毕业设计(论文)基于PLC控制系统的水塔水位设计.doc
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1、XX工业职业技术学院2010 2011学年第 一 学期毕业设计课题名称: 基于PLC控制系统的水塔水位设计 设计时间: 2010.09.212011.01.10 系 部: 电子信息工程系 班 级: 0802电气技术 姓 名: 指导教师: 总目录第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文 第 一 部 分任务书扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部电子信息工程系指导教师职称讲师学生姓名班级0802电气技术学号设计题目基于PLC控制系统的水塔水位设计设计内容目标和要求一、毕业设计内容和目标:1、应用S7-300 PLC控制水塔水位系统的硬件电路,并利用OB1的梯形图控制程序设计。
2、通过控制S7300 PLC的定时继电器的功能来实现水塔水位控制的运行。2、本次毕业设计目标:(1)通过对工程实例的模拟,熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法;(2)进一步熟悉PLC的I/O连接;(3)熟悉水塔水位等类似逻辑的工程实际的编程方法。 二、毕业设计论文要求:1、提出选题的初步设想和研究目的;2、完成输入和输出分析;3、完成本毕业设计硬件组态和I/0分配表; 4、完成本毕业设计梯形图控制程序设计; 5、完成程序调试;6、完成WinCC画面调试;7、根据本毕业设计的设计、编程、工作过程,形成符合学校规定的毕业设计书面文档。教研室审核系部审核第 二 部 分开题报告扬州工业职业技术学院 电子
3、信息工程 系11届毕业设计(论文)开题报告书(表1)学生姓名电气自动化班级0802电气技术学号题 目基于PLC水塔水位控制系统的设计指导教师李建荣职称讲师学 位学士题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】本次毕业设计内容是应用S7-300 PLC控制水塔水位系统的硬件电路,并利用OB1的梯形图控制程序设计。通过控制S7300 PLC的定时继电器的功能来实现水塔水位的升降。要求:(1)水塔、水池初始状态都为空着的,4个液位指示灯全亮。当执行程序时,扫描到水池为液位低于水池下限液位时,电磁阀打开,开始往水池离境税,如果进水超过4秒,而水池液位没有超过水池下限位,说明系统出现
4、故障,系统就会自动报警。若4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,水池下限位的指示灯A1灭,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,水泵开始工作,向水塔供水。(2)当水池的液位超过水池上限液位时,水池上限指示灯A2灭,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,则水塔下限指示灯A3灭,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,水塔上限指示灯A4灭,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,水池上限指示灯A2亮。此次给水塔供水完成。【
5、前言】随着科技的飞速发展,无论在日常生活中,还是在工农业发展中,PLC具有广泛的应用。PLC的一般特点:抗干扰能力强,可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC总的发展趋势是:高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。【方案的比较与评价】PLC的应用大大地减少了操作工人的劳动强度,节省了劳动时间和劳动力。同时,PLC方便了工厂管理和工人的操作,提高了经济效益。采用PLC控制系统以后,提高了自动控制的可靠性。当PLC存在故障时,会自动报警并显示故障原因,安全性能较好,便于维修。【预期的效果及指标】通过STEP7仿真软件
6、调试,实现所有的控制任务。能建立WINCC画面模拟监控,可以看到水位调控的的过程,达到任务的要求。指标:系统经过调试后,能稳定正常工作,在故障状态能发出报警。通过Wincc画面,能控制、监控系统工作全过程,系统报警在Wincc画面能准确及时反应。【进度安排】2010 年 9 月21 日 - 2010 年9 月30 日 选题、调研、收集资料2010 年10 月8 日 - 2010 年10 月15 日 论证、开题2010 年10 月16 日 - 2010 年11 月30 日 设计(写作初稿)2010 年12 月1 日 - 2011 年1 月10 日 修改、定稿、打印【参考文献】1胡学林.可编程控制
7、器原理及应用.北京.电子工业出版社,2007.2胡学林.可编程控制器教程(提高篇).北京.电子工业出版社,2005.3汪志峰.可编程控制器原理及应用.西安.电子科技大学出版社,2004.4廖常初.S7-300/400PLC应用技术.北京.机械工业出版社,2005.【指导教师意见】(有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等)同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交(请说明理由)指导教师签章: 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见(请说明理由) 其它(请说明)系(部)主任签章: 年 月 日第 三 部 分毕业设计正文基于PLC控制系统控制的水塔水位Xxx0802电气技术摘
8、要 随着科技的发展,无论在日常生活中,还是在工农业发展中,PLC具有广泛的应用。PLC的一般特点:抗干扰能力强,可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC总的发展趋势是:高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。本水塔水位控制系统采用PLC为控制核心,具备开启和全部停止功能,这是一种PLC控制的自动调节控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率,减少劳动强度。关键词 高集成度 通信组网 水塔水位 PLCBased on PLC control system control towers water levelZhou
9、Jie0802 electrical technologyAbstract:With technological development, both in daily life, or the industrial and agricultural development, plc have wide application. PLC general features: strong anti-jamming capability, high reliability, programming is simple and convenient, easy operation and mainte
10、nance convenience, design, construction, commissioning period is short, easy to realize the electromechanical integration. PLC general development trend is: high function, high speed, high level of integration, large capacity, small volume, low cost, communication networking capability is strong. Th
11、is water tower water level control system adopts PLC as control core, with open and full stop functions,this is a kind of PLC automatic adjustment of the control system. Application of this control system can significantly improve the work efficiency and reduces labor intensity. Key words:The high l
12、evel of Integration communication networking towers Water level PLC目 录第1章 绪 论11.1 可编程控制器11.2 可编程控制器使用前景21.3 PLC的发展31.4 PLC的基本结构41.5 PLC的控制原理91.6 PLC的特点10第2章 水塔水位控制系统PLC硬件设计132.1 水塔水位控制系统设计要求132.2 水塔水位控制系统主电路132.3 I/O接口分配142.3.1 列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表。142.3.2 水塔水位控制系统的I/O设备14第3章 水塔水位控制系统PLC软件设计153.
13、1 程序流程图153.2 梯形图程序设计及工作过程分析163.2.1 工作过程173.2.2 水塔水位控制系统梯形图17第4章 水塔水位控制系统的组态设计204.1 组态软件概述204.2 组态软件在我国的发展204.3 组态软件的功能特点发展方向214.4 建立WINCC组态画面214.4.1 WINCC组态画面214.4.2 画面演示22总结28致 谢29参考文献30第1章 绪 论1.1 可编程控制器可编程控制器(Programmable Controller),也称可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置,是
14、计算机家族的一名成员,简称PC,为了避免与个人电脑(也简称为PC)相混淆,通常将可编程控制器简称为PLC。可编程控制器的产生与继电器接触器控制系统有很大的关系。继电器接触器控制已有上百年的历史,它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关,具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的优点。此种控制系统布局固定,按预先规定的时间、条件、顺序工作。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常适用,至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时,就必须改变控制系统的硬件接线,控制柜内的物件和接线都要作相应的变动,改造工期长,费用高,用户改造时宁愿扔掉旧控制柜,另作一个新控制柜使用,阻碍了产品更新换代。随
15、着工业生产的迅速发展,市场竞争激烈,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需要,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,满足用户对产品的多样性的需求,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。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条,即编程简单,可在现场修改程序。维护方便,最好是插件式。可靠性高于继电器控制柜。体积小于继电器控制柜。可将数据直接送入管理计算机。在成本上可与继电器控制柜竞争。输入可以是交流115V。输出可以是交流115V、2A以上,可直
16、接驱动电磁阀。在扩展时,原有系统只要很小变更。用户程序存储器容量至少能扩展4KB。这十项指标就是现代PLC的最基本功能,值得注意的是PLC并不等同于普通计算机,它与有关的外部设备,按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。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,使得不熟悉计算机的人也能方便地使用。这样,工作人员不必在编程上发费大量的精力
17、,只需集中精力去考虑如何操作并发挥该装置的功能即可,输入、输出电平与市电接口,是控制系统可方便地在需要的地方运行。所以,可编程控制器广泛地应用于各工业领域。1969年,第一台可编程控制器PDP-14由美国数字设备公司(DEC)制作成功,并在GM公司汽车生产线上使用取得良好的效果,可编程控制器由此诞生,在控制领域内产生了历史性革命。PLC问世时间不长,但是随着微处理器的发展,大规模、超大规模集成电路不断出现,数据通信技术不断进步,PLC迅速发展。PLC进入90年代后,工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言,PLC技术将在工业自动化的三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)中跃居首位。我国
18、在80年代初才开始使用PLC,目前从国外引进的PLC使用较为普遍的有日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。1.2 可编程控制器使用前景可编程控制器是20世纪70年代发展起来的控制设备,是集微处理器、存储器、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,大大增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。 在改革开放最初几年,我
19、国工业生产还处于手动操作阶段,生产效率低,劳动力浪费严重,生产发展缓慢。而国际工业发展都处于自动化向高度自动化水平前进,生产效率高,节约劳动力和生产成本,社会经济水平也随之提升快。我国正处于工业发展阶段,工业生产水平急需提高,推广和普及可编程控制器的使用技术对提高我国的工业自动化水平及生产效率都有十分重要的意义。1.3 PLC的发展虽然PLC问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模,超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC也迅速发展,其发展过程大致可分三个阶段:早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原
20、先由继电器完成的顺序控制,定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现,在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此,早期的PLC的性能要优于继电器控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。在70年代,微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国,日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)
21、。这样,使PLC得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC得应用范围得以扩大。进入80年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生
22、了巨大变化。1.4 PLC的基本结构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1-1所示:一、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,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,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将图1-1
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