PLC水箱自动水位控制器设计

四、所用设备及软件
三菱PLC(核心控制部件)，高低位水箱的水位检测电路（由两个浮球液位开关将高低水位信号传送给PLC），水泵电动机控制电路（PLC控制启停及主备切换）；所用软件为GX WORK2和组态王。
五、系统设计方案
5.1系统总体设计
系统总体结构框图见附录1。
5.2系统工作原理
水箱水位自动控制系统由三菱PLC(核心控制部件)，高低位水箱的水位检测电路（高低水位信号传送给PLC），水泵电动机控制电路（PLC控制启停及主备切换）组成；通过水位检测电路测得水箱的水位信号交由PLC处理，再由PLC对水泵电动机控制电路进行控制，该过程可由上位机的组态软件进行监控，本次设计在传统的水塔、水箱供水的基础上，加入了PLC及液压变送器等器件．利用PLC和组态软件来实现水塔水位的控制．提供了一种实用的水箱水位控制方案。系统启动时，关闭出水口，控制输入控制液体阀，使水位达到满水位的75%，然后打开出水口，这种切换由一个输入的数字量控制，水池也有两个检测装置，得到的相关信息可对PLC进行调节。
随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器—接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司（GM公司）提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器—接触器控制。
（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除只读存储器。断电情况下，存储器内所有内容保持不变。紫外线连续照射下可擦除存储器内容)
（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。
进一步提高PLC可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU表决式系统。这样，某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2，存放系统软件存储器称为系统程序存储器。存放应用软件存储器称为用户程序存储器。
1、PLC常用存储器类型
（1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。
4，拓展模块，当一个PLC中心单元的I/O点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，使可编程控制器的功能更加强大和完善。只能I/O接口模块种类很多，例如高速计数模块、PLCA控制模块、数字位基于PLC的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、智能存贮弄快以及智能I/O模块等。
六、系统硬件设计
6.1系统整体设计
系统整体设计如图1所示。
图1系统整体设计
6.2 PLC选型及相关介绍
本设计中输入:系统启动按钮一个,系统停止按钮一个,液位传感器四个分别表示为X4,X3，X2和X1。输入一共有6个，考虑到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整数7，所以共需7个输入点。
2、PLC存储空间相同，PLC工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：
（1）系统程序存储区
（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）
（3）用户程序存储区
系统程序存储区：系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC性能。
系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。
（1）I/O映象区：PLC投入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相应外设。它需要一定数量存储单元(RAM)以存放I/O状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中一个字（16个bit）。整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。
图三PLC外部接线图
6.3I/O点分配
本设计I/O点分配如表一所示。
表一 I/O点分配表
I/O点名称
I/O点类型
说明
5，编程器，它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入PLC。
PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元(CPU)，如图二所示。
图二PLC硬件结构
下面简单介绍PLC的各个结构：
1，中央处理单元(CPU)是PLC控制中枢。它PLC系统程序赋予功能接收并存储从编程器键入用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器状态，并能诊断用户程序中语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描方式接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
输出:电磁阀,指示灯,水泵1，水泵2。输出共有4个。可以选三菱公司的FX2N-14MR型PLC（8点输入6点输出）就能满足此例的要求。
可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。
3，输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的借口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量（压力、流量、温度、电压、电流）等，都要通过输入模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器CPU所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成PLC能够接受和处理的数字信号。输入模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接收的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程控制器有多种输入/输出模块其类型有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。这些模块分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入/输出模块和模拟量输入输出/模块，部件上都设有接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有广电耦合电路，其目的是把PLC与外部电路隔离起来，以提高PLC的抗干扰能力。数字两输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量与数字量之间的转换，即A/D或D/A转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与PLC的中央处理器连接。模拟量输入模块A/D转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输出锁存器宇PLC的1/0总线挂接。现在标准量程的模拟电压主要是0—5伏和0—10伏两种。另外还有：0—somV、0—IV、—5—+SV、—10—+10V，0—10mA等。模拟量输入模块接收标准量程的模拟电压或电流猴，把它转换成8未、10未或12位的二进制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给执行机构。
用可编程控制器代替了继电器—接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。
湖南文理学院
课程设计报告
课程名称：自动化系统课程设计
专业班级：自动化 班 学号（）
学生姓名：
指导教师：
完成时间：2014 年11月26日
报告成绩：
湖南文理学院制
一、设计题目
水箱自动水位控制器设计
二、设计要求
1、设计一自动水位控制器，使其具有均匀水流流出。当水位降到一定程度时开始注水；
2、当水位升到一定水位时，停止注水，开始放水，要求给出信号。
电机部分硬件图10七系统软件设计71主程序流程设计主流程图首次扫描调用子程序0进行启动计算机和初始化调用子程序0初始化定时中断启动开始启动水泵1x31启动电磁阀x51启动水泵2结束1172其它流程图721中断子程序流程图中断子程序流程图722中断流程图启动子程序设置pid参数装入回路设定值75回路增益025装入回路采样1s装入积分时间30min100ms子程序0结束12中断流程图启动中断子程序定时中断计数器值加1计数器值到达了吗运行程序与设定值进行比较对输出值限制反馈仿真定时中断计数器清零中断子程序0结束定时器初值设定为01373编程软件相关731gxdeveloper简介gxdeveloper是三菱plc的编程软件