【正文】 切的道理，剛開始做組態(tài)的時(shí)候，由于我對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我把自己想出來一些以為是對的東西用到組態(tài)軟件上，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行 ，就是運(yùn)行的結(jié)果和我想要的結(jié)果不相符合。是這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)給予我理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)，提高了我實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 41 WINCC 組態(tài)畫面 畫面演示 啟動(dòng)仿真，運(yùn)行 WINCC 組態(tài)畫面。 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向 目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運(yùn)行于 32位 Windows 平臺(tái)的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并且對工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。 （ 3） 當(dāng)時(shí)國內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對 I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中， PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈 A4 亮，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈 A6 亮。 工作過程 設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個(gè)液位指示燈全滅。 （ 5）繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用 :而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。層次的改變也只能自上而下。每一個(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)的梯形圖程序如圖 32 所示。據(jù)此，可以對輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時(shí)，則水塔上限水位開關(guān) S4 為 OFF，水泵停止。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦 某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 四 、 編程簡單易學(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，對使用者來說，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。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對話的接口模塊 。 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。 如圖 13 所示 上電RUN自診斷通訊輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新故障 圖 13 PLC 掃描周期 示意圖 PLC 的 特點(diǎn) 一、 高可靠性 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 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。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。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。 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)。畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 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。 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。當(dāng)己運(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。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。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。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，或者對已有的程序予以編輯和修改。使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖 顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器 。智能 1/0 接口模塊種類很多，例如高速技術(shù)模塊、 PLCA 控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12 位的二制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊 D/A 轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 PLC 的 1/0 總線掛接。 數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字 信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接受的控制信號(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)。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電池供電，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。因此，它需要一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元 (RAM)以存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O映象區(qū)。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取。 EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。 PLC 常用的存儲(chǔ)器類型 RAM （ Random Assess Memory） 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。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 11 所示： 一 、中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。美國，日本，德國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)。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 — 梯形圖。這時(shí)的 PLC 多少有點(diǎn)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。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 在改革開放最初幾年，我國工業(yè)生產(chǎn)還處于手動(dòng)操作階段，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)發(fā)展緩慢。 我國在 80 年代初才開始使用 PLC，目前從國外引進(jìn)的 PLC 使用較為普遍的有日本 OMRON 公司 C 系列、三菱公司 F 系列、美國 GE 公司 GE 系列和德國西門子公司 S 系列等。 1969 年，第一臺(tái)可編程控制器 PDP14 由美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）制作成功，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。 這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代 PLC 的最基本功能，值得注意的是 PLC 并不等同于普通計(jì)算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計(jì)。 輸入可以是交流 115V。 可靠性高于繼電器控制柜。 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種向小批量、多品種 轉(zhuǎn)換，繼電器 — 接觸器控制難以滿足市場需要，此問題首先被美國通用汽車公司（ GM 公司）提了出來。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)簡單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用此控制系統(tǒng)能顯著提高勞動(dòng) 效 率，減少勞動(dòng) 強(qiáng)度。 【進(jìn)度安排】 2020 年 9 月 21 日 2020 年 9 月 30 日 選題、調(diào)研、收集資料 2020 年 10 月 8 日 2020 年 10 月 15 日 論證、開題 2020 年 10 月 16 日 2020 年 11 月 30 日 設(shè)計(jì)（寫作初稿） 2020 年 12 月 1 日 2020 年 1 月 10 日 修改、定稿、打印 【參考文獻(xiàn)】 [1]胡學(xué)林 .《 可編程控制器原理及應(yīng)用 》 .北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2020. [2]胡學(xué)林 .《 可編程控制器教程（提高篇） 》 .北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2020. [3]汪志峰 .《可編程控制器原理及應(yīng)用》 .西安 .電子科技大學(xué)出版社 ， 2020. [4]廖常初 .《 S7300/400PLC 應(yīng)用技術(shù)》 .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2020. 【指導(dǎo)教師意見】（有針對性地說明選題意義及工作安排是否恰當(dāng)?shù)龋? □同意提交開題論證 □修改后提交 □不同意提交（請說明理由） 指導(dǎo)教師簽章： 年 月 日 【系部意見】 □同意指導(dǎo)教師意見 □不同意指導(dǎo)教師意見（請說明理由） □其它（請說明） 系（部）主任簽章： 年 月 日 第 三 部 分 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 基于 PLC 控制系統(tǒng)控制的水塔水位 [摘 要 ] 隨著科技的發(fā)展，無論在日常生活中，還是在工農(nóng)業(yè)發(fā)展中， PLC 具有廣泛的應(yīng)用。 【預(yù)期的效果及指標(biāo)】 通過 STEP7 仿真軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)所有的控制任務(wù)。 【方案的比較與評(píng)價(jià)】 PLC 的應(yīng)用大大地減少了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞 動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)力。此次給水塔供水完成。 要求：（ 1） 水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個(gè)液位指示燈全亮。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)： （ 1）通過對工程實(shí)例的模擬，熟練地掌握 PLC 的編程和程序調(diào)試方法； （ 2）進(jìn)一步熟悉 PLC 的 I/O 連接； （ 3）熟悉水塔水位等類似邏輯的工程實(shí)際的編程方法。通過控制 S7－ 300 PLC 的定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn)水塔水位控制的運(yùn)行。通過控制 S7－ 300 PLC 的定時(shí)繼電器的功能來實(shí)現(xiàn)水塔水位的升降。 （ 2）當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈 A2 滅，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈 A3 滅，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈 A4 滅，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示