【正文】 “水塔水位自動控制系統(tǒng)”的控制對象為水泵，容器為水塔或儲液罐。系統(tǒng)啟動時，關(guān)閉出水口，用于動控制輸入控制液體閥，使水位達到滿水位的75%，然后打開出水口，同時輸入控制液體閥從手動方式切換到自動方式。在傳統(tǒng)的水塔、水箱供水的基礎(chǔ)上，加入了PLC及液壓變送器等器件．利用PLC和組態(tài)軟件來實現(xiàn)水塔水位的控制．提供了一種實用的水塔水位控制方案。[10] 外部接線與控制列表圖32傳統(tǒng)水塔水位控制電氣接線圖表31 水塔水位模擬控制接線列表名稱PLC端子說明燈M模擬水塔提水水泵電動機運行動作燈Y模擬地面水池的進水閥門的開關(guān)動作開關(guān)S1模擬水池水位低限報警信號開關(guān)S2模擬水池水位高限報警信號開關(guān)S3模擬水塔水位低限報警信號開關(guān)S4模擬水塔水位高限報警信號（程序見附錄） PID水塔水位控制系統(tǒng)的工作原理傳統(tǒng)的水塔水位控制方式具有占地面積大、投資高、水泵電機頻繁起動、耗電多、管網(wǎng)水壓不穩(wěn)、爆管現(xiàn)象頻繁、水漏失嚴重等缺點；不僅生活用水容易受到二次污染，而且水泵電機的頻繁起動使設(shè)備故障率高，檢修、維護也 存在困難。當(dāng)S1為OFF，且水塔水位低于水塔低位水位界時，S3為ON，水泵M運轉(zhuǎn)抽水。累加器的可用長度為32位，可采用字節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位，雙字可以存取累加器全部的32 位。 （7） 累加器AC 累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。 （6） 計數(shù)器C計數(shù)器用于累計計數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個數(shù)。每個定時器可提供無數(shù)對常開和常閉觸點供編程使用。 （4） 特殊標志位存儲器SM PLC中還有若干特殊標志位存儲器, 特殊標志位存儲器位提供大量的狀態(tài)和控制功能，用來在CPU和用戶程序之間交換信息，特殊標志位存儲器能以位、字節(jié)、字或雙字來存取。可以存放數(shù)據(jù)運算的中間運算結(jié)果或設(shè)置參數(shù)，在進行數(shù)據(jù)處理時，變量存儲器會被經(jīng)常使用。系統(tǒng)對輸入映像寄存器是以字節(jié)（8位）為單位進行地址分配的。2. 編程元件 （1） 輸入映像寄存器I（輸入繼電器） 輸入映像寄存器的工作原理：輸入繼電器是PLC用來接收用戶設(shè)備輸入信號的接口。[8] S7200系列PLC元件功能1. 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型S7200系列PLC的數(shù)據(jù)類型可以是字符串、布爾型（0或1）、整數(shù)型和實數(shù)型（浮點數(shù)）。因此，可以方便地構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。（7）通信和聯(lián)網(wǎng) 新一代的PLC都具有通信功能。它能進行自述運算數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)傳送，數(shù)制轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)顯示和打印，數(shù)據(jù)通信等功能。通常采用專門的PID控制模塊來實現(xiàn)。（5）PID控制 PLC具有PID控制功能。（4）步進（順序）控制 PLC具有步進（順序）控制功能。它為用戶提供幾十個甚至上千個計數(shù)器，其計數(shù)設(shè)定值的設(shè)定方式同計時器計時時間設(shè)定值一樣。（2）定時控制 PLC具有定時功能。如圖23所示PLC的掃描工作過程。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符號后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，若有鍵按下或I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。 編程器它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。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，使可編程控制器的功能更加強大和完善。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構(gòu)。另外還有：0—somV、0—IV、—5—+SV、—10—+10V，0—10mA等。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力?？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。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。 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)過程連接的借口。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機的RAM存貯器中，以便于用戶隨時修改。用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：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(shè)備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中一個字（16個bit）。[5]（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它和硬件一起決定了該PLC性能。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。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。這樣，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。[1] PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，中央處理單元(CPU)，如下圖21所示。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。并擴大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴大。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。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）。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。這是的PLC多少由電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、定時等。我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、滅國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。PLC進入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。1969年，第一臺可編程控制器PDP—14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。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地地方運行。這十項指標就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計算機，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“便于擴充功能”的原則來設(shè)計。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)品多樣性的需求，公開對外招標，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。但是當(dāng)工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點。為了與個人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。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，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。第2章 可編程器簡介可編程控制器是二十世紀七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。水位PID控制系統(tǒng)集PLC控制技術(shù)、PID技術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機技術(shù)、測試技術(shù)于一體。本論文側(cè)重介紹“水塔水位PID控制系統(tǒng)”的軟件設(shè)計及相關(guān)內(nèi)容，使水塔水塔維持一定的水位。因此如何設(shè)計一個精度高、穩(wěn)定性好的水位控制系統(tǒng)就顯得日益重要。但其原理都大同小異。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。同時，又有PID控制技術(shù)的發(fā)展，因此，如何建立一個可靠安全、又易于維護的給水系統(tǒng)是值得我們研究的課題。可編程控制器（PLC）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來的，是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。就目前而言，多數(shù)工業(yè)、生活供水系統(tǒng)都采用水塔、層頂水箱等作為基本儲水設(shè)備，由一級或二級水泵從地下市政水管補給。因此給水工程往往成為高層建筑或工礦企業(yè)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。在社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，水在人們正常生活和生產(chǎn)中起著越來越重要的作用。KEY WORDS: Water level control, Siemens S7200, The sensor目 錄摘 要 IABSTRACT I第1章 引 言 1第2章 可編程器簡介 2 2 PLC的發(fā)展 4 PLC的基本結(jié)構(gòu) 5 中央處理單元(CPU) 5 存儲器 6 輸入/輸出模塊 7 擴展模塊 8 編程器 8 PLC的基本工作原理 8 PLC的主要應(yīng)用 9 S7200系列PLC元件功能 10第3章 水塔水位控制系統(tǒng)方案設(shè)計 13 傳統(tǒng)水塔水位控制 13 工作原理 13 外部接線與控制列表 13 15 PID水塔水位控制系統(tǒng)的工作原理 15 設(shè)計分析 15 可行性試驗 16 可行性分析 17 水位閉環(huán)控制系統(tǒng) 17第4章