基于plc和mcgs的水塔水位模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。鍵盤(pán)有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤(pán)中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。現(xiàn)在產(chǎn)品越來(lái)越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點(diǎn)數(shù)。不同廠家、不同型號(hào)的PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)也不同，有的大型機(jī)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)可達(dá)16K，而很多小型機(jī)僅有10來(lái)點(diǎn)，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴(kuò)展接口。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(duì)系統(tǒng)做出必要的擴(kuò)展，各個(gè)廠家也生產(chǎn)了專(zhuān)用于擴(kuò)展用的各模板供用戶選用。擴(kuò)展模板的外形一般也小巧、堅(jiān)固，有易于接線的端子排，帶有擴(kuò)展總線或通過(guò)總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入/輸出模板，模擬輸入/輸出模板，熱電阻、電偶擴(kuò)展模板，還有智能模板等許多具有專(zhuān)用功能的特殊模板。用擴(kuò)展模板來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)，具有以下的優(yōu)點(diǎn)用戶可根據(jù)自己時(shí)間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴(kuò)展模塊對(duì)PLC作硬件組態(tài)，以求達(dá)到各種功能或控制精度，同時(shí)節(jié)省開(kāi)支，減少不必要的投資。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。特殊模板及智能模板的開(kāi)發(fā)將進(jìn)一步擴(kuò)展可編程控制的功能，專(zhuān)用模板的開(kāi)發(fā)不僅擴(kuò)大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進(jìn)一步提高控制質(zhì)量與可靠性。六、電源PLC中的電源一般有三類(lèi)：+5V、177。15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運(yùn)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?？紤]到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類(lèi)型的電源其地線也不同。目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號(hào)眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點(diǎn)的數(shù)量將PLC分為三大類(lèi)：小型機(jī)：256點(diǎn)以下（無(wú)模擬量）； 中型機(jī)：256 ~ 2048點(diǎn)（64 ~ 128路模擬量）； 大型機(jī)：2048點(diǎn)以上（128 ~ 512路模擬量）。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行配置。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。 PLC的控制原理最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運(yùn)行方式是不相同的。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運(yùn)行的方式，即如果這個(gè)繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(diǎn)（包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)）在繼電器控制線路的哪個(gè)位置上都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)作。PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。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(lèi)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)。這樣在對(duì)于I/O響應(yīng)要求不高的場(chǎng)合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒(méi)有什么區(qū)別了。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。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。如圖12所示：輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)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(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。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。 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)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(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。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。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。一般來(lái)說(shuō)，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)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(shí)間的總和。如圖13所示圖13 PLC掃描周期示意圖 PLC的特點(diǎn)一、高可靠性所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用RC濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。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。大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。二、豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。三、采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。四、編程簡(jiǎn)單易學(xué)PLC的編程大多采用類(lèi)似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。五、安裝簡(jiǎn)單，維修方便PLC不需要專(zhuān)門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。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(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 實(shí)訓(xùn)設(shè)備實(shí)物圖第2章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計(jì) 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求： 罐上檢測(cè)及控制元件名稱及作用 名稱作用信號(hào)類(lèi)型下罐進(jìn)水閥下罐進(jìn)水電磁閥（D0），0為開(kāi)閥下罐排水閥下罐排水電磁閥（D0），0為開(kāi)閥上罐進(jìn)水閥上罐進(jìn)水電磁閥（D0），0為開(kāi)閥循環(huán)泵上罐進(jìn)水電磁閥（D0），0為工作上罐排水閥上罐排水電磁閥（D0），0為開(kāi)閥擴(kuò)散硅壓力變送器上、下水位檢測(cè)4~20ma(1~5v)(AI)溫度變送器上、下罐溫度檢測(cè)4~20ma(1~5v)(AI)電加熱器加熱晶閘管控制（D0），0為加熱下罐液位高限開(kāi)關(guān)檢測(cè)下罐液位高越限開(kāi)關(guān)（DI），0為接通下罐液位低限開(kāi)關(guān)檢測(cè)下罐液位低越限開(kāi)關(guān)（DI），0為接通上罐液位高限開(kāi)關(guān)檢測(cè)上罐液位高越限開(kāi)關(guān)（DI），0為接通 水塔水位控制系統(tǒng)主電路及控制電路（1）水塔水位控制系統(tǒng)主電路如圖22所示：圖22 水塔水位控制系統(tǒng)主電路圖（2）水塔水位控制系統(tǒng)控制電路如圖23所示：23控制電路圖對(duì)兩個(gè)水罐的水位、溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將上、下水罐水位和溫度控制在給定值。水位給定值運(yùn)行中在畫(huà)面上人工輸入，系統(tǒng)應(yīng)具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制功能。控制電路如圖23（1）下罐水位很低時(shí)（40mm以下），停止一切排水，雙進(jìn)水（下罐進(jìn)水，上罐排水）。（2）下罐水位較低時(shí)（30~20mm），停止一切排水，單進(jìn)水（上罐排水或下罐進(jìn)水）。（3）下罐水位正常（10~+10mm），不排水不進(jìn)水。（4）下罐水位較高（+20~+30），單排水（下罐排水或上罐進(jìn)水）。（5）下罐水位很高（+40mm以上），雙排水（下罐排水，上罐進(jìn)水）。（6）上罐水位較低時(shí)（30~20mm），停止排水（下罐排水或上罐進(jìn)水）。（7）上罐水位正常（10~+10mm），不排水不進(jìn)水。（8）上罐水位較高（+20~+30），停止進(jìn)水（上罐排水）。（9）上罐溫度較低時(shí)上電加熱器通電加熱正常后自動(dòng)斷電（10）下關(guān)溫度較低時(shí)下罐電加熱器通電加熱正常后自動(dòng)斷電 硬件連接 PCL818L I/O接口卡的安裝：，以防發(fā)生危險(xiǎn)。 卡插入計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)任何一個(gè)空余ISA擴(kuò)展槽上，再將擋板固定。 PCL818L板卡外形圖 。PCLD9138接線端子板PCL818L接口卡驅(qū)動(dòng)程序的安裝，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，插入驅(qū)動(dòng)程序光盤(pán)，按提示進(jìn)行安裝既可。圖 24 系統(tǒng)接線圖第3章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制流程圖，如圖31所示： 圖31 水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖這種分時(shí)操作的過(guò)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開(kāi)始，在