限指示程序：（8） 水塔水位報警程序：（9） 水塔水位上限指示程序：4.3 水位控制系統(tǒng)的具體工作過程假設(shè)系統(tǒng)初始運行時水塔、水池中都完全無水，6個液位指示燈全滅。系統(tǒng)啟動后程序的執(zhí)行是，先由PLC判斷操作人員選擇的是手動操作還是自動操作，若為手動操作，則由工作人員由控制按鈕自行選擇兩個水泵電機以及電磁閥的開啟與關(guān)閉，當(dāng)其中一個電機出現(xiàn)故障時工作人員可方便地自行切換電機。若選擇自動操作，則水池為液位低于水池下限位時，電磁閥打開，開始往水池里進水，如果進水超過10S，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警。若10S內(nèi)水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈HL3亮。此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，電機M1及M2開始同時