【正文】 燈 A2 亮。 PLC 總的發(fā)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(wǎng)能力強。 當 PLC 存在故障時，會自動報警并顯示故障原因，安全性能較好，便于維修。通過 Wincc 畫面，能控制、監(jiān)控系統(tǒng)工作全過程，系統(tǒng)報警在 Wincc 畫面能準確及時反應。 本水塔水位控制系統(tǒng)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(diào)節(jié) 控制系統(tǒng)。 可編程控制器的產(chǎn)生與繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)有很大的關系。但是當工作模式改變時，就必須改變控制系統(tǒng)的硬件接線，控制柜內(nèi)的物件和接線都要作相應的變動，改造工期長，費用高，用戶改造時寧愿扔掉舊控制柜，另作一個新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。 維護方便，最好是插件式。 在成本上可與繼電器控制柜競爭。 畢業(yè)設計 2 用戶程序存儲器容量至少能擴展 4KB。所以，可編程控制器廣泛地應用于各工業(yè)領域。國外專家預言， PLC 技術將在工業(yè)自動化的三大支柱（ PLC、機器人和 CAD/CAM）中躍居首位。因此，無論是單機還是多機控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器。 PLC 的發(fā)展 雖然 PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術的不斷進步， PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段： 早期的 PLC 一般稱為可編程邏輯控制器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。 在 70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 PLC 發(fā)生了巨大的變化。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 圖 11 PLC 控制系統(tǒng)示意圖 如此循環(huán)運行，直到停止運行。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。 I/O 映象區(qū)：由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設。 系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：除了 I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC內(nèi)部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。此程序由使用者通過編程畢業(yè)設計 6 器輸入到 PLC 機的 RAM 存貯器中 ，以便于用戶隨時修改。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標準電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號。數(shù)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把PLC 與外部電路隔離開來，以提高 PLC 的抗千擾能力。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 PLC 的 1/0 總線掛接。一 somV， o 一 IV、一 5 一 +SV、一 10 一 +10V， o 一 10mA 等。模塊 隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開發(fā)出一系列的智能接口模塊，使可編程控制器的功能更加強大和完善。目前編程器主要有以下三種類型 :便攜式編程器 (也叫簡易編程器 )。圖形編程器以液晶顯示器 (LCD)或陰極射線管 (CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。用于 IBM 一 PC 及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強。編程器的結(jié)構一般包括顯示部分與鍵盤部分。不同廠家、不同型號的 PLC 的輸入 /輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入 /輸出點數(shù)可達 16K，而很多小型機僅有 10 來點，而且 CPU 本身不帶模擬輸入與輸出，但 CPU 一般都帶有擴展接口。用擴展模板來擴展系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點 用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對 PLC 作硬件組態(tài)，以求達到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。15V 直流電源：供 PLC 中 TTL 芯片和集成運放使用； 供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源； 鋰電池及其充電電源。 具體實現(xiàn)時， 通常采用模板式結(jié)構，以便用戶根據(jù)實際應用需求進行配置。 PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的 運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點 (包括其常開或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。 對采用的器件進行嚴格的篩選。有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶 的需要自行組合。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 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。 表 21 水塔水位控制系統(tǒng) 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 啟動開關 水閥 M1 停止開關 水泵 M2 水池下限位 水池下限指示燈 A1 水池上限位 水池水位報警指示燈 A2 水塔下限位 水池上限指示燈 A3 水塔上限位 水塔下限指示燈 A4 水塔水位報警指示燈 A5 水塔上限指示燈 A6 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設備 這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有 6 個開關量，開關量輸出觸點數(shù)有 8 個，輸入、輸出觸點數(shù)共有 14 個，只需選用一般中小型控制器即可。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。 梯形圖編程的一般規(guī)則有： （ 1）梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。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 。 （ 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。當 PLC 運行時，用戶畢業(yè)設計 17 程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。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。 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖，如圖 32 所示： 畢業(yè)設計 18 圖 32 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 （ 1）啟停程序： 圖 33 啟停程序梯形圖 （ 2）水閥控制程序： 圖 34 水閥控制程序 梯形圖 （ 3）水池下限水位指示程序： 畢業(yè)設計 19 圖 35 水池下限水位指示程序梯形圖 （ 4）水池水位報警程序： 圖 36 水池水位報警程序梯形圖 （ 5）水池水位上限指示程序： 圖 37 水池水位上限指示程序梯形圖 （ 6）水泵啟?？刂瞥绦颍? 圖 38 水泵啟?？刂瞥绦蛱菪螆D （ 7）水塔水位下限指示程序： 圖 39 水塔水位下限指示程序梯形圖 （ 8）水塔水位報警程序： 圖 310 水塔水位報警程序梯形圖 （ 9）水塔水位上限指示程序： 圖 311 水塔水位上限指示程序梯形圖 畢業(yè)設計 20 第 4 章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設計 組態(tài)軟件概述 “ 組態(tài) ” 的概念是伴隨著集散型控制系（簡稱 DCS）的出現(xiàn)才開始 被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術人員所熟知的。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控 層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構建一套最適合自己的應用系統(tǒng)。 究其原因，大致有以下幾 點： （ 1） 國內(nèi)用戶還缺乏對組態(tài)軟件的認識，項目中沒有組態(tài)軟件的預算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍唧w項目做長周期的繁冗的上位機的編程開發(fā)，而不采用畢業(yè)設計 21 組態(tài)軟件； （ 2） 在很長時間里，國內(nèi)用戶的軟件意識還不強，面對價格不菲的進口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購買正版。因此，在 1995 年以后，組態(tài)軟件在國內(nèi)的應用逐漸得到了普及。 建立 WINCC 組態(tài)畫面 WINCC 組態(tài)畫面 打開 WINCC 組態(tài)軟件，新建單用戶項目，然后進入圖形編輯管理器，建立WINCC 組態(tài)畫面，如圖 41 所示。 我做的這個題目是有關 PLC 與組態(tài)軟件相結(jié)合的， 也是將我三年所學習的知識的一個結(jié)合應用。在對理論的運用中，提高了我的專業(yè)基礎。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法。這次畢業(yè)設計教給了我在以后面對時的另一條道路 —— 自己去尋求答案。 要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是論文得以完成的基礎 。在以往的傳統(tǒng)的學習模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)論文，我們學會了如何將學到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。 畢業(yè)設計 30 參考文獻 [1]胡學林 .《 可編程控制器原理及應用 》 .北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2020： 1. [2]胡學林 .《 可編程控制器教程（提高篇） 》 .北京 .電子工業(yè)出版社 ， 2020： 8. [3]汪志峰 .《可編程控制器原理及應用》 .西安 .電子科技大學出版社 ， 2020. [4]廖常初 .《 S7300/400PLC 應用技術》 .北京 .機械工業(yè)出版社 ， 2020. [5]吳中俊，黃永紅 .《可編程序控制器原理及應用》 .北京 .機械工業(yè)出版社 ， 2020 [6]呂景泉 .《可編程控制器技術教程》 .北京：高等教育出版社 ， 2020. [7]宋德玉 .《可編程序控制器原理及應用系統(tǒng)設計技術》 .北京 .冶金工業(yè)出版社 ，2020. [8]鄭晟，鞏建平，張學 .《現(xiàn)代可編程序控制器原理與應用》 .北京：科學出版社，2020.