水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月水塔水位控制PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院PLC課程設(shè)計(jì)名稱：FILENAME水塔水位控制PLC課程設(shè)計(jì)院系：機(jī)電工程系班級(jí)：普高11機(jī)電（2）班姓名：劉濤目錄1.課程設(shè)計(jì)目的 32.課程設(shè)計(jì)題目和要求 3設(shè)計(jì)題目 3控制要求 33.設(shè)計(jì)內(nèi)容 3PLC的構(gòu)成 3PLC的工作原理 4梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過(guò)程分析 6水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 7工作過(guò)程 7程序流程圖 8梯形圖 9水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令表 104．設(shè)計(jì)總結(jié) 11參考文獻(xiàn) 111.課程設(shè)計(jì)目的（1）通過(guò)對(duì)工程實(shí)例的模擬，熟練的掌握PLC的編程和程序調(diào)試方法。（2）進(jìn)一步熟悉PLC的I/O連接。（3）熟悉水塔水位控制的編程方法。2.課程設(shè)計(jì)題目和要求 設(shè)計(jì)題目水塔水位控制系統(tǒng)控制要求1.因電動(dòng)機(jī)功率較大，為減少起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)采用定子串電阻降壓?jiǎn)?dòng)，并要錯(cuò)開(kāi)起動(dòng)時(shí)間（間隔時(shí)間為5s）。2.為防止某一臺(tái)電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期閑置而產(chǎn)生銹蝕，備用電動(dòng)機(jī)可通過(guò)預(yù)置開(kāi)關(guān)隨意設(shè)置。如果未設(shè)置備用電動(dòng)機(jī)組號(hào)，則系統(tǒng)默認(rèn)為5號(hào)電動(dòng)機(jī)組為備用。3.每臺(tái)電動(dòng)機(jī)都有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制狀態(tài)。在自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，不論設(shè)置哪一臺(tái)電動(dòng)機(jī)作為備用，其余的4臺(tái)電動(dòng)機(jī)都要按順序逐臺(tái)起動(dòng)。4.在自動(dòng)控制狀態(tài)下，如果由于故障使某臺(tái)電動(dòng)機(jī)組停車，而水塔水位又未達(dá)到高水位時(shí)，備用電動(dòng)機(jī)組自動(dòng)降壓起動(dòng)；同時(shí)對(duì)發(fā)生故障的電動(dòng)機(jī)組根據(jù)故障性質(zhì)發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號(hào)，提醒維護(hù)人員及時(shí)排除故障。當(dāng)水塔水位達(dá)到高水位時(shí)，高液位傳感器發(fā)出停機(jī)信號(hào)，各個(gè)電動(dòng)機(jī)組停止運(yùn)行。當(dāng)水塔水位低于低水位時(shí)，低液位傳感器自動(dòng)發(fā)出開(kāi)機(jī)信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)按順序降壓起動(dòng)。5.因水泵房距離水塔較遠(yuǎn)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)都有就地操作按鈕和遠(yuǎn)程操作按鈕。6.每臺(tái)電動(dòng)機(jī)都有運(yùn)行狀態(tài)指示燈（運(yùn)行、備用和故障）。7.液位傳感器要有位置狀態(tài)指示燈。3主要內(nèi)容PLC的構(gòu)成根據(jù)物理結(jié)構(gòu)形式不同，PLC分為整體式和組合式（模塊式）兩種。整體式PLC是將CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。組合式PLC是將CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊分別作成相應(yīng)的電路板或模板，各模板可以插在帶有總線的底版上。PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。PLC的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的：（1）繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。（2）PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。為了消除二者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式掃描技術(shù)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。1、掃描技術(shù)當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。如下圖：PLC掃描周期（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。2、PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期甚至更長(zhǎng)。所謂I/O響應(yīng)時(shí)間指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開(kāi)始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。如下圖：PLC掃描周期示意圖梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過(guò)程分析梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形化編程語(yǔ)言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來(lái)說(shuō)，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡(jiǎn)單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫(xiě)字母來(lái)表達(dá)PLC的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號(hào)組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫(xiě)成相應(yīng)的語(yǔ)句表，編程設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語(yǔ)言(SFC)類似于計(jì)算機(jī)常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過(guò)程比較詳細(xì)具體，包括每一框前的輸入信號(hào)，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達(dá)方式。高級(jí)語(yǔ)言類似于BACIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言等，它們?cè)谀承S家的PLC中應(yīng)用。通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。2)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒(méi)有真實(shí)的電流流過(guò)。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來(lái)形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。3)梯形圖中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開(kāi)，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。5)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。所以，由梯形圖編寫(xiě)指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過(guò)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始。水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì)工作過(guò)程設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個(gè)液位指示燈全亮。當(dāng)執(zhí)行程序是，掃描到水池為液位低于水池下限位時(shí)，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里進(jìn)水，如果進(jìn)水超過(guò)5S，而水池液位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若5S只有水池液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈a1滅。此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過(guò)了下限位了，系統(tǒng)檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，電機(jī)M開(kāi)始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈a2，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，則水塔下限指示燈a3滅，電機(jī)M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿是，水塔也未超過(guò)水塔上限，水塔上限指示燈a4滅，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，電機(jī)M已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈a2良。此次給水塔供水完成。3..42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(jì)要求控制流程圖如下：5S后水池水位高于下限嗎5S后水池水位高于下限嗎電機(jī)M啟動(dòng)，供水電機(jī)M啟動(dòng)，供水電機(jī)M停止電機(jī)M停止梯形圖根據(jù)程序流程圖設(shè)計(jì)的梯形圖如下水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令表水塔水位控制系統(tǒng)指令表4.設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我的專業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，同時(shí)增強(qiáng)了分析和解決工程實(shí)際的綜合能力。另外，也培養(yǎng)了自己嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)。參考文獻(xiàn)[1]廖常初．《PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用》．北京機(jī)械工業(yè)出版社，2004[2]王兆義．《可編程序控制器