【正文】 mall volume, low cost, munication networking capability is strong. This water tower water level control system adopts PLC as control core, with open and full stop functions，this is a kind of PLC automatic adjustment of the control system. Application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduces labor intensity. Key words：The high level of Integration munication networking towers Water level PLC目 錄第1章 緒 論 1 可編程控制器 1 可編程控制器使用前景 2 PLC的發(fā)展 3 PLC的基本結(jié)構(gòu) 4 PLC的控制原理 9 PLC的特點(diǎn) 10第2章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) 13 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 13 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 13 I/O接口分配 14 列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表。 14 水塔水位控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備 14第3章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 15 程序流程圖 15 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過(guò)程分析 16 工作過(guò)程 17 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 17第4章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) 20 組態(tài)軟件概述 20 組態(tài)軟件在我國(guó)的發(fā)展 20 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向 21 建立WINCC組態(tài)畫(huà)面 21 WINCC組態(tài)畫(huà)面 21 畫(huà)面演示 22總結(jié) 28致 謝 29參考文獻(xiàn) 30揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒 論 可編程控制器可編程控制器（Programmable Controller）,也稱可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），是以微處理器為核心的工業(yè)自動(dòng)控制通用裝置，是計(jì)算機(jī)家族的一名成員，簡(jiǎn)稱PC，為了避免與個(gè)人電腦（也簡(jiǎn)稱為PC）相混淆，通常將可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC?？删幊炭刂破鞯漠a(chǎn)生與繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。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(kāi)關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路直觀、價(jià)格低廉、容易操作、易于維修的優(yōu)點(diǎn)。此種控制系統(tǒng)布局固定，按預(yù)先規(guī)定的時(shí)間、條件、順序工作。對(duì)于工作模式固定、要求比較簡(jiǎn)單的場(chǎng)合非常適用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時(shí)，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(yīng)的變動(dòng)，改造工期長(zhǎng)，費(fèi)用高，用戶改造時(shí)寧愿扔掉舊控制柜，另作一個(gè)新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)需要，此問(wèn)題首先被美國(guó)通用汽車公司（GM公司）提了出來(lái)。通用汽車公司為適合汽車型號(hào)的不斷翻新，滿足用戶對(duì)產(chǎn)品的多樣性的需求，公開(kāi)對(duì)外招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對(duì)新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，即編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序。維護(hù)方便，最好是插件式?？煽啃愿哂诶^電器控制柜。體積小于繼電器控制柜?？蓪?shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)。輸入可以是交流115V。輸出可以是交流115V、2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥。在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更。用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展4KB。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(lái)設(shè)計(jì)。用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計(jì)算機(jī)功能靈活、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計(jì)，重新接線的工作，此種控制器借鑒計(jì)算機(jī)的高級(jí)語(yǔ)言，利用面向控制過(guò)程，面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”編程，其標(biāo)志性語(yǔ)言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語(yǔ)言，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在編程上發(fā)費(fèi)大量的精力，只需集中精力去考慮如何操作并發(fā)揮該裝置的功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，是控制系統(tǒng)可方便地在需要的地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。1969年，第一臺(tái)可編程控制器PDP14由美國(guó)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。PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PLC進(jìn)入90年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國(guó)外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）中躍居首位。我國(guó)在80年代初才開(kāi)始使用PLC，目前從國(guó)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(guó)GE公司GE系列和德國(guó)西門(mén)子公司S系列等。 可編程控制器使用前景可編程控制器是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的控制設(shè)備，是集微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個(gè)行業(yè)。計(jì)算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大增強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了PLC過(guò)程控制能力。因此，無(wú)論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過(guò)程控制，都可以采用可編程控制器。 在改革開(kāi)放最初幾年，我國(guó)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。而國(guó)際工業(yè)發(fā)展都處于自動(dòng)化向高度自動(dòng)化水平前進(jìn)，生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動(dòng)力和生產(chǎn)成本，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平也隨之提升快。我國(guó)正處于工業(yè)發(fā)展階段，工業(yè)生產(chǎn)水平急需提高，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)對(duì)提高我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。 PLC的發(fā)展雖然PLC問(wèn)世時(shí)間不長(zhǎng)，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(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過(guò)程大致可分三個(gè)階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。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。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。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。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語(yǔ)言—梯形圖一直沿用至今。在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開(kāi)始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。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。進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開(kāi)發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。 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。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。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(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來(lái)對(duì)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)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。二、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。PLC常用的存儲(chǔ)器類型RAM （Random Assess Memory）這是一種讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器。在斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。PLC存儲(chǔ)空間的分配雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）用戶程序存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。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。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的性能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。I/O映象區(qū)：由于PLC投入運(yùn)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(yīng)的外設(shè)。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)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit）。因此整個(gè)I/O映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開(kāi)關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)：除了I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)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。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來(lái)存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的控制程序。此程序由使用者通過(guò)編程器輸入到PLC機(jī)的RAM存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。三、輸入/輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的接口?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量(壓力、流量、溫度、電壓、電流)等，都要通過(guò)輸入模塊送到PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)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)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。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(kāi)來(lái)，以提高PLC的抗千擾能力。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。模擬量輸入/輸出模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)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。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。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0一5伏和O一10伏兩種，模擬電流主要是0一ZomA和4一ZomA兩種。另外還有。一somV，o一IV、一5一+SV、一10一+10V，o一10mA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。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。四、擴(kuò)展模塊當(dāng)一個(gè)PLC中心單元的1/0點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的智能