中國礦業(yè)大學機電學院機電綜合實驗中心實驗報告 課程名稱 機電綜合實驗 實驗名稱 水塔水位控制模擬系統(tǒng) 實驗日期 2016.11.20 實驗成績 指導教師 第一章 緒論1.1實驗目的學會使用組態(tài)軟件（推薦選用組態(tài)王軟件）和PLC（推薦選用SIMEINS S7-200）控制系統(tǒng)連接，采用下位機執(zhí)行，上位機監(jiān)視控制的方法，構(gòu)建完成水塔水位自動控制系統(tǒng)。1.2實驗要求（1）閱讀本實驗參考資料及有關(guān)圖樣，了解一般控制裝置的設(shè)計原則、方法和步驟。（2）調(diào)研當今電氣控制領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新動向，用于指導設(shè)計過程，使設(shè)計成果具有先進和創(chuàng)造性。（3）認真閱讀實驗要求，分析并進行流程分析，畫出流程圖。（4）應用PLC設(shè)計控制裝置的控制程序。（5）設(shè)計電氣控制裝置的照明、指示及報警等輔助電路。（6）繪制正式圖樣，要求用計算機繪圖軟件繪制電氣控制電路圖，用STEP 7-Micro/Win32編程軟件編寫梯形圖。1.3 實驗內(nèi)容（1）當水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進水（Y為ON）定時器開始定時；（2）閥Y打開4秒后，如果S4還不為OFF，那么閥Y指示燈閃爍，表示閥Y沒有進水，出現(xiàn)故障；（3）S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。當S4為OFF時，且水塔水位低于水塔低水位界時S2為ON，電機M運轉(zhuǎn)抽水。當水塔水位高于水塔高水位界時電機M停止。1.4課程設(shè)計器材：（1）TKPLC-1型實驗裝置一臺（2）安裝了STEP7-Micro/WIN32編程軟件和組態(tài)軟件的計算機一臺。（3）PC/PPI編程電纜一根。（4）連接導線若干。1.5 PLC的介紹可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.5.1基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖所示：1.5.2 PLC的特點（1）系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 （2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 （3）能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型（4）豐富的I/O接口模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡單易學，安裝簡單，維修方便1.6組態(tài)王軟件的介紹1.6.1概述:組態(tài)王軟件加密鎖分為開發(fā)版、運行版、NetView、Internet版和演示版。我們使用的是演示版，它支持64點，內(nèi)置編程語言，開發(fā)系統(tǒng)在線運行2小時，支持運行環(huán)境在線運行8小時，可選用通訊驅(qū)動程序。1.6.2特點它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。1.6.3所繪界面如下說明：正常狀態(tài)電磁閥及泵關(guān)閉，顯示紅色，S1、S2、S3、S4為綠色。當?shù)陀赟2、S4或高于S1、S3指示燈由綠色變?yōu)榧t色，閥Y打開變?yōu)榫G色。當4S后，S4仍為紅色，閥Y閃爍，表示故障。當泵M打開時，由紅色變?yōu)榫G色。第二章 水塔水位控制系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計2.1水塔水位控制的實驗面板圖：水塔水位控制面板說明：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為抽水電機，Y為水閥。2.2列出PLC的I/O分配表： 面板S1S2S3S4M1YPLCI0.0I0.1I0.2I0.3Q0.0Q0.1第三章水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計 3.1流程圖根據(jù)設(shè)計要求控制流程圖如下3.2梯形圖設(shè)計：梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù)PLC用戶都首選使用梯形圖編程。指令是用英文名稱的縮寫字母來表達PLC的各種功能的助記符號，類似于計算機匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符和作用器件編號組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應的語句表，編程設(shè)備簡單價廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言(SFC)類似于計算機常用的程序框圖，但有它自己的規(guī)則，描述控制過程比較詳細具體，包括每一框前的輸入信號，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達方式。高級語言類似于BACIC語言、C語言等，它們在某些廠家的PLC中應用。通常微、小型PLC主要采用繼電器梯形圖編程，其編程的一般規(guī)則有：1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用PLC的有效范圍內(nèi)。2)梯形圖是PLC形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認為它只能由左向右單方向流：層次的改變也只能自上而下。3)梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“o態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。5)繼電器線圈在一個程序中不能重復使用：而繼電器的觸點，編程中可以重復使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設(shè)計梯形圖時，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應于一條指令，一條指令為一個步序。當PLC運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。這種分時操作的過程稱為CPU對程序的掃描。掃描從0000號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復始。在本實驗中，梯形圖如下第四章 實驗心得體會經(jīng)過這次實驗設(shè)計，對西門子PLC有了進一步了解。在理論與實際的結(jié)合中，對書本的知識有了更加深入的認識。這次的實驗實踐，讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡單編程方法，對于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理論的運用中，也提高了我們的工程素質(zhì)。剛開始學習使用PLC軟件時，由于我對一些細節(jié)的不加重視，當我把自己想出來的一些認為是對的程序運用到梯形圖編輯時，問題出現(xiàn)了。最后通過對實際問題分析，終于把正確的結(jié)果做了出來，同樣也看清了自己的不足之處。設(shè)計過程中得到老師的意見和同學的提醒，再加上上網(wǎng)搜集到的資料，我也明白了不是每個問題都能自己解決的，只有通過自己努力以及別人的幫助才能把工作做得更好，所以說學習要善于向別人請教，學思結(jié)合，才能更快的進步。