基于PLC的水塔水位控制的設(shè)計(jì)說(shuō)明

..目錄TOC\o"1-3"\h\u27358摘要2226461緒論2112691.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的2631.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展2274031.3PLC的基本結(jié)構(gòu)3142492FX2N-4AD工作原理883162.2FX2N-4AD緩沖存儲(chǔ)器〔BFM>簡(jiǎn)介8227703水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9312183.1水塔水位控制系統(tǒng)方案936403.2水位傳感器的選擇10103043.3水塔水位控制系統(tǒng)主電路11244603.4系統(tǒng)控制要求和硬件連線12193754基于FX2N-4AD的程序設(shè)計(jì)13109124.1系統(tǒng)工作過(guò)程13223864.2梯形圖1363984.3水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對(duì)應(yīng)指令1419842致謝154333參考文獻(xiàn)15..摘要在人們的日常的生活中經(jīng)常需要用到水塔,且需要對(duì)水塔水位進(jìn)行測(cè)量和控制。水位的控制有著多種實(shí)現(xiàn)方法如：利用機(jī)械控制水位、利用邏輯電路控制水位等。隨著科技的發(fā)展,無(wú)論是在日常生活當(dāng)中,還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展當(dāng)中,PLC都具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用且可編程控制器PLC具有抗干擾能力強(qiáng),可靠性極高、編程簡(jiǎn)單方便、使用方便、維護(hù)方便設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn),而利用PLC和水位傳感器來(lái)設(shè)計(jì)的水塔水位控制系統(tǒng)成本低、安裝方便、靈敏性高是水塔水位控制的理想系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)使用FX2N系列的模擬量模塊FX2N-4AD與水位傳感器配合進(jìn)行水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：水塔水位控制；PLC；水位傳感器；FX2N-4AD1緒論1.1水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng),傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)。而自動(dòng)控制原理,是依據(jù)用水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),保持水壓恒定來(lái)滿足用水要求,從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低,安裝方便,經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)證明,靈敏性好,是節(jié)約水源,方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。不論社會(huì)經(jīng)濟(jì)如何飛速,水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著重要的作用。一旦斷了水,輕則給人民生活帶來(lái)極大的不便,重則可能造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故及損失,從而對(duì)供水系統(tǒng)提出了更高的要求,滿足及時(shí)、準(zhǔn)確、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式,勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作效率低,安全性難以保障,由此必須對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)的改造。從而實(shí)現(xiàn)提供足夠的水量、平穩(wěn)的水壓、低成本的設(shè)計(jì)、高實(shí)用價(jià)值的控制器。1.2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器〔ProgrammableController,也稱可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController,是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置,是計(jì)算機(jī)家族的一名成員,簡(jiǎn)稱PC,為了避免與個(gè)人電腦〔也簡(jiǎn)稱為PC相混淆,通常將可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生與繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已有上百年的歷史,它是一種用弱電信號(hào)控制強(qiáng)電信號(hào)的電磁開關(guān),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。此種控制系統(tǒng)布局固定,按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間、條件、順序工作。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常適用,至今仍有廣泛的用途。雖然PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng),但是隨著微處理器的出現(xiàn),大規(guī)模,超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步,PLC也迅速發(fā)展,其發(fā)展過(guò)程大致可分為三各階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義,其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上以計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn),在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路,存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施,以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此,早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置,其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂,便于安裝,體積小,能耗低,有故障指示,能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語(yǔ)言—梯形圖一直沿用至今。在七十年代,微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國(guó),日本,德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元〔CPU。這樣,使PLC的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面,除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外,還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面,除了保持其原有的開關(guān)模塊以外,還增加了模擬量快、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量,是各種邏輯線圈的數(shù)量增加,還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器,使PLC的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。進(jìn)入八十年代中、后期,由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌,使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且,為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度,各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。1.3PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件上的結(jié)構(gòu)基本上與微型的計(jì)算機(jī)相同。中央處理單元<CPU>,如下圖1-1：圖1-1PLC的基本結(jié)構(gòu)中央處理單元<CPU>是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器狀態(tài),并能診斷用戶程序中語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí),首先它以掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序,命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置,如此循環(huán)運(yùn)行,直到停止運(yùn)行。進(jìn)一步提高PLC可靠性,近年來(lái)對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣,某個(gè)CPU出現(xiàn)故障,整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。PLC常用存儲(chǔ)器類型有下列3種：〔1RAM〔RandomAssessMemory這是一種讀/寫存儲(chǔ)器<隨機(jī)存儲(chǔ)器>,其存取速度最快,由鋰電池支持?！?EPROM〔ErasableProgrammableReadOnlyMemory這是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器。斷電情況下,存儲(chǔ)器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容>?！?EEPROM<ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory>這是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易對(duì)其所存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行修改。各種PLCCPU最大尋址空間各不相同,PLC工作原理,其存儲(chǔ)空間一般包括下列三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)；系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)〔包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等；用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中,用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC性能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備,如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。〔1I/O映象區(qū)：PLC投入運(yùn)行后,輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲(chǔ)單元<RAM>以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)位〔bit,一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)字〔16個(gè)bit。整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)?！?系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)：I/O映象區(qū)區(qū)以外,系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備〔邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持存儲(chǔ)區(qū)域,前者PLC斷電時(shí),由內(nèi)部鋰電池供電,數(shù)據(jù)不會(huì)遺失；后者當(dāng)PLC斷電時(shí),數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來(lái)存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時(shí)指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生過(guò)程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過(guò)編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中,以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的借口?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào),如按鈕開關(guān),行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量〔壓力、流量、溫度、電壓、電流等,都要通過(guò)輸入模塊送到PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣,而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平,所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào),并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接收的控制信號(hào),以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型,每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí),主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊,部件上都設(shè)有接線端子排,為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理,這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路,其目的是把PLC與外部電路隔離起來(lái),以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換,即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量,因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量,經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。另外還有：0—somV、0—IV、—5—+SV、—10—+10V,0—10mA等。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴,把它轉(zhuǎn)換成8位、10位或12位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào),送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào),提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連,以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連,以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在磁帶上,磁帶上的信息可以重新裝入PLC。目前編程器主要有以下三種類型：〔1便攜式編程器<也叫簡(jiǎn)易編程器>：便于攜帶的特點(diǎn),一般只能用指令形式編程,通過(guò)按鍵輸入指令,通過(guò)數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求?！?圖形編程器以液晶顯示器<LCD>或陰極射線管<CRT>作屏幕,用來(lái)顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息,還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ)言編程,梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫儀等設(shè)備連接,有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高,適用于中、大型可編程控制器的編程要求。〔3用于IBM—PC及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?也可直接編制成梯形圖,其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種,編程工作方式是在PLC機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程,它的功能主要是輸入新的程序,或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤,一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài),除搜索、監(jiān)視、跟蹤外,還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器,主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵,在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤中都備有一個(gè)選擇鍵,以選擇其中一種方式工作?，F(xiàn)在產(chǎn)品越來(lái)越模塊化,可編程控制器也不例外,它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固,外形小巧,CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號(hào)的PLC的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)也不同,有的大型機(jī)輸入／輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K,而很多小型機(jī)僅有10來(lái)點(diǎn),而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出,但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。因此,用戶選型后,所需的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)不夠時(shí),就需對(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展,各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固,有易于接線的端子排,帶有擴(kuò)展總線或通過(guò)總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板,模擬輸入／輸出模板,熱電阻、熱電偶擴(kuò)展模板,還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。用擴(kuò)展模板來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：〔1用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求,選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì)PLC作硬件組態(tài),以求達(dá)到各種功能或控制精度,同時(shí)節(jié)省開支,減少不必要的投資。〔2當(dāng)已運(yùn)行的系統(tǒng)需要改造或擴(kuò)充時(shí),PLC可以隨時(shí)進(jìn)行升級(jí)或改版,所作的工作僅僅是替換或增加擴(kuò)展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能,專用模板的開發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能,而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。PLC中的電源一般有三類：+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運(yùn)放使用；供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；鋰電池及其充電電源。考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用,不同類型的電源其地線也不同。目前PLC的發(fā)展非常迅速,型號(hào)眾多,各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將PLC分為三大類：〔1小型機(jī)：256點(diǎn)以下〔無(wú)模擬量；〔2中型機(jī)：256~2048點(diǎn)〔64~128路模擬量；〔3大型機(jī)：2048點(diǎn)以上〔128~512路模擬量。具體實(shí)現(xiàn)時(shí),通常采用模板式結(jié)構(gòu),以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。但一些小型機(jī)常制作成一體機(jī),其配置固定,主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機(jī)一般在電源、或者CPU,甚至兩者都作了熱備份。1.4PLC特點(diǎn)<一>高可靠性1.所有的I/O接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離2.各輸入端均采用R-C濾波器其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.3.各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾4.采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源5.對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選6.良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況CPU立即采用有效措施以防止故障擴(kuò)大7.大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高<二>豐富的I/O接口模塊1.PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。2.有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥。3.直接連接另外為了提高操作性能它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊;為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。<三>采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC以外,絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu),PLC的各個(gè)部件包括CPU電源I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì),由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái),系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。<四>編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式,對(duì)使用者來(lái)說(shuō)不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí),因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。<五安裝簡(jiǎn)單維修方便

PLC不需要專門的機(jī)房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行,使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接即可投入運(yùn)行,各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置,便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障,由于采用模塊化結(jié)構(gòu),因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過(guò)更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。1.5PLC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。〔2PLC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,該線圈的所有觸點(diǎn)<包括其常開或常閉觸點(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。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1-2：圖1-2PLC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?！?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。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1-3：圖1-3PLC掃描周期示意圖2FX2N-4AD工作原理2.1FX2N-4AD簡(jiǎn)介三菱FX2n-4AD是三菱電機(jī)公司推出的一款FX2n系列PLC模擬量輸入模塊,有CH1~CH4四個(gè)通道,每個(gè)通道都可進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,分辯率最大為12位,采集信號(hào)的電壓為-10V~+10V,分辯率5mV。電流輸入時(shí),為4~20mA或-20~20mA,分辯率20uA。FX2n-4AD內(nèi)部有32個(gè)16位的緩沖寄存器<BMF>,用于與PLC主機(jī)交換數(shù)據(jù)。FX2n-4AD占用FX2n擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn),這8個(gè)點(diǎn)可分配為輸入與。FX2N-4AD輸出耗電為5V,30mA。2.2FX2N-4AD緩沖存儲(chǔ)器〔BFM>簡(jiǎn)介FX2N-4AD緩沖存儲(chǔ)器〔BFM>的分配如下表2-1：BFM內(nèi)容*#0指定CH1-CH4的輸入方式缺省值為H0000*#1CH1平均值的取樣的次數(shù)缺省值為8*#2CH2*#3CH3*#4CH4#5CH1CH1-CH4的平均值#6CH2#7CH3#8CH4#9CH1CH1-CH4的當(dāng)前值#10CH2#11CH3#12CH4#13-19保留*#20復(fù)位到缺省設(shè)定值缺省值為0*#21禁止調(diào)整偏移、增益值,缺省值為0〔1為允許調(diào)整*#22偏移、增益調(diào)整b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O1*#23偏移量缺省值為0*#24增益值缺省值為5000#25-28保留#29錯(cuò)誤狀態(tài)#30識(shí)別碼K2010#31禁用表2-1FX2N-4AD緩沖存儲(chǔ)器〔BFM>的分配帶*標(biāo)志的緩沖區(qū)〔如#0可以用BFM寫入指令TO從PLC寫入,不帶*標(biāo)志的緩沖區(qū)<如#5>可以用BFM讀出指令FROM讀入到PLC。3水塔水位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1水塔水位控制系統(tǒng)方案水塔水位控制系統(tǒng)方案如下圖3-1：圖3-1水塔水位控制系統(tǒng)方案3.2水位傳感器的選擇本設(shè)計(jì)選用的水位傳感器為PY201,以下為PY201的簡(jiǎn)介及主要參數(shù)

PY201采用進(jìn)口擴(kuò)散硅感壓芯體,全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu),具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性,適用于介質(zhì)壓力微弱的負(fù)壓壓力場(chǎng)合的測(cè)量與控制。采用進(jìn)口高精度感應(yīng)芯體,選進(jìn)的貼片工藝,配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償,溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路,將被測(cè)量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成0～10VDC、0.5～4.5VDC、4～20mA、0～5VDC等標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu),具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。使之產(chǎn)品的抗沖擊能力、過(guò)載能力、產(chǎn)品密封性等性能有了較大提高,產(chǎn)品最高壓力可達(dá)500米水位。主要適用于河流、地下水位、水庫(kù)、水塔及容器等的液位測(cè)量與控制。傳感器通常也被稱為：投入式液位傳感器、投入式液位變送器、液位傳感器、液位變送器、地下水位傳感器、地下水位變送器,水塔水位和水壓測(cè)控儀器。產(chǎn)品說(shuō)明

投入式液位傳感器,水位傳感器,液位變送器

1、產(chǎn)品概述及特點(diǎn)：

A、采用進(jìn)口擴(kuò)散硅感壓芯片；

B、選進(jìn)的貼片工藝,具有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償,溫度補(bǔ)償；

C、高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路；

D、全封焊結(jié)構(gòu)、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高；

E、輸出信號(hào)多樣化〔有電流型、電壓型；

F、結(jié)構(gòu)小巧,安裝方便；

G、電氣連接采用特殊灌封工藝,配套3芯導(dǎo)氣屏蔽電纜,防護(hù)等級(jí)達(dá)國(guó)家IP68標(biāo)準(zhǔn)

2、產(chǎn)品應(yīng)用：

A、水箱水位、油箱油位、水槽〔油槽的液位測(cè)量；B、水井、水塔、河流、水庫(kù)的水位測(cè)量；

C、污水處理設(shè)備、海洋水位、地下水監(jiān)測(cè)；

3、產(chǎn)品主要參數(shù)：

被測(cè)介質(zhì)：液體〔弱腐蝕性

壓力類型：表壓

量程：0～0.1M～1M～3M～5M～10M～20M～50M～100M～200M～500M〔水位深度最小量程為0.1米

輸出：4～20mA〔二線制、0～5VDC、0～10VDC、0.5～4.5VDC〔三線制

綜合精度：±0.25%FS、±0.5%FS

供電：24VDc〔9～36VDC

絕緣電阻：≥1000MΩ/100VDC

負(fù)載電阻:電流輸出型：最大800Ω

電壓輸出型：大于50KΩ

介質(zhì)溫度：-20～85℃

環(huán)境溫度：-20～85℃

儲(chǔ)存溫度：-40～90℃

相對(duì)濕度：0～95%RH

密封等級(jí)：IP68

過(guò)載能力：150%FS

響應(yīng)時(shí)間：≤5mS

穩(wěn)定性：≤±0.15%FS/年

振動(dòng)影響：≤±0.15%FS/年〔機(jī)械振動(dòng)頻率20Hz～1000Hz

電氣連接：3/5芯導(dǎo)氣屏蔽電纜全密封；標(biāo)準(zhǔn)配線8米

壓力連接：投入式

連接螺紋材料：304/316L不銹鋼3.3水塔水位控制系統(tǒng)主電路水塔水位系統(tǒng)控制主電路圖如下圖3-2：圖3-2水塔水位系統(tǒng)控制主電路3.4系統(tǒng)控制要求和硬件連線本設(shè)計(jì)的水塔儲(chǔ)水深度最高為5米,水池儲(chǔ)水最高深度為7米。所以設(shè)定水塔的上限液位為4.8米,下限液位為1米,水池的上限液位為6.7米,下限液位為2米。系統(tǒng)的硬件接線圖如下圖3-3所示,該水塔水位控制系統(tǒng)使用一臺(tái)電機(jī)和一個(gè)電磁閥分別對(duì)水塔和水池進(jìn)行注水。當(dāng)水塔水塔水位低于1米時(shí)啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行抽水,高于4.8米后停止抽水；當(dāng)水池的水位低于2米時(shí)電磁閥打開開始注水,高于6.7米時(shí)電磁閥關(guān)閉停止注水。圖3-3系統(tǒng)的硬件接線圖4基于FX2N-4AD的程序設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)工作過(guò)程本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)梯形圖如圖4-1、4-2所示。本程序首先通過(guò)FROM指令從FX2N-4AD的緩沖存儲(chǔ)器#30的誤別碼讀入D0中,用CMP指令將D0中的識(shí)別碼與K2010進(jìn)行比較如果一致則閉合M1,用TO指令設(shè)置CH1CH2通道為電流4mA-20mA輸入CH3CH4通道關(guān)閉,用TO指令設(shè)置CH1CH2通道的平均采樣數(shù)為4,然后用FROM指令讀緩沖存儲(chǔ)器