畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于plc的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課題名稱 基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職 稱 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職 稱 </p><p>　　專業(yè)名稱 生產(chǎn)自動(dòng)

2、化 班 級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) </p><p>　　實(shí)習(xí)單位 </p><p>　　課題需要完成的任務(wù)：</p

3、><p>　　利用信捷PLC設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)，完成如下任務(wù)：</p><p>　　通過觸摸屏、可變程序控制器變頻器（PLC）、壓力傳感器、配電裝置以及水泵實(shí)現(xiàn)液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　確定控制方案，選擇PLC型號(hào)，定義輸入/輸出，畫出 PLC 端子接線圖。</p><p>　　進(jìn)行軟件編程、完成控制梯形圖并完成調(diào)試。</p&g

4、t;<p><b>　　課題計(jì)劃：</b></p><p>　　10年2月26日-----10年3月10日 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)課題</p><p>　　10年3月11日----- 10年3月22日 調(diào)查參觀、完成調(diào)研報(bào)告</p><p>　　10年3月22日-----10年3月31日 確定方案，完成方案論證</p><

5、;p>　　10年4月 1日----- 10年4月20日 設(shè)計(jì)電路，編制程序，完成論文</p><p>　　計(jì)劃答辯時(shí)間：10年4月21日-----10年4月30日</p><p>　　自動(dòng)控制技術(shù)系 系（部、分院） </p><p>　　PLCs --Past, Present and Future</p><p>　　Every

6、one knows there's only one constant in the technology world, and that's change. This is especially evident in the evolution of Programmable Logic Controllers (PLC) and their varied applications. From their introd

7、uction more than 30 years ago, PLCs have become the cornerstone of hundreds of thousands of control systems in a wide range of industries. </p><p>　　At heart, the PLC is an industrialized computer programmed

8、 with highly specialized languages, and it continues to benefit from technological advances in the computer and information technology worlds. The most prominent of which is miniaturization and communications.</p>

9、<p>　　The Shrinking PLC</p><p>　　When the PLC was first introduced, its size was a major improvement - relative to the hundreds of hard-wired relays and timers it replaced. A typical unit housing a CPU

10、 and I/O was roughly the size of a 19 television set. Through the 1980s and early 1990s, modular PLCs continued to shrink in footprint while increasing in capabilities and performance (see Diagram 1 for typical modular P

11、LC configuration). </p><p>　　In recent years, smaller PLCs have been introduced in the nano and micro classes that offer features previously found only in larger PLCs. This has made specifying a larger PLC j

12、ust for additional features or performance, and not increased I/O count, unnecessary, as even those in the nano class are capable of Ethernet communication, motion control, on-board PID with autotune, remote connectivity

13、 and more. </p><p>　　PLCs are also now well-equipped to replace stand-alone process controllers in many applications, due to their ability to perform functions of motion control, data acquisition, RTU (remot

14、e telemetry unit) and even some integrated HMI (human machine interface) functions. Previously, these functions often required their own purpose-built controllers and software, plus a separate PLC for the discrete contro

15、l and interlocking.</p><p>　　The Great Communicator</p><p>　　Possibly the most significant change in recent years lies in the communications arena. In the 1970s Modicon introduction of Modbus c

16、ommunications protocol allowed PLCs to communicate over standard cabling. This translates to an ability to place PLCs in closer proximity to real world devices and communicate back to other system controls in a main pane

17、l. </p><p>　　In the past 30 years we have seen literally hundreds of proprietary and standard protocols developed, each with their own unique advantages.Today's PLCs have to be data compilers and informa

18、tion gateways. They have to interface with bar code scanners and printers, as well as temperature and analog sensors. They need multiple protocol support to be able to connect with other devices in the process. And furth

19、ermore, they need all these capabilities while remaining cost-effective and simple to prog</p><p>　　Another primary development that has literally revolutionized the way PLCs are programmed, communicate with

20、 each other and interface with PCs for HMI, SCADA or DCS applications, came from the computing world. </p><p>　　Use of Ethernet communications on the plant floor has doubled in the past five years. While ser

21、ial communications remain popular and reliable, Ethernet is fast becoming the communications media of choice with advantages that simply can't be ignored, such as: * Network speed. * Ease of use when it comes to the

22、setup and wiring. * Availability of off-the-shelf networking components. * Built-in communications setups.</p><p>　　Integrated Motion Control</p><p>　　Another responsibility the PLC has been tas

23、ked with is motion control. From simple open-loop to multi-axis applications, the trend has been to integrate this feature into PLC hardware and software. </p><p>　　There are many applications that require a

24、ccurate control at a fast pace, but not exact precision at blazing speeds. These are applications where the stand-alone PLC works well. Many nano and micro PLCs are available with high-speed counting capabilities and hig

25、h-frequency pulse outputs built into the controller, making them a viable solution for open-loop control. </p><p>　　The one caveat is that the controller does not know the position of the output device durin

26、g the control sequence. On the other hand, its main advantage is cost. Even simple motion control had previously required an expensive option module, and at times was restricted to more sophisticated control platforms in

27、 order to meet system requirements. </p><p>　　More sophisticated motion applications require higher-precision positioning hardware and software, and many PLCs offer high-speed option modules that interface w

28、ith servo drives. Most drives today can accept traditional commands from host (PLC or PC) controls, or provide their own internal motion control. The trend here is to integrate the motion control configuration into the l

29、ogic controller programming software package.</p><p>　　Programming Languages</p><p>　　A facet of the PLC that reflects both the past and the future is programming language. The IEC 61131-3 stand

30、ard deals with programming languages and defines two graphical and two textual PLC programming language standards: * Ladder logic (graphical). * Function block diagram (graphical). * Structured text (textual).Instruction

31、 list (textual). </p><p>　　This standard also defines graphical and textual sequential function chart elements to organize programs for sequential and parallel control processing. Based on the standard, many

32、 manufacturers offer at least two of these languages as options for programming their PLCs. Ironically, approximately 96 percent of PLC users recently still use ladder diagrams to construct their PLC code. It seems that

33、ladder logic continues to be a top choice given it's performed so well for so long.</p><p>　　Hardware Platforms</p><p>　　The modern PLC has incorporated many types of Commercial off the Shel

34、f (COTS) technology in its CPU. This latest technology gives the PLC a faster, more powerful processor with more memory at less cost. These advances have also allowed the PLC to expand its portfolio and take on new tasks

35、 like communications, data manipulation and high-speed motion without giving up the rugged and reliable performance expected from industrial control equipment. </p><p>　　New technology has also created a cat

36、egory of controllers called Programmable Automation Controllers, or PACs. PACs differ from traditional PLCs in that they typically utilize open, modular architectures for both hardware and software, using de facto standa

37、rds for network interfaces, languages and protocols. They could be viewed as a PC in an industrial PLC-like package.</p><p>　　The Future</p><p>　　A 2005 PLC Product Focus Study from Reed Researc

38、h Group pointed out factors increasingly important to users, machine builders and those making the purchasing decisions. The top picks for features of importance were. </p><p>　　* The ability to network, and

39、 do so easily. Ethernet communications is leading the charge in this realm. Not only are new protocols surfacing, but many of the industry de facto standard serial protocols that have been used for many years are being p

40、orted to Ethernet platforms. These include Modbus (ModbusTCP), DeviceNet (Ethernet/IP) and Profibus (Profinet). Ethernet communication modules for PLCs are readily available with high-speed performance and flexible proto

41、cols. Also, many PLC CPUs are n</p><p>　　* The ability to network PLC I/O connections with a PC. The same trends that have benefited PLC networking have migrated to the I/O level. Many PLC manufacturers are

42、supporting the most accepted fieldbus networks, allowing PLC I/O to be distributed over large physical distances, or located where it was previously considered nearly impossible. This has opened the door for personal com

43、puters to interface with standard PLC I/O subsystems by using interface cards, typically supplied by the PLC manuf</p><p>　　* The ability to use universal programming software for multiple targets/platforms.

44、 In the past it was expected that an intelligent controller would be complex to program. That is no longer the case. Users are no longer just trained programmers, such as design engineers or systems integrators, but end-

45、users who expect easier-to-use software in more familiar formats. The Windows-based look and feel that users are familiar with on their personal computers have become the most accepted graphical us</p><p>　　

46、Overall, PLC users are satisfied with the products currently available, while keeping their eye on new trends and implementing them where the benefits are obvious. Typically, new installations take advantage of advancing

47、 technologies, helping them become more accepted in the industrial world. </p><p>　　PLC的過去、現(xiàn)在與未來</p><p>　　眾所周知，科技世界里只有一個(gè)永恒真理，那就是變化。這在可編程邏輯控制器（PLC）及其各種應(yīng)用的發(fā)展過程中尤為明顯。自從三十多年前將PLC引進(jìn)以來，PLC已經(jīng)在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中成

48、為幾十萬控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。</p><p>　　從本質(zhì)上講，PLC是一種用高度專業(yè)化語言編程的工業(yè)計(jì)算機(jī)，并繼續(xù)受益于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。它的最突出之處是小型化和通信功能。</p><p><b>　　微型化的PLC</b></p><p>　　在最初引進(jìn)PLC的時(shí)候，主要改進(jìn)它的體積，這與替換了數(shù)百個(gè)硬接線繼電器和計(jì)時(shí)器有關(guān)。一個(gè)嵌

49、有CPU和I/O的典型單元有大約19寸電視機(jī)那么大。從20世紀(jì)80年代到20世紀(jì)90年代初，模塊化的PLC逐漸微型化，同時(shí)它的容量和性能也得到了提高。</p><p>　　近年來，更小型PLC已經(jīng)發(fā)展到納米級(jí)和微型級(jí)，它們已具有以前只在大型PLC上才有的特點(diǎn)。因此僅為了額外特性或性能而不是增加I/O容量而具體指定一個(gè)大型的PLC變得不必要，因?yàn)榧词辜{米級(jí)PLC也具備以太網(wǎng)通信、運(yùn)動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)諧的嵌入式PID、遠(yuǎn)

50、程連通性等更多的功能。</p><p>　　現(xiàn)在，由于PLC能執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)程終端單元（RTU）甚至一些集成人機(jī)介面（HMI）等功能，因此PLC在很多應(yīng)用中也已配置齊全從而替代單一的過程控制器。以前，這些功能通常要求他們自身內(nèi)置實(shí)現(xiàn)這些功能的控制器和軟件，此外，還需要一個(gè)用于離散控制和互鎖的獨(dú)立的PLC。</p><p><b>　　強(qiáng)大的通信功能</b>

51、</p><p>　　近年來，最有意義的變化也許發(fā)生在通信領(lǐng)域。在20世紀(jì)90年代，Modicon推行的Modbus通信協(xié)議，允許PLC通過標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)行通信。這為PLC更好地適用于現(xiàn)存的設(shè)備提供了可能性，并且向主板上的其它控制系統(tǒng)通信成為可能。</p><p>　　在過去的30年里，我們真實(shí)地目睹了數(shù)百個(gè)專利化協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的發(fā)展，每一個(gè)協(xié)議都有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在，PLC已成為數(shù)據(jù)編譯

52、器和信息網(wǎng)關(guān)，它們必須接入條形碼掃描器和打印機(jī)，還有溫度和模擬傳感器。在過程控制中，它們需要支持多種協(xié)議，以便它們能和其它設(shè)備通信。此外，在它們?nèi)烤邆溥@些功能的同時(shí)，它們?nèi)匀灰懈叩男詢r(jià)比而且編程簡(jiǎn)單。</p><p>　　另一個(gè)主要改進(jìn)來自于計(jì)算處理領(lǐng)域。確切地說，它革命化了PLC的編程方式、互相通信、與用于HMI、SCADA和DCS的PC有接口。</p><p>　　在過去的五年中，

53、車間級(jí)以太網(wǎng)通信的應(yīng)用已經(jīng)翻了一倍。盡管串行通信仍然很受歡迎并且很可靠，但以太網(wǎng)快速地成為值得選擇的通信媒體，它有著不能被忽視的優(yōu)勢(shì)，例如：網(wǎng)速、設(shè)置簡(jiǎn)單、布線方便、現(xiàn)成網(wǎng)絡(luò)組件的可用性、嵌入式通信設(shè)置</p><p><b>　　集成運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>　　另一個(gè)分配給PLC的任務(wù)是運(yùn)動(dòng)控制。從簡(jiǎn)單的開環(huán)控制到多軸應(yīng)用來看，在PLC的軟件和硬件中集成運(yùn)

54、動(dòng)控制已經(jīng)成為一個(gè)趨勢(shì)。</p><p>　　很多系統(tǒng)在快速運(yùn)行時(shí)要求精確的控制，但并不是在超高速運(yùn)行時(shí)的絕對(duì)精準(zhǔn)。單機(jī)PLC在一些系統(tǒng)上也能很好地運(yùn)行。許多納米級(jí)和微型級(jí)PLC都有高速運(yùn)算能力和控制器內(nèi)置的高頻脈沖輸出能力，使它們成為開環(huán)控制的可行解決方案。</p><p>　　一方面要提醒的是控制器在控制順序上不能確定輸出設(shè)備的位置。另一方面要提醒的是它的主要優(yōu)勢(shì)在于它的成本。以前，即

55、使簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)控制也要求有一個(gè)昂貴的選擇模塊。有時(shí)為了滿足系統(tǒng)需求，它不能用于更精密的控制平臺(tái)中。</p><p>　　越精密的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)要求越高精度的定位硬件和軟件，而許多PLC都提供高速選擇模塊接入伺服驅(qū)動(dòng)。現(xiàn)在，許多驅(qū)動(dòng)都兼容來自控制主機(jī)（PLC或PC）的傳統(tǒng)命令，或者提供自身的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制。將運(yùn)動(dòng)控制組態(tài)軟件集成在PLC編程軟件包中將成為一種趨勢(shì)。</p><p><b>

56、;　　編程語言</b></p><p>　　編程語言是反映PLC歷史的一個(gè)方面。國(guó)際電工委員會(huì)61131-3標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61131-3）處理了編程語言并且定義了兩個(gè)圖形化的和兩個(gè)文本化的PLC編程語言標(biāo)準(zhǔn)：梯形邏輯（圖形化） 功能塊圖（圖形化）結(jié)構(gòu)化文本（文本化）指令表（文本化） 這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)也定義了為順序控制和并行控制處理組織程序的圖形化的和文本化的順控功能圖元素?；谶@項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，許多PLC生產(chǎn)商提供最

57、少三種語言中的兩種作為他們PLC編程時(shí)的語言選擇。諷刺的是，在近來接觸的PLC使用者中，有大約96%仍然使用梯形圖編寫PLC代碼。由于梯形圖長(zhǎng)期的良好表現(xiàn)，因此梯形圖編程似乎會(huì)繼續(xù)成為最好的選擇。</p><p><b>　　硬件平臺(tái) </b></p><p>　　現(xiàn)代的PLC已經(jīng)在它們的CPU里集成了多種的商業(yè)非定制（COTS）技術(shù)。最新的技術(shù)為PLC提供了一個(gè)更快

58、，更強(qiáng)，存儲(chǔ)量更大且成本更低的處理器。</p><p>　　這些先進(jìn)技術(shù)也為PLC擴(kuò)展集成和接受新任務(wù)（如通信、數(shù)據(jù)處理和高速運(yùn)動(dòng)）留出空間，而不會(huì)以犧牲工業(yè)控制設(shè)備所要求的嚴(yán)格可靠性為代價(jià)。</p><p>　　新技術(shù)已經(jīng)創(chuàng)造了另一種控制器——可編程自動(dòng)化控制器（PAC）。</p><p>　　PAC與傳統(tǒng)的PLC</p><p>　　有所

59、不同，這是因?yàn)镻AC在軟件和硬件上都采用了開放的模塊化體系結(jié)構(gòu)，并且采用了網(wǎng)絡(luò)接口、語言和協(xié)議的已知標(biāo)準(zhǔn)。它們可以被看作為一個(gè)置于工業(yè)的類PLC程序包里的PC。</p><p><b>　　展望未來</b></p><p>　　來自Reed研究團(tuán)的一份2005年P(guān)LC產(chǎn)品聚焦研究指出了一些對(duì)于PLC使用者、機(jī)器制造商和采購(gòu)決策人員愈加重要的因素。排在最前的、有重要特征

60、的因素是：</p><p>　　1．聯(lián)網(wǎng)能力和易用性</p><p>　　以太網(wǎng)通信在通信領(lǐng)域中獨(dú)占熬頭。不只是新協(xié)議在逐漸平面化，許多已經(jīng)使用了許多年的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議也在逐漸地接入到以太網(wǎng)平臺(tái)上，這些協(xié)議包括Modbus (ModbusTCP)、DeviceNet (Ethernet/IP)和Profibus (Profinet)。PLC的以太網(wǎng)通信模塊已經(jīng)具有高速性能和靈活性的協(xié)議群。

61、同樣，許多PLC上的CPU在工作時(shí)已經(jīng)可以接入以太網(wǎng)，這就節(jié)省了I/O槽空間。PLC將會(huì)繼續(xù)開發(fā)更成熟的連通性，使它可以將信息傳輸?shù)狡渌黀LC系統(tǒng)、系統(tǒng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)和企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）系統(tǒng)上。另外，無線通信方式將會(huì)進(jìn)一步普及。</p><p>　　2．用PC連接PLC輸入/輸出（I/O）的能力</p><p>　　同樣的一個(gè)趨勢(shì)，過去與PLC聯(lián)網(wǎng)獲益良多，但現(xiàn)在

62、已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了I/O水平上。許多PLC生產(chǎn)商已經(jīng)支持最受大眾接受的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，使PLC的I/O可以分配在廣闊的區(qū)域上或者定位在以前被認(rèn)為是幾乎不可能的位置上。這使個(gè)人電腦通過使用接口卡接入到標(biāo)準(zhǔn)PLC的I/O子系統(tǒng)成為可能，而這種接口卡主要是由PLC生產(chǎn)商或第三方開發(fā)商提供的?，F(xiàn)在，這些具挑戰(zhàn)性的廣闊區(qū)域都可以由個(gè)人電腦監(jiān)控。至于在不需要技術(shù)等級(jí)控制引擎支持的地方，使用者可以利用更為先進(jìn)的軟件包和硬件機(jī)動(dòng)性，這成本也比較低廉。</

63、p><p>　　3．使用通用編程軟件編制多對(duì)象/平臺(tái)的能力</p><p>　　過去，人們都認(rèn)為一個(gè)智能型控制器需要復(fù)雜的編程，但現(xiàn)在不再是這樣了。使用者不再只是受過培訓(xùn)的編程人員（如設(shè)計(jì)工程師和系統(tǒng)集成人員），而是在更熟悉的設(shè)計(jì)上期待能用上人性化軟件的最終用戶。在他們個(gè)人電腦上，基于視窗(Windows)的外觀和觸感是最為人所熟悉的，它已成為最受大眾接納的圖形用戶界面。開始時(shí)，用于為PLC編

64、程的簡(jiǎn)單繼電邏輯仿真已經(jīng)發(fā)展成為使用更高級(jí)功能塊的編程語言（這些功能塊可以更直觀在配置出來）。PLC生產(chǎn)商也已經(jīng)開始一體化不同功能塊的編程，使你在構(gòu)造邏輯、HMI、動(dòng)態(tài)控制和其它特定功能時(shí)只需學(xué)習(xí)一個(gè)編程軟件包。也許，最終用戶的最終愿望是獲得一個(gè)可以無縫地為多個(gè)PLC和子系統(tǒng)編程的軟件包。畢竟，無論是安裝在Dell、HP電腦上還是安裝在IBM電腦上，微軟的視窗（Windows）操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都是同樣地運(yùn)行，這就方便了系統(tǒng)用戶。<

65、;/p><p>　　總的來說，PLC用戶對(duì)現(xiàn)行可用的PLC產(chǎn)品感到滿意。同時(shí)，他們密切關(guān)注新的趨勢(shì)，并在他們認(rèn)為有利可圖的地方用上新的PLC產(chǎn)品。新PLC利用先進(jìn)的技術(shù)，使它們?cè)诠I(yè)界更容易地被采納。</p><p>　　關(guān)于基于PLC的液位控制系統(tǒng)的調(diào)研報(bào)告</p><p>　　在我國(guó)隨著社會(huì)的發(fā)展，很早就實(shí)行了自動(dòng)控制。而在我國(guó)液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在

66、鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測(cè)黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。</p><p>　　為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。在自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個(gè)很重要的控制參數(shù)就是液位。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生

67、產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。</p><p>　　在本世紀(jì)40年代前后，工業(yè)生產(chǎn)大多處于手工操作的狀態(tài)，人們主要是憑經(jīng)驗(yàn)用人工去控制生產(chǎn)過程。生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)靠人工觀察，生產(chǎn)過程的操作也靠人工去執(zhí)行。因此，當(dāng)時(shí)的勞動(dòng)效率是很低的。</p><p>　　40年代以后，生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展很快。尤其是近年來，過程控制技術(shù)發(fā)展更為迅速?？v觀過程控制的發(fā)展歷史，大致經(jīng)

68、歷了下述幾個(gè)階段：</p><p>　　50年代前后，過程控制開始得到發(fā)展。一些工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化。這是過程控制發(fā)展的第一階段。這階段主要的特點(diǎn)：檢測(cè)和控制儀表普遍采用基地式儀表和部分組合儀表；過程控制結(jié)構(gòu)大多數(shù)是單輸入單輸出系統(tǒng)；被控制參數(shù)主要是溫度、壓力、流量、液位四種參數(shù)；控制目的是保持這些參數(shù)的穩(wěn)定，消除或減少對(duì)生產(chǎn)過程的主要擾動(dòng)。</p><p>　　在60年代，隨

69、著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)過程控制提出了新的要求；隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展也為自動(dòng)化技術(shù)工具的完善提供了條件，開始了過程控制的第二階段。在儀表方面，開始大量采用單元組合儀表。為了滿足定型、靈活、多功能的要求，有出現(xiàn)了組合儀表，它將各個(gè)單元?jiǎng)澐譃楦〉墓δ軌K，以適應(yīng)比較復(fù)雜的模擬和邏輯規(guī)律相結(jié)合的控制系統(tǒng)的需要。</p><p>　　70年代以來，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，儀表與硬件的開發(fā)，微型機(jī)算計(jì)的開發(fā)應(yīng)用，使生

70、產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的水平。對(duì)全工廠或整個(gè)工藝流程的集中控制、應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行多參數(shù)綜合控制，或者用多臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和經(jīng)營(yíng)管理，是這一階段的主要特征。過程控制發(fā)展到現(xiàn)代過程控制的新階段，這是過程控制發(fā)展的第三階段。在新型的自動(dòng)化技術(shù)工具方面，開始采用微處理器為核心的智能單元組合儀表；在測(cè)量變送器方面，教為突出的成分在線檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用日益廣泛；在模擬式調(diào)節(jié)儀表方面，不僅Ⅲ型儀表產(chǎn)品品種增加，可靠性提高，而且是

71、本質(zhì)安全防爆，適應(yīng)了各種復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。</p><p>　　隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動(dòng)化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制（又稱PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時(shí)。</p><p>　　我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)

72、的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。無錫信捷電子科技有限公司生產(chǎn)的XC系列、上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我

73、國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中,經(jīng)常需要對(duì)貯槽,貯罐,水池等容器中的液位進(jìn)行監(jiān)控,以往采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制,使用的硬件連接多,可靠性差,自動(dòng)化程度不高,目前已有許多企業(yè)采用先進(jìn)控制器對(duì)傳統(tǒng)控制器進(jìn)行改造,大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化程度,為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障.</p&g

74、t;<p>　　本文介紹了基于信捷XC3型可編程控制器(PLC),組態(tài)軟件的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.系統(tǒng)采用PID算法,實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)控制.利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面,,通過串行口和可編程控制器通信,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與處理,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高,還具有在線修改功能,靈活性強(qiáng).</p><p><b>　　.</b></p>&l

75、t;p>　　關(guān)鍵: PLC 液位控制 觸摸屏 變頻器</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言 ……………………………………………………………………………12</p><p>　　第一章 緒論……………………………………………………………………13</p><p>　　1.1本課

76、題設(shè)計(jì)背景……………………………………………………………13</p><p>　　1.2本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………………14</p><p>　　1.3本課題設(shè)計(jì)的目的和意 …………………………………………………14</p><p>　　第二章 系統(tǒng)控制方案的確定 …………………………………………………14</p><

77、;p>　　2.1 采用PLC控制液位的優(yōu)點(diǎn)…………………………………………………14</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟………………………………………………………15</p><p>　　2.3 系統(tǒng)控制方案………………………………………………………………16</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………………1

78、8</p><p>　　3.1可編程控制器（PLC）的選型………………………………………………18</p><p>　　3.1.1如何選購(gòu)PLC產(chǎn)品 …………………………………………………18</p><p>　　3.1.2 PLC的選型標(biāo)準(zhǔn) ……………………………………………………18</p><p>　　3.1.3 PLC機(jī)型的選擇與特點(diǎn)

79、 ……………………………………………19</p><p>　　3.1.4模擬量輸入輸出模塊（XC-E4AD2DA） ……………………………21 </p><p>　　3.2水泵選型 ……………………………………………………………………23</p><p>　　3.3變頻器選型 …………………………………………………………………24</p><p&

80、gt;　　3.4觸摸屏選型 …………………………………………………………………26</p><p>　　3.4.1觸摸屏的工作原理 ……………………………………………………26</p><p>　　3.4.2觸摸屏的主要類型………………………………………………………26</p><p>　　3.4.3觸摸屏的選擇……………………………………………………………27&l

81、t;/p><p>　　3.5硬件接線圖 ……………………………………………………………………28</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………28</p><p>　　4.1程序設(shè)計(jì)編程基本原則與注意問題 …………………………………………28</p><p>　　4.1.1 程序設(shè)計(jì)（梯形圖）編程基本原

82、則……………………………………28</p><p>　　4.1.2 程序設(shè)計(jì)注意問題 ……………………………………………………28</p><p>　　4.2所用編程軟件特點(diǎn)及界面操作…………………………………………………29</p><p>　　4.2.1編程軟件特點(diǎn) ……………………………………………………………29</p><p>　

83、　4.2.2信捷XCPPro編程軟件操作 ……………………………………………29</p><p>　　4.3變頻器參數(shù)設(shè)定…………………………………………………………………31</p><p>　　4.4觸摸屏程序 ……………………………………………………………………32</p><p>　　4.4.1屏幕保護(hù)畫面……………………………………………………………32

84、</p><p>　　4.4.2操作畫面…………………………………………………………………32</p><p>　　4.4.3參數(shù)設(shè)置畫面……………………………………………………………33</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p>

85、<p><b>　　附錄一 程序清單</b></p><p>　　附錄二 系統(tǒng)硬件電路圖</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　可編程控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC。它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工

86、業(yè)控制設(shè)備。由于其具有功能強(qiáng)，可靠性高，配置靈活，使用方便以及體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。近年來，國(guó)內(nèi)在PLC技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方面發(fā)展很快，除了許多從國(guó)外引進(jìn)的設(shè)備，自動(dòng)化生產(chǎn)線外，國(guó)內(nèi)越來越多的設(shè)備采用PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)。與繼電-接觸器系統(tǒng)相比PLC控制系統(tǒng)更加可靠；占位空間比繼電-接觸器控制系統(tǒng)??；價(jià)格上能與繼電-接觸器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；易于現(xiàn)

87、場(chǎng)變更程序；便于使用，維護(hù)，維修；能直接推動(dòng)電磁閥，接觸器與之相當(dāng)?shù)膱?zhí)行機(jī)構(gòu)；能想中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。 </p><p><b>　　第一章.緒論</b></p><p>　　1.1本課題設(shè)計(jì)背景</p><p>　　20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器。定時(shí)器。接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，

88、這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng).由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。容易掌握。價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位.但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差.</p><p>　　20世紀(jì)60年代

89、末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置.為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：</p><p>　　編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序</p><p>　　維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)</p>

90、<p>　　可靠性高于繼電器控制裝置</p><p>　　體積小于繼電器控制盤</p><p>　　數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)</p><p>　　成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)</p><p>　　輸入可以是交流150V以上</p><p>　　輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等

91、</p><p>　　擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小</p><p>　　用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要）</p><p>　　十項(xiàng)指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。</p><p>　　美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制

92、器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可遍程序控制器極其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。</p><p>　　定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能

93、力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。</p><p>　　定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。

94、</p><p>　　1.2本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　本課題將在以下幾方面對(duì)液位系統(tǒng)進(jìn)行研究和論證</p><p>　　控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要對(duì)液位進(jìn)行來設(shè)定，當(dāng)液位低于設(shè)定限位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵進(jìn)行加液，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)停泵，操作人員可以通過觸摸屏進(jìn)行液位設(shè)定，控制監(jiān)控等操作。</p><p>　　1.3本課題設(shè)計(jì)的目的和意義&

95、lt;/p><p>　　可編程控制器（PLC）因?yàn)榭垢蓴_能力強(qiáng)，可靠性好，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，編程方便，易于使用，設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短，體積小，維護(hù)操作方便，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，可實(shí)現(xiàn)三電一體化等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為應(yīng)用面最廣，最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。通過PLC對(duì)程序設(shè)計(jì)，提高液位系統(tǒng)的控制水平。因此PLC在液位控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。</p>

96、<p>　　第二章 系統(tǒng)控制方案的確定</p><p>　　2.1 采用PLC控制液位的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　1·從控制方式上比較：用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、控制要求設(shè)計(jì)控制

97、程序，而且在以后的修改中只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。</p><p>　　2·從工作方式上比較：電器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制約，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮。</p><p>　　3·從控制速度上比較：電器控制速度慢，觸點(diǎn)易抖動(dòng)；而PLC通過通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)

98、，故無抖動(dòng)一說。</p><p>　　4·從定時(shí)，計(jì)數(shù)上比較：電器控制定時(shí)精度不高，易受環(huán)境溫度變化的影響，且無計(jì)數(shù)功能；而PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬；有計(jì)數(shù)功能。</p><p>　　5·從可靠性，可維護(hù)性上比較：電器控制接觸點(diǎn)多，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械磨損和電弧燒傷，接線較多，可靠性，維護(hù)性差；而PLC無觸點(diǎn)，采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)

99、的惡劣環(huán)境，使用壽命長(zhǎng)，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。</p><p>　　2．2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟</p><p>　　液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與步驟，如下圖2-1所示</p><p>　　在液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1·深入了解和分析液位控制系統(tǒng)的工藝條件和控制要求。

100、</p><p>　　2·確定I/O設(shè)備。根據(jù)液位控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入，輸出設(shè)備。</p><p>　　3·根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)選擇合適的PLC類型。</p><p>　　4·分配I/O點(diǎn)，分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。</p><p>　　5·設(shè)計(jì)液

101、位控制系統(tǒng)的梯形圖，根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)出周密完整的梯形圖程序，這是整個(gè)液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心工作。</p><p>　　6·將程序輸入PLC進(jìn)行軟件測(cè)試，查找錯(cuò)誤，使系統(tǒng)程序更加完善。</p><p>　　7．進(jìn)行液位控制系統(tǒng)的整體聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題逐一排除，直至調(diào)試成功。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟圖</p><

102、p><b>　　2．3系統(tǒng)控制方案</b></p><p>　　系統(tǒng)控制原理如圖2-2所示,系統(tǒng)主要是由觸摸屏、可變程序控制器變頻器（PLC）、液位計(jì)、配電裝置以及水泵等組成</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)控制圖</p><p>　　系統(tǒng)帶有觸摸屏顯示裝置，可以顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)、當(dāng)前壓力、貯水池水位、設(shè)定壓力、壓力曲線、變頻器頻率、

103、等各種控制參數(shù)等.系統(tǒng)工作壓力可以由觸摸屏設(shè)置。變頻器的作用是為三相水泵的電機(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，從而使水管的水壓連續(xù)變化。液位計(jì)的作用是檢測(cè)當(dāng)前液位壓力。在PLC內(nèi)部設(shè)定液壓期望值，壓力設(shè)定信號(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入可編程控制器后，經(jīng)可編程控制器內(nèi)部PID控制運(yùn)算輸出給變頻器一個(gè)控制信號(hào)。</p><p><b>　　圖2-3系統(tǒng)原理圖</b></p>&l

104、t;p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1可編程控制器（PLC）的選型</p><p>　　3.1.1如何選購(gòu)PLC產(chǎn)品</p><p>　　在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，有大量的數(shù)字量及模擬量的控制裝置，例如電機(jī)的起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的這些自動(dòng)控制問題，若采用可編程序控制器（PLC）來解決自

105、動(dòng)控制問題已成為最有效的工具之一。</p><p>　　硬件選購(gòu)目前市場(chǎng)上的PLC產(chǎn)品眾多，除國(guó)產(chǎn)品牌外，國(guó)外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ,德國(guó)的SIEMENS，韓國(guó)的LG等。近幾年，PLC產(chǎn)品的價(jià)格有較大的下降，其性價(jià)比越來越高，這是眾多技術(shù)人員選用PLC的重要原因。那么，如何選購(gòu)PLC產(chǎn)品呢? 1、系統(tǒng)規(guī)模首先應(yīng)確定系統(tǒng)用PLC單機(jī)控制，還是用PLC形成網(wǎng)絡(luò)，由此計(jì)算PLC輸入、輸

106、出點(diǎn)。數(shù)，并且在選購(gòu)PLC時(shí)要在實(shí)際需要點(diǎn)數(shù)的基礎(chǔ)上留有一定余量（10%）。 2、確定負(fù)載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。 3、存儲(chǔ)容量與速度盡管國(guó)外各廠家的PLC產(chǎn)品大體相同，但也有一定的區(qū)別。目前還未發(fā)現(xiàn)各公司之間完全兼容的產(chǎn)品。各個(gè)公司的開發(fā)軟