1、精選優質文檔-傾情為你奉上 畢 業 設 計（論文） （說 明 書） 題 目：基于PLC的水塔液位自動控制系統設計 姓 名： 王 松 學 號： 平頂山工業職業技術學院年 月 日平頂山工業職業技術學院畢 業 設 計 （論文） 任 務 書姓 名 王 松 專業班級 電氣自動化對口1班 任 務 下 達 日 期 年 月 日設計（論文）開始日期 年 月 日設計（論文）完成日期 年 月 日設計（論文）題目： 基于PLC的水塔液位自動控制系統設計 指 導 教 師 系（部） 主 任 年 月 日平頂山工業職業技術學院畢業設計（論文）答辯委員會記錄 自動化與信息工程 學院 電氣自動化技術 專業，學生 王松 于 年 月

2、 日進行了畢業設計（論文）答辯。設計題目： 基于PLC的水塔液位自動控制系統設計 專題（論文）題目： 指導老師： 答辯委員會根據學生提交的畢業設計（論文）材料，根據學生答辯情況，經答辯委員會討論評定，給予學生 王松 畢業設計（論文）成績為 。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會 主 任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員成員： ， ， ， ， ， ， , 。平頂山工業職業技術學院畢業設計（論文）評語第 頁共 頁學生姓名： 王松 專業班級 電氣自動化對口1班 年級 11級 畢業設計（論文）題目： 基于PLC的水塔液位自動控制系統設計 評 閱 人： 指導教師： （簽字） 年 月 日成 績

3、： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業設計（論文）及答辯評語： 專心-專注-專業摘 要隨著科技的發展，無論在日常生活中，還是在工農業發展中，PLC具有廣泛的應用。PLC的一般特點：抗干擾能力強，可靠性極高、編程簡單方便、使用方便、維護方便、設計、施工、調試周期短、易于實現機電一體化。PLC總的發展趨勢是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小體積、低成本、通信組網能力強。本水塔水位控制系統采用PLC為控制核心，具備開啟和全部停止功能，這是一種PLC控制的自動調節控制系統。應用此控制系統能顯著提高勞動效率，減少勞動強度。【關鍵詞】：PLC；自動控制；水塔液位目 錄第1章 概述1.1課題設計背

4、景在工業生產中，電流、電壓、溫度、壓力、液位、流量、和開關量等都是常用的主要被控參數。其中，水位控制越來越重要。在社會經濟飛速發展的今天，水在人們正常生活和生產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事故及損失。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業中最重要的基礎設施之一。任何時候都能提供足夠的水量、平穩的水壓、合格的水質是對給水系統提出的基本要求。就目前而言，多數工業、生活供水系統都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲水設備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給。傳統的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺點。不利于長遠發展。在工農業生產以及日常

5、生活應用中，常常會需要對容器中的液位（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中，穩定、可靠是控制系統的基本要求。因此如何設計一個精度高、穩定性好的水位控制系統就顯得日益重要。1.2課題設計意義隨著科學技術的不斷發展，自動控制技術在我國的日新月異，繼電器控制系統已跟不上時代的發展要求，取而代之的是可編程控制器，以PLC構成的自動控制水塔系統已在住宅小區中廣泛應用。可編程控制器是在繼電器控制的基礎上逐漸發展起來的以

6、微處理器為核心，集微電子技術、自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，以工業自動化控制為目標的新型控制裝置，目前已在工業、農業、商業、交通運輸領域得到廣泛應用，成為各行業的通用控制核心產品。正在向更加可靠、操作簡單、通用性強、價格低廉的方向發展，使自動控制實現起來更容易。在一般住宅或大樓頂樓常設置水塔或水箱以提供充足的水壓供用戶使用,另備有地下水槽儲存自來水公司提供的水源并給頂樓水塔進水使用。由于當前可編程序控制器(PLC)技術已日趨成熟,因而考慮利用它來實現水塔/水箱供水控制。1.3課題設計任務本次畢業設計內容是應用S7-200 PLC控制水塔水位系統的硬件電路，并利用OB1的梯形圖控制程序

7、設計。通過控制S7200 PLC的定時繼電器的功能來實現水塔水位的升降。第2章 設計方案分析與確定2.1單片機控制單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統。使用單片機設計的優點在于它們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓底功耗。但是編程復雜，對環境的要求較高，出現故障時進行調試不方便，可靠性不高。2.

8、2繼電器控制采用繼電接觸式控制系統設計交通燈控制系統，主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關等組成，其控制方式是斷續的，所以又稱為斷續控制系統。雖然這種系統也具有結構簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優點，但這種控制系統的缺點是采用固定接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。2.3可編程邏輯控制器控制可編程控制器簡稱PC（Programmable Controller），它經歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC

9、）相區別，現在把可編程邏輯控制器簡稱為PLC。它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制，系統功能僅限于執行繼電器邏輯、計時、計數等。可編程序控制器控制系統是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。它具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區別于其他一般微型控制系統的一個重要特征。如果采用PLC作為水塔液位控制系統的控制核心，只需將程序下載到PLC內即可。并可通過通信隨時對控制系統進行調試。PLC適應環境的能力非常強，抗干

10、擾等方面能力都非常強大，性能價格比也很高。2.4控制方案確定可編程控制器控制技術與繼電-接觸器控制技術、單片機控制技術的異同點：1.功能強，性能價格比高在實時檢測和自動控制的單片機應用系統中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構軟硬件結合，加以完善。繼電器是用于邏輯控制，起到過渡作用的，亦可控制小負載。PLC是可編程邏輯控制器，是用軟件來進行邏輯控制的，而繼電器是用硬件結構來控制的。一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比。可編程序控制器可以通過通信聯網

11、，實現分散控制，集中管理。2.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強可編程序控制器產品已經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統配置，組成不同的功能、不規模的系統。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。3.可靠性高，抗干擾能力強單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。而PLC的編程更比單片機通俗易懂。傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器

12、、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。4.系統的設計、安裝、調試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編

13、程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。5.編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖和單片機的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言

14、，可編程序控制器在執行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執行。6.維修工作量少，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。這些都是繼電器和單片機無法比擬的。7.體積小，能耗低對于復雜的控制系統，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。PLC的配線比繼電器控制系統的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的

15、安裝接線工時，可以減少大量費用。將PLC用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，目前大多品牌的PLC內部均配有實時時鐘，通過編程控制可對水塔液位實施全天候無人化管理。8.發展前景好PLC隨著計算機科學的發展和工業自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發展，其技術和產品日趨完善。僅僅將PLC理解為開關量控制的時代己經過去，PLC不僅以其良好的性能滿足了工業生產的廣泛需要，而且將通信技術和信息處理技術融為一體，其功能也日趨完善。今后，PLC將主要朝著以下兩個方向發展：一個是向超小型專用化和低價格方向發展;另一個是向高速多功能和分布式

16、自動化網絡方向發展。總的趨勢如下階：1).可編程控制技術的標準化2). CPU處理速度進一步加快3).可編程控制技術的智能化4).系統的開放性和兼容性5).通用性和專業化的結合6).可靠性進一步提高7).控制系統分散化8).控制與管理功能一體化綜合以上優點，所以本設計采用可編程序控制器實現水塔液位自動控制。第3章 硬件設計3.1水塔水位控制系統裝置水塔水位控制裝置如圖3-1所示：圖3-1 水塔水位控制裝置圖水塔水位的工作方式1.當水池液位低于下限液位開關S1，S1此時為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當4S以后，若水池液位沒有超過水池下限液位開關時，則系統發出報警，若系統正常，此時水池下限

17、液位開關S4為OFF,表示水位高于下限水位。當水位液面高于上限水位，則S2為ON，電磁閥關閉。2.當水塔水位低于水塔下限水位時，則水塔下限水位開關S3為ON，水泵開始工作，向水塔供水，當S3為OFF時，表示水塔水位高于水塔下限水位。當水塔液面高于水塔上限水位時，則水塔上限水位開關S4為OFF，水泵停止。3.當水塔水位低于下限水位，同時水池水位也低于下限水位時，水泵不能啟動。3.2水塔水位控制系統硬件選擇對于這種中小型自動控制中，在主機模塊選擇時，常用的主機有CPU222，CPU224，CPU226三種。方案一：若選擇CPU222作為主機，由于CPU222有8輸入/6輸出，與此設計的4輸入/22

18、輸出相差16點數字量輸出。還需要擴展16點數字量輸出。方案二：若選擇CPU224作為主機，仍然缺少8點數字量輸出，和前者相比，CPU224的存儲容量增大了一倍，它可以有7個擴展模塊，并且有內置時鐘，有更強的模擬量和高速計數處理能力。是使用的相對較多的S7-200產品。方案三：如果選用CPU226作為主機，CPU226主機為24輸入/16輸出，與4輸入/22輸出較為接近，只需擴展一片8點數字量輸出的擴展模塊即可。和CPU224相比，CPU226增加了通訊口的數量，使得它的通信能力大大增強，可以用于點數較多，要求較高的小型或者中型控制系統。經過價格、性能、擴展模塊的數量的比較，以及設計的要求等多方

19、面的考慮，選用一臺晶體管輸出結構的CPU224小型PLC作為控制中心最合適。CPU224的I /O點數為24點（14入10出）。3.3水塔水位控制系統電路設計1.PLC控制主電路連接如圖3-3所示：圖3-3PLC控制主電路連接圖2.PLC控制電氣連接如圖3-4所示：圖3-4PLC連接圖3.4 I/O接口分配1.水塔水位控制系統PLC的輸入/輸出接口分配表如下表：表3-4 水塔水位控制系統PLC的輸入/輸出接口分配表輸入信號輸入變量名輸出信號輸出變量名I0.0啟動開關Q4.0水閥M1I0.1停止開關Q4.1水泵M2I0.2水池下限位Q4.2水池下限指示燈A1I0.3水池上限位Q4.3水池水位報警

20、指示燈A2I0.4水塔下限位Q4.4水池上限指示燈A3I0.5水塔上限位Q4.5水塔下限指示燈A4Q4.6水塔水位報警指示燈A5Q4.7水塔上限指示燈A62.水塔水位控制系統的I/O設備這是一個單體控制小系統，沒有特殊的控制要求，它有6個開關量，開關量輸出觸點數有8個，輸入、輸出觸點數共有14個，只需選用一般中小型控制器即可。據此，可以對輸入、輸出點作出地址分配。第4章 軟件設計4.1程序流程圖水塔水位控制系統的PLC控制流程圖，根據設計要求，控制流程圖，如圖4-1所示： 圖4-1 水塔水位控制系統的PLC控制流程圖這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所存放的第一

21、條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執行用戶程序，直到程序結束。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始。4.2梯形圖程序設計及工作過程分析梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯等術語和圖形符號，與傳統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而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數PLC用戶都首選使用梯形圖編程。1.梯形圖編程的一般規則有：（1

22、）梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內。（2）梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認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質上是變量存儲器中的位觸發器，相應某位觸發器為“1態”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸

23、點打開，反之為“O態”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內部繼電器線圈外，還包括定時器、計數器、移位寄存器、狀態器等的線圈以及各種比較、運算的結果。（4）梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。（5）繼電器線圈在一個程序中不能重復使用:而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數不受限制。（6）PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設計梯形圖時，可以減少許多有約束關系的聯鎖電路，從而使電路設計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程

24、序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。當PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執行，但CPU是不能同時去執行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執行一個操作。2.工作過程設水塔、水池初始狀態都為空著的，4個液位指示燈全滅。當執行程序時，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，水閥打開，開始往水池里進水；如果進水超過4秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統出現故障，系統就會自動報警，水池報警燈A2亮。若4秒之后水池液位按預定的超過水池下限位，說明系統在正常的工作，水池下限位的指示燈A1亮，此時，水池的液位已經超過了下限位了，系統檢測到

25、此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水；如果進水超過4秒，而水塔液位沒有超過水池下限位，說明系統出現故障，系統就會自動報警，水塔報警燈A5亮。當水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈A3亮，水閥就關閉。但是水塔現在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈A4亮，水泵繼續工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈A6亮。但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經把水池的水抽走了，此時水塔液位已經低于水池上限，水池上限指示燈A3滅。此次給水塔供水完成。4.3水塔水位控制系統梯形圖水塔水位控制系統梯形圖：（1）啟停程序：

26、（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）水泵啟停控制程序：（7）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：結 論大學三年，在畢業之際，要用我這三年所學的知識做出一個設計，來給予我這三年所學知識的一個肯定。我做的這個題目是有關PLC的，也是將我三年所學習的知識的一個結合應用。是這次做畢業設計給予我理論與實踐相結合的機會，提高了我實際操作和獨立解決問題的能力。通過這次設計實踐。讓我更熟練的掌握PLC的編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我的專業基礎。在對組態軟件的學習當中，躺臥體會到了細節界定一切的道理，剛開始做組態的時候，由于我對一些細節不加重視，當我把自己想出來一些以為是對的東西用到組態軟件上，問題出現了，不是不能運行，