基于plc控制系统的水塔水位设计

基于plc控制系统的水塔水位设计内容摘要：

工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图 11 所示： 一 、中央处理单元 (CPU) 中央处理单元 (CPU)是 PLC 的控制中枢。 它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装 置的状 态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 图 11 PLC 控制系统示意图 如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。 这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 二 、存储器 存放系统软件的存储器称为系 统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 PLC 常用的存储器类型 RAM （ Random Assess Memory） 这是一种读 /写存储器 (随机存储器 )，其存取速度最快，由锂电池支持。 毕业设计 5 EPROM（ Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。 在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。 (在紫外线连续照射下可擦除存储器内容 )。 EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。 使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 PLC 存储空间的分配 虽然各种 PLC 的 CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据 PLC 的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域： 系统程序存储区 系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等） 用户程序存储区 系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。 包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。 由制造厂商将其固化在 EPROM 中，用户不能直接存取。 它和硬件一起决定了该 PLC 的性能。 系统 RAM 存储区：系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。 I/O 映象区：由于 PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。 因此，它需要一定数量的存储单元 (RAM)以存放 I/O 的状态和数据，这些单元称作 I/O映象区。 一个开关量 I/O 占用存储单元中的一个位（ bit），一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字（ 16 个 bit）。 因此整个 I/O 映象区可看作两个部 分组成：开关量 I/O 映象区；模拟量 I/O 映象区。 系统软设备存储区 ：除了 I/O 映象区区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。 该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当 PLC 断电时，数据被清零。 用户程序存储区 ：主要用来存放用户的应用程序。 所谓用户程序是指使用户根据工程现场的生产过程和工艺要求编写的控制程序。 此程序由使用者通过编程毕业设计 6 器输入到 PLC 机的 RAM 存贮器中 ，以便于用户随时修改。 也可将用户程序存放在 EEPROM 中。 三 、输入 /输出模块 输入 /输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的接口。 现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量 (压力、流量、温度、电压、电流 )等，都要通过输入模块送到 PLC。 由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器 CPU 所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成 PLC 能够接受和处理的数字信号。 输出模块的作用是接收中央处理器处理过的数字 信号，并把它转换成现场执行部件所能接受的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。 可编程控制器有多种输入 /输出模块，其类型有数字量输入 /输出模块和模拟量输入 /输出模块。 这些模块又分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入 /输出模块和模拟量输入 /输出模块，部件上都设有输入接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于 PLC 内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。 数字量输入模块带有光电祸合电路，其目的是把PLC 与外部电路隔离开来，以提高 PLC 的抗千扰能力。 数字量输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。 模拟量输入 /输出模块主要用来实现模拟量一数字量之间的转换，即 A/D 或 D/A 转换。 由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入 /输出模块与 PLC 的中央处理器连接。 模拟量输入模块 A/D 转换后的二进制数字量，经光电祸合器和输入锁存缓冲器与 PLC 的 1/0 总线挂接。 模拟量输出模块 D/A 转换前的二进制数字量，经光电祸合器和输出锁存器与 PLC 的 1/0 总线挂接。 现在标准量程的模拟电压主要是 0 一 5 伏和 O 一 10 伏两种， 模拟电流主要是 0 一 ZomA 和 4 一 ZomA 两种。 另外还有。 一 somV， o 一 IV、一 5 一 +SV、一 10 一 +10V， o 一 10mA 等。 模拟量输入模块接收到标准量程的模拟电压或电流后，把它转换成 8 位、 10 位或 12 位的二制数字信号，送给中央处理器进行处理。 模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。 四 、扩展模块 毕业设计 7 当一个 PLC 中心单元的 1/0 点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。 模块 随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，各可编程控制器制造厂家已经开发出一系列的智能接口模块，使可编程控制器的功能更加强大和完善。 智能 1/0 接口模块种类很多，例如高速技术模块、 PLCA 控制模块、数字位基于 PLC 的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、中断控制模块、智能存贮模块以及智能 1/0 模块等。 五 、编程器 它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上 的信息可以重新装入 PLC。 目前编程器主要有以下三种类型 :便携式编程器 (也叫简易编程器 )。 图形编程器。 用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程器。 便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。 图形编程器以液晶显示器 (LCD)或阴极射线管 (CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。 使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图 显示在屏幕上十分直观。 图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。 但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程要求。 用于 IBM 一 PC 及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。 编程器工作方式主要有编程和监控两种，编程工作方式是在 PLC 机处于停机状态时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。 监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视 ，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。 因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。 编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。 显示一般用液晶显示器，主要的显示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。 键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一毕业设计 8 个选择键，以选择其中一种方式工作。 现在产品越来越模块化，可编程控制器也不例外，它的结构紧密、坚固，外形小巧， CPU 本身只 提供了一定数量的数字输入和输出点数。 不同厂家、不同型号的 PLC 的输入 /输出点数也不同，有的大型机输入 /输出点数可达 16K，而很多小型机仅有 10 来点，而且 CPU 本身不带模拟输入与输出，但 CPU 一般都带有扩展接口。 因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户选用。 扩展模板的外形一般也小巧、坚固，有易于接线的端子排，带有扩展总线或通过总线连接器与 CPU 相连。 主要有数字输入 /输出模板，模拟输入 /输出模板，热电阻、电偶扩展模板，还有智能模板等许多具 有专用功能的特殊模板。 用扩展模板来扩展系统，具有以下的优点 用户可根据自己时间控制系统的要求，选用各种合适的扩展模块对 PLC 作硬件组态，以求达到各种功能或控制精度，同时节省开支，减少不必要的投资。 当己运行的系统需要改造或扩充时， PLC 可以随时进行升级或改版，所作的工作仅仅是替换或增加扩展模板和修改相应的控制软件。 特殊模板及智能模板的开发将进一步扩展可编程控制的功能，专用模板的开发不仅扩大了可编程控制系统的控制功能，而且将进一步提高控制质量与可靠性。 六 、 电源 PLC 中的电源一般有三类： +5V、 177。 15V 直流电源：供 PLC 中 TTL 芯片和集成运放使用； 供输出接口使用的高压大电流的功率电源； 锂电池及其充电电源。 考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。 目前 PLC 的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。 通常根据其 I/O 点的数量将 PLC 分为三大类： 小型机： 256 点以下（无模拟量）； 中型机： 256 ~ 2048 点（ 64 ~ 128 路模拟量）； 大型机： 2048 点以上（ 128 ~ 512 路模拟量）。 具体实现时， 通常采用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置。 毕业设计 9 但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用；而一些大型机一般在电源、或者 CPU，甚至两者都作了热备份。 PLC 的 控制 原理 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的。 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的 运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点 (包括其常开或常闭触点 )不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于。