【正文】 開始工作。當(dāng)程序涉及到輸入 /輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器中讀取上一階段輸入處理時對應(yīng)的輸入繼電器狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀取對應(yīng)輸出繼電器狀態(tài)，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果存入有關(guān)元件寄存器中。 4）程序處理階段 根據(jù) PLC梯形圖程序掃描先左后右、先上后下的原則，逐句掃描和執(zhí)行。在此階段， PLC 順序讀入所有端子的通斷狀態(tài)，并且把讀入的信息存在輸入映像區(qū)，輸入映像區(qū)的狀態(tài)被刷新。如果此時的 PLC 處于工作狀態(tài)則還要完成以下的三個階段的操作內(nèi)容。 2）通信服務(wù)階段 內(nèi)部處理通信服務(wù)輸入處理程序處理輸出處理內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 PLC 同其他設(shè)備間通信，響應(yīng)編程器輸入的命令。 PLC 的這種周期性的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。 圖 12 可編程控制器的工作流程 PLC 在工作中不僅執(zhí)行用戶程序，而且在每次的循環(huán)過程中， PLC 還要完成內(nèi)部的處理、通信服務(wù)等工作。當(dāng)處于停止工作 模式時，PLC 只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信服務(wù)等內(nèi)容。 PLC 工作時將采集到的輸入信號狀態(tài)存放在輸入映像區(qū)對應(yīng)的位上，將運算的結(jié)果存放到輸出映像區(qū)對應(yīng)的位上。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。 PLC 的基本工作原理 PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 高檔機：除具有中檔機的功能外，還具有帶符號數(shù)的算術(shù)運算、矩陣運算。 3）按實現(xiàn)的功能分類 低檔機：具有邏輯運算、計時、計數(shù)、移位自診斷監(jiān)控等功能，還具有一定的算術(shù)、數(shù)據(jù)傳送和比較、通訊、遠(yuǎn)程和模擬量處理功能。 大型 PLC： I/O 點數(shù)一般為 1000 點以上，控制功能完善，用戶程序儲存器容量一般為 13K 以上，采用模塊式結(jié)構(gòu)。 小型 PLC： I/O 點數(shù)一般為 65～ 128 點，開關(guān)量 I/O 信號為主，控制功能簡單，用戶程序儲存器容量一般為 1K～ 4K，結(jié)構(gòu)形式為整體式。結(jié)構(gòu)緊湊，為 整體式結(jié)構(gòu)。模塊式 PLC 的特點是 I/O 點數(shù)多、模塊組合靈活、便于擴展，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的 PLC，適用于復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用場合。 整體式結(jié)構(gòu)：整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 把 CPU、存儲器、輸入 /輸出、外部設(shè)備接口和電源等集中安裝在同一機體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、價格低等優(yōu)點；輸入輸出路數(shù)固定，實現(xiàn)的功能 和控制規(guī)模固定，靈活性較低，適用于單體設(shè)備的開關(guān)量自動控制和機電一體化產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用場合。因此， PLC 的分類沒有一個嚴(yán)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而是按照結(jié)構(gòu)形式、 I/O點數(shù)、實現(xiàn)的功能進(jìn)行大致的分類。 6．外部設(shè)備接口 此接口可將編程器、打印機、等外 部設(shè)備與主機相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。 另一種是 利用上位計算機中的專業(yè)編程軟件，它主要用于編寫較大型的程序 。 圖 11 可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 4．編程器 編程器是 PLC的一種主要的外部設(shè)備 編程器 。 3．電源 電源部件將交流電源轉(zhuǎn)換為提供給 CPU、存儲器、 I/O 接口等內(nèi)部電子電路工作所需要的直流電源，它的好壞直接關(guān)系到 PLC 功能的可靠性 ?，F(xiàn)場設(shè)備輸入給 PLC 各種控制信號通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU能夠接受和處理的信號，輸出接口電路將 CPU 送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動被控設(shè)備執(zhí)行機構(gòu)。用戶 程序存儲器用來存放編程設(shè)備輸入的用戶程序。 CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲器單元、輸入 /輸出接口電路連接。 主機部分包括中央處理器（ CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。 成熟的工控網(wǎng)絡(luò)體系，通信便捷，易于遠(yuǎn)程實時監(jiān)控 隨著計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高速發(fā)展，近年來工控網(wǎng)絡(luò)通信使得 PLC 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，目前基本的網(wǎng)絡(luò)形式為設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)、控制層網(wǎng)絡(luò)和信息層網(wǎng)絡(luò)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 功能完善 PLC 基本功能包含邏輯運算、定時、計數(shù)、數(shù)值計算、數(shù)制轉(zhuǎn)換等，擴展功能具有 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、 PID 控制、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制等。在軟件方面，為了避免程序出錯導(dǎo)致的重大事故，在運行中的每次掃描都對程序進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)程序運行有錯則立即中止運行并發(fā)出報警信號。 可靠性高 PLC 具有較高的可靠性，主要原因是在硬件和軟件方面都采取了嚴(yán)格的措施。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 5 （ 3）操作方面，維修 容易 已經(jīng)編好的 PLC 程序直觀清晰，有一定 PLC 基礎(chǔ)知識的人員可以很好的讀懂，在操作方面相當(dāng)簡單。在程序開發(fā)方面速度快，修改和調(diào)試都很方便。從硬件連接方面講 PLC 對現(xiàn)場環(huán)境要求不高，在接線和配置方面都極其方便。同時PLC制造廠家也開發(fā)了多種類型的高性能模塊，當(dāng)輸入輸出點數(shù)增加時，可以根據(jù)控制需要采 用靈活的組合方式進(jìn)行工作。 小型化方向 為了滿足不同工業(yè)環(huán)境下的控制要求，各 PLC生產(chǎn)廠家研制出了小型化高性能的整體式 PLC。 大型化方向 PLC的 CPU從早期的 1位逐漸的發(fā)展到 64位，晶振頻率已達(dá)到幾百兆赫茲，從單向 CPU到多向 CPU的并行處理發(fā)展，提高了處理能力和響應(yīng)速度及模塊化程度，存儲器的容量也成倍增加。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易 。這標(biāo)志著可編程控制器已步入 開放 階段。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、 功能不斷完善，大中型 PLC內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 4 多配 CRT 屏幕顯示功能，產(chǎn)品的擴展也因通信功能的改善而變的簡單，此外還采用了標(biāo) 準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級編程語言等 。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 此時的 PLC 為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物 。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送、比較以及模擬量運算等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。該階段的產(chǎn)品稱為可編程序邏輯控制器。 PLC 的發(fā)展歷程與趨勢 PLC 的發(fā)展歷程 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 、 順序控 制 、 定時 、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 。 PLC 正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實際意義。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 第一章 可編程控制器及其變頻器 可編 程控制器（ PLC）是計算機技術(shù)與繼電器邏輯控制相結(jié)合的一種新型控制器，它以微處理器為核心， 是 用做數(shù)字控制的專用計算機。 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方 案設(shè)計。 二、畢業(yè)設(shè)計的主要工作 本課題是以大樓頂樓的水箱為控制對象，采用 PLC 和變頻器相結(jié)合的控制方 式，主要通過研究 PLC 來控制變頻器實現(xiàn)水塔水位的控制。 本設(shè)計 介紹了 PLC和變頻器在水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。 PLC和變頻器都是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)控制產(chǎn)品，將二者有機地結(jié)合起來，用 PLC來控制變 頻器，是當(dāng)代工業(yè)控制中經(jīng)常使用的裝置，本設(shè)計 用 PLC的模內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 2 擬量輸出模塊來控制變頻器。在感應(yīng)電機的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，效率高。 變頻調(diào)速是以變頻器向交流電動機供電，構(gòu)成電機的調(diào)速系統(tǒng)。通過 PLC和變頻器結(jié)合的水塔水位控制系統(tǒng) 具有不可替代的應(yīng)用價值。 由于當(dāng)前可編程控制器 PLC和變頻技術(shù)已日趨成熟，因而利用 PLC和變頻器進(jìn)行 水塔水位的控制， 它可以避免人 工操作 或者機械裝置 進(jìn)行 水塔水位控制出現(xiàn)的各種問題。 一般住宅或大樓頂樓通常設(shè)置水塔儲存有一定的水量以提供充足的水壓供用戶使用，另外配備有地下水槽儲存自來水公司提供的水源，地下水槽中的水作為頂樓水塔的供水源頭。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒 論 一、課題的背景及研究的目的和意義 現(xiàn)代傳感技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)的發(fā)展為自動控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來了 日新月異的變化 。在工業(yè)、國防、科研等諸多應(yīng)用領(lǐng)域里，自動控制系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越大的作用。由于自動控制技術(shù)的發(fā)展， 控制理論 在工業(yè)生產(chǎn)和生活中得到 了顯著的 應(yīng)用 。 PLC和變頻器相結(jié)合的水塔水位控制方式與過去的人工或機械裝置水塔水位控制方式相比，其運行方式的經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度等方面都具有無與倫比的優(yōu)勢，而且還具有顯著的節(jié)能高效的特點。 構(gòu)成自動控制系統(tǒng)核心的可編程控制器是在繼電器控制的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心，集微電子技術(shù) 、 自動化技術(shù) 、 計算機技術(shù) 、 通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制 為目標(biāo)的新型控制裝置，它具有功能強、可靠性高、操作靈活、編程簡單適合于工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點，目前可編程控制器已在工業(yè) 、 農(nóng)業(yè) 、 商業(yè) 、 交通運輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為各行業(yè)通用的控制核心產(chǎn)品，在工業(yè)控制領(lǐng)域中PLC控制技術(shù)將成為世界潮流。變頻器是把固定電壓，固定頻率的交流電變換為可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電的變換器，是異步電動機變頻調(diào)速的控制裝置。采用變頻器構(gòu)成變頻電源進(jìn)行電 動機調(diào)速己得到廣泛應(yīng)用 ，所以本文采用變頻器調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速。 它具有高效、節(jié)能和高品質(zhì)等供水 優(yōu)點。在水塔水位控制系統(tǒng)中利用變頻器和 PLC相結(jié)合使用 的方式 ，在節(jié)能、恒水位控制等方面均有顯著的效果。 PLC 控制變頻 器 實現(xiàn)恒水位供水系統(tǒng)主要有 可編程控制器 、 變頻器、壓力變送器和 現(xiàn)場的水泵一起組成一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)， PLC 根據(jù)壓力檢測值和給定值之間 的 偏差進(jìn)行 PID 運算， 運算結(jié)果 輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié) 水泵轉(zhuǎn)速從而保持水塔水位的 恒定。全部工作為：硬件設(shè)備選型 ，估算所需 I/O點數(shù)，進(jìn)行 I/O模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖， I/O連接圖，分配 I/O點數(shù)，列出 I/O分配表，使用相關(guān)軟件，設(shè)計梯形圖控制程序，對 程序進(jìn)行調(diào)試和修改，最后 用西門子 WinCC flexible設(shè)計人機界面。近幾年來，在國內(nèi)已得到迅速推廣普及。美國國際電工委員會對 PLC 的定義如下： 可編程邏輯控制器 ，簡稱 PLC (Programmable logic Controller)， 是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置， 一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專 門 為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計 的。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，這一階段 PLC主要用于簡單的邏輯運算及定時、計數(shù)運算，控制功能比較簡單。 20 世紀(jì) 70 年代 中期出現(xiàn)了微處理器。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言 ，并將參加運算及處理的計算機存儲組件都以繼電器命名。 20 世紀(jì) 70 年代末期， 可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。 20 世紀(jì) 80 年代 中期 ，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 PLC 的發(fā)展方向 PLC未來的發(fā)展 將向兩個方向發(fā)展。由于硬件性能的提高，使 CPU向大型化方向發(fā)展提供了硬件保障。在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品體積越來越小，功能越來越強。 PLC 的特點與基本結(jié)構(gòu)及類型 PLC 的特點 應(yīng)用簡便 （ 1）應(yīng)用靈活、安裝簡便 標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)與模塊化的軟件設(shè)計，使 PLC 不僅適應(yīng)大小不同、功能復(fù)雜的控制要求，而且適應(yīng)工藝流程變化較多的場合，安裝和現(xiàn)場接線簡單。 （ 2）編程簡單 PLC 采用電氣操作人員習(xí)慣的梯形圖編程，直觀明了。 PLC 編程的重點是控制思想而非設(shè)計程序。另外 PLC 的自診斷功能可使運行維護(hù)人員及時準(zhǔn)確的了解故障原因以便于及時的維修。在硬件方面選用優(yōu)質(zhì)的原材料和器件，采取嚴(yán)格