西门子S7-200系列PLC控制水塔水位

一、水塔水位
1、系统描述及控制要求
国内外发展现状调查
1.1.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍
20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

西门子S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

西门子S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。

使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

1.1.2水塔水位基本介绍
水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点。

在水资源日益匮乏的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。

传统的水塔水位控制位粗放式的，基本没有水泵的合理控制，且多数为人力控制，工作强度大、危险。

所以除了浪费电能外，还造成了人员的浪费。

采用新型PLC控制水位的方式与过去的旧式控制相比在运行的经济性、可靠性、稳定性等方面有显着优势，特别是在提倡低碳的当下，有着优良的节能效果，且由于PLC强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展需要。

系统描述
随着科学技术的的不断提高，社会经济的不断发展，人们对控制系统的灵敏度、节能性、易操作性等方面要求日益提高。

居民及工厂供水又是一件极为重要的工作，传统的水塔水位控制方式已经不足以满足今天的要求，所以新的方式是适应时代要求的。

以下便是PLC控制水塔水位的基本描述：
设水塔、水池初始状态都为空着的，当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，电磁阀Y打开，开始往水池离境税，如果进水超过8秒，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。

若8秒之后水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，此时，水池的液位已经超过了下限位了。

系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵M开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，水泵继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，此次给水塔供水完成。

控制要求
1.3.1控制要求描述
1、保持水池的水位在S4~S3之间，当水池水位低于下限液位开关S4，此时S4为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当4S以后，若水池水位没有超过水池下限液位开关S4时，则系统发出警报；若系统正常运行，此时水池下限液位开关S4为OFF，表示水位高于下限水位。

当页面高于上限水位S3时，则S3为ON，电磁阀关闭。

2、保持水塔的水位在S2~S1之间，当水塔水位低于水塔下限水位开关S2时，则水塔下限液位开关S2为ON，则驱动电机M开始工作，向水塔供水。

当S2为OFF
时，表示水塔水位高于水塔下限水位。

当水塔液面高于水塔上限水位开关S1时，则S1为ON，电机M停止抽水。

3、当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，电机M 不能启动。

1.3.2水塔水位示意图：
图1-1
1.3.3程序流程图
水塔水位控制系统的PLC控制流程图，根据设计要求控制流程图如下：
图1-2
2、设计方案
组态设计
2.1.1 组态画面设计（如图2-1所示）
图2-1
2.1.2 组态程序设计
1、建立新I/O设备（如图2-2~图2-7所示）
2、建立并关联变量
1）建立变量，设为I/O离散类型。

2）连接所建立设备：新建I/O设备。

3）寄存器关联PLC相应输出端口。

如：Y——。

4）将数据类型设置为：Bit。

5）采集频率改为1。

6）将运行系统设置中“特殊“一栏中的运行系统基准频率和时间频率修改为55，以提高与PLC通讯的同步性
3、将变量与画面关联
将图画中水塔水位各个需要控制的部分与设置变量关联。

点击相应要求，表达式与相应变量关联，如：S1中表达式为：\\本站点\s1。

4、编写组态王应用程序命令语言
if(\\本站点\s4==1)
{\\本站点\水池=\\本站点\水池+3;\\本站点\水流2=-10;}
if(\\本站点\s4==0)
{\\本站点\水流2=-255;}
if(\\本站点\s3==1)
{\\本站点\水池=\\本站点\水池-3;\\本站点\水流2=-255;}
if(\\本站点\M==1)
{\\本站点\水池=\\本站点\水池-3;\\本站点\水罐=\\本站点\水罐+3;\\本站点\水流2=-255;\\本站点\水流3=-10;\\本站点\水流4=10;}
if(\\本站点\s1==1)
{\\本站点\水池=\\本站点\水池+0;\\本站点\水罐=\\本站点\水罐-6;\\本站点\水流3=-255;\\本站点\水流4=-255;\\本站点\水流5=10;}
if(\\本站点\s1==0)
{\\本站点\水流5=-255;}
if(\\本站点\M==0 && \\本站点\报警辅助==1)
{\\本站点\水池=\\本站点\水池-3;\\本站点\水罐=\\本站点\水罐-0;\\本站点\水流2=-255;\\本站点\水流3=-255;\\本站点\水流4=-255;}
5、保存程序
2.1.3 组态设计要点
表2-1
PLC设计
2.2.1硬件选择（写明选择原因）
本课题与同类相比，优越性更大，不过各有各的特点，市场上大部分是单片机做的，而本设计是用S7－300 PLC做的，是用S7-300 PLC的硬件和软件结合起来。

应用S7-200 PLC天塔之光设计的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。

通过控制S7-20PLC的定时继电器的功能来实现各彩灯按一定的规律点亮和熄灭。

接通延迟定时器SD的特点（如果RLO有正跳沿，则接通延迟定时器启动指令，以设定的时间值启动指令的定时器）。

这种控制电路结构简单，可靠性高，应用性强；软件程序适应范围广，对各彩灯按一定的规律点亮和熄灭的控制，只需要改变相应的定时器的时间接通即可。

进行应用软件设计时可采用模块化程序设计方法，其优点是：
水塔水位控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据需要控制实际水塔供水控制，有效的减轻了人类的体力活动。

2.2.2 I/O分配(做出I/O分配的表格，输入输出分开)
表2-2
3. I/O接线图（画出原理图，并实际连线，要求有实物照片）1、PLC外部接线图
图2-1
2、实际连线照片
图2-2 2.3.4 PLC程序。