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河南机电高等专科学校水塔水位PLC控制课程设计报告系部：电气工程系专业：电机与电器班级：电器学生姓名：学号：13032015年7月6日1.课程设计目的（1）利用plc构成水塔水位（液位）控制系统。（2）了解自动控制的工作原理及设备在日常生活中的应用。（3）熟悉基本指令的应用。（4）熟悉语句表指令的应用及其与梯形图程序的转换。（5）掌握PLC外部输入、输出电路的设计和导线的连接方法。（6）掌握PLC的编程和调试方法。（7）对应用PLC解决实际问题的全过程有个初步的了解。（8）掌握应用软件的编程方法。（9）利用PLC构成水塔水位控制系统。（10）了解自动控制的工作原理及设备在日常生活中的应用2.课程设计题目和要求（1）初始状态：水箱没有水，液位开关S4断开（S4e为OFF）.(2)控制要求：本装置上电后，按启动按钮，电动阀Y通电（Y为ON）,水箱开始注水：当水箱水位到达S4高度后，液位开关S4关闭(S4为ON)，当液位到达S3高度（水满）时，液位开关S3闭合|（S3为ON），注水电动阀Y断电（Y为OFF），水箱停止注水：此后，随着水塔水泵抽水过程的进行，水箱液面逐渐降低，液位开关S3（S3=OFF）复位:随着抽水过程的继续进行，水箱液面继续降低，当液面低于开关S4时，液位开关S4复位（S4为OFFF），电动阀Y再次通电（Y为ON），水箱（自动）注水，当液位达到S3时再次停止注水，如此循环，使水箱水位保持在S3~S4之间。（3）当水箱水位高于S4液位，并且水塔水位低于最低允许液面开关S3（液位开关S2为OFF）时，水泵电动机M开始运行，向水塔抽水；当液面达到最高液位开关S1时，水塔电动机M停止抽水（M为OFF），此循环控制使得水塔自动保持在S1~S2之间。3.设计内容3.1PLC的介绍可编程控制器（ProgrammableController）,也称可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），是以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，为了避免与个人电脑（也简称为PC）相混淆，通常将可编程控制器简称为PLC[1]。早期的PLC——虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，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个阶段：可编程逻辑控制器[2]。这时的PLC多少由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。装置中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。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量块、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。9/28进入八十年代中、后期，由于超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。我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外引进的PLC使用较为普遍是由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。3.2PLC的特点及应用可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。3.2PLC的特点及应用特点：1可靠性高2．适应性强，应用灵活3．编程方便，易于使用4．控制系统设计、安装、调试方便5．维修方便，维修工作量小6．功能完善应用：1.开关量逻辑控制2.过程控制3.运动控制4.数据处理5.通信联网(构成DCS、FCS系统)3.3PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。可编程控制器（PLC）的工作有两个要点：入出信息变换、可靠物理实现，入出信息变换主要由运行存储于PLC内存中的程序实现。这程序既有系统的（这程序又称监控程序，或操作系统），又有用户的。系统程序为用户程序提供编辑与运行平台，同时，还进行必要的公共处理，如自检，I/O刷新，与外设、上位计算机或其它PLC通讯等处理。用户程序由用户按照控制的要求进行设计。什么样的控制，就有什么样的用户程序。3.4PLC的I/O地址分配SB0.0YQ0.0S1I0.1MQ0.1S2I0.2S3I0.3S4I0.43.5外部PLC接线图图1-1所示图1-13.6PLC程序的设计4.设计总结这次实验设计，对西门子PLC有了进一步了解。在理论与实际的结合中，对书本的知识有了更加深入的认识。这次的实验实践，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。刚开始学习使用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。最后通过对实际问题分析，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提醒，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，所以说学习要善于向别人请教，学思结合，才能更快的进步。5.参考书目（1）孙平·可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，2003（2）张桂香·电气控制与PLC.北京；化学工业出版社，2003（3）7-300系列《微型可编程控制器使用手册》[M].北京：人民邮电出版社，2005（4）《电气控制与PLC应用》[M].北京：化学工业出版社，2003（5）张发玉.《PLC原理与应用》[M].北京：清华大学出版社，2005（6），《电气控制与PLC原理及应用》[M]..北京：电子工业出版社，2003