1、 编号：2013020839新乡学院可编程控制器应用技术课程设计（ 2013 届本科）题目： 基于 S7-200PLC 水塔水位控制系（部）院：物理与电子工程学院专业：电子信息科学与技术二班姓名：刘倩倩指导老师：片春媛完成日期：2016 年 1 月 6 日 论文题目 基于 S7-200PLC 水塔水位自动控制系统设计作者姓名 刘倩倩 所属院系、专业、年级物理与电子工程学院 13 级电子信息科学与技术 2 班指导教师姓名 片春媛 任务下达日期 2015.12.24一：课程设计主要内容水塔水位控制器是指应用在水塔上进行自动水位控制的仪器，一般是全自动型，能实现无人值守，缺水自动补水，水满能自动停止
2、进水。现有一水塔水位控制系统，当水池液位低于下限液位开关 S1，S1 此时为 ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当 1S 以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位开关 S4 为 OFF,表示水位高于下限水位，（由于实验台装置无报警器设备，所以本次实验假设 1s 以后水位已高于下限位） 。当水位液面高于上限水位，则 S2 为 ON，电磁阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关 S3 为 ON，水泵开始工作，向水塔供水，当 S3 为 OFF 时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔上限水位开关 S4 为
3、OFF，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。目录摘 要 4第 一 章 绪 论 41.1 PLC 的 发 展 .41.2 PLC 的 基 本 结 构 .5二：课程设计要求水塔水位控制器是指应用在水塔上进行自动水位控制的仪器，一般是全自动型，能实现无人值守，缺水自动补水，水满能自动停止进水。三：课程设计安排阶段 论文（设计）各阶段名称 起止日期1 熟记设计任务书、审题 2015.12.26-2015.12.272 查阅有关资料 2015.12.27-2016.12.293 阅读设计要求必读的参考资料 2015.12.30-2016.1.14 选取方案 20
4、16.1.1-2016.1.25 硬件 2016.1.3-2016.1.66 送交打印单位装订成规范的设计文本 2016.1.6-2016.1.7指导老师签字：1.3PLC 特 点 51.4 PLC 的 工 作 原 理 .6第 二 章 水 塔 水 位 系 统 PLC 硬 件 设 计 82.1 要求独立完成水塔水位控制 PLC 系统设计与调试。 82.2 水塔水位系统控制电路 .92.3 输入/输出分配 .92.3.1 列出水塔水位控制系统 PLC 的输入/ 输出接口分配表 10第三章 水塔水位控制系统 PLC 软件设计 113.1 程序流程图 .113.2 梯形图及语句表 123.3 外部接线
5、图模拟仿真结果 .143.4 模拟仿真结果.18第 四 章 设 计 总 结 20参 考 文 献 21附件：成绩评定表摘 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、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在
6、适当的位置。关键词 水位控制、西门子 S7-200第 一 章 绪 论1.1PLC 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
7、能力。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、远
8、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。1.2 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， 、中央处理单元(CPU)，如下图所示。1.3 PLC 特点(一) 高可靠性1. 所
9、有的 I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离2. 各输入端均采用 R-C 滤波器其滤波时间常数一般为 1020ms.3. 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰4. 采用性能优良的开关电源5. 对采用的器件进行严格的筛选6. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施以防止故障扩大7. 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高(二) 丰富的 I/O 接口模块1. PLC 针对不同的工业现场信号如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。2
10、. 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀。3. 直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。(三) 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(四) 编程简单易学PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识
11、，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(五) 安装简单维修方便PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。1.4 PLC 的工作原理（1 ）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/
12、O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2 ）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输
13、入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在上面的程序起作用。 （3 ）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。第二章 水塔水位系统 PLC 硬件设计水塔水位控制装置图2.
14、1 要求独立完成水塔水位控制 PLC 系统设计与调试。保持水池的水位在 S3S4 之间，当水池水位低于下限液位开关 S3，此时 S3 为 ON，水阀打开，开始往水池里注水，当 1S 以后，此时水池下限液位开关 S3 为 OFF，表示水位高于下限水位。当页面高于上限水位 S4 时，则 S4 为 ON，电磁阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位开关 S2 时，则水塔下限液位开关 S2 为 ON，则驱动电机 M 开始工作，向水塔供水。当 S2 为 OFF 时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位开关S1 时，则 S1 为 ON，电机 M 停止抽水。 当水塔水位低于下限水位时，同时水池
15、水位也低于下限水位时，电机 M 不能启动 。2.2 水塔水位系控制电路2.3 输入/输出分配这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有 6 个开关量，开关量输出触点书有 8 个，输入、输出触点数共有 14 个，只需选用一般中小型控制器即可。据此，可以对输入、输出点作出地址分配。2.3.1 列出水塔水位控制系统 PLC 的输入/输出接口分配表输入继电器输入变量名输出继电器输出变量名I0.0 启动开关 Q0.0 水阀 EI0.1 停止开关 Q0.1 水泵 DI0.2 水池下限液位开关 Q0.2 水池下限指示灯 GI0.3 水池上限液位开关 Q0.4 水池上限指示灯 FI0.4 水塔下限液位开
16、关 Q0.5 水塔下限指示灯 CI0.5 水塔上限液位开关 Q0.7 水塔上限指示灯 A第三章 水塔水位控制系统 PLC 软件设计3.1 程序流程图水塔水位控制系统的 PLC 控制流程图，根据设计要求控制流程图如下：水池水位低于下限吗？开始电磁阀打开3.2 梯形图及语句表1s 后水池水池水位高于下限吗？水池水位低于下限吗水池继续进水水池水位高于上限电磁阀关闭水泵启动，给水塔供水水塔水位高于下限水塔水位高于上限 水池水位低于上限水泵停止结束3.3 外部接线图3.4 模拟仿真结果第四章 设计总结在新乡学院学的所有课程的我，要用我所学的知识作出一个设计，给与我所学知识一个肯定。我做的这个题目是有关与
17、PLC系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了PLC软件的简单编程方法，对于PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。刚开始学习PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了，在实验台进行实验室结果并不能正常显现。这主要是因为我没有把理论和实践相结合，
18、缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。设计过程中得到老师的意见和同学的讨论。再加上上网搜集到的资料，我也明白了不是每个问题都能自己解决的，只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好，古人云：三人行必有我师。所以说学习要善于向别人请教，学思结合。如今课程设计是做完了，这使我有一种成就感，可是我的学习之路还没有完，是这次设计让我明白了人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感，要放眼望去，通过去参与各种实践，提升自己的动手能力，创造属于自己的未来。参考文献1何献忠. 可编程控制器应用技术 （西门子S7-200系列） （第2版）.清华大学出版社2廖常初PLC 基础及应用北京 机械工业出版社，20043李俊季、赵黎明. 可编程控制应用技术实训指导 . 北京：化学工业出版社，20014钟肇新、范建东. 可编程控制器原理及应用（第三版） . 广州：华南理工大学出版社，20035汪志峰,可编程控制器原理及应用.西安.电子科技大学出版社， 2004成绩评定依据：评定项目 评分成绩1.设计方案可行性及其优化2.设计过程及结果3.设计报告的规范性、参考文献充分总分
