PLC水塔水位控制实验报告

中国矿业大学机电学院机电综合实验中心实验报告课程名称机电综合实验

实验名称水塔水位控制模拟系统

实验日期实验成绩

指导教师

第一章绪论

实验目的

学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINS S7-200）

控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成水塔水位自

动控制系统。

实验要求

（1）阅读本实验参考资料及有关图样，了解一般控制装置的设计原则、方法和步骤。

（2）调研当今电气控制领域的新技术、新产品、新动向，用于指导设计过程，使设计成果具有先进和创造性。

（3）认真阅读实验要求，分析并进行流程分析，画出流程图。

（4）应用PLC设计控制装置的控制程序。

（5）设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。

（6）绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro/Win32编程软件编写梯形图。

实验内容

（1）当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水（Y为ON）

定时器开始定时；

（2）阀Y打开4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障；

（3）S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）。当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。

课程设计器材：

（1）TKPLC-1型实验装置一台

（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态软件的计算机一台。

（3）PC/PPI编程电缆一根。

（4）连接导线若干。

PLC的介绍

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图所示：

PLC的特点

（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型

（4）丰富的I/O接口模块，采用模块化结构，编程简单易学，安装简单，维修方便

组态王软件的介绍

组态王软件加密锁分为开发版、运行版、NetView、Internet版和演示版。我们使用的是演示版，它支持64点，内置编程语言，开发系统在线运行2小时，支持运行环境在线运行8小时，可选用通讯驱动程序。

特点

它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

所绘界面如下

说明：正常状态电磁阀及泵关闭，显示红色，S1、S2、S3、S4为绿色。当低于S2、S4或高于S1、S3指示灯由绿色变为红色，阀Y打开变为绿色。当4S后，S4仍为红色，阀Y闪烁，表示故障。当泵M打开时，由红色变为绿色。

第二章水塔水位控制系统PLC硬件设计

水塔水位控制的实验面板图：

水塔水位控制面板

说明：面板中S1表示水塔的水位上限，S2表示水塔水位下限，S3表示水池水位上限，S4表示水池水位下限，M1为抽水电机，Y为水阀。

列出PLC的I/O分配表：

第三章水塔水位控制系统PLC软件设计

流程图

根据设计要求控制流程图如下

梯形图设计：

梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程，绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程。

指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成，比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单价廉。

状态转移图语言(SFC)类似于计算机常用的程序框图，但有它自己的规则，描述控制过程比较详细具体，包括每一框前的输入信号，框内的判断和工作内容，框后的输出状态。这种方式容易构思，是一种常用的程序表达方式。

高级语言类似于BACIC语言、C语言等，它们在某些厂家的PLC中应用。

通常微、小型PLC主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有：

1)梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个逻辑行起始于左母线然后是触点的各种连接，最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形呈阶梯形。梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内。

2)梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流：层次的改变也只能自上而下。

3)梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“l态”，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“o 态”。梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。

4)梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。

5)继电器线圈在一个程序中不能重复使用：而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。

6)PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。

当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开

始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。

在本实验中，梯形图如下

第四章实验心得体会

经过这次实验设计，对西门子PLC有了进一步了解。在理论与实际的结合中，对书本的知识有了更加深入的认识。

这次的实验实践，让我更熟练的掌握了PLC软件的简单编程方法，对于PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我们的工程素质。刚开始学习使用PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。最后通过对实际问题分析，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。

设计过程中得到老师的意见和同学的提醒，再加上上网搜集到的资料，我也明白了不是每个问题都能自己解决的，只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好，所以说学习要善于向别人请教，学思结合，才能更快的进步。