中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院機(jī)電綜合實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱 機(jī)電綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱 水塔水位控制模擬系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)日期 2016.11.20 實(shí)驗(yàn)成績(jī) 指導(dǎo)教師 第一章 緒論1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)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(jī)執(zhí)行，上位機(jī)監(jiān)視控制的方法，構(gòu)建完成水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.2實(shí)驗(yàn)要求（1）閱讀本實(shí)驗(yàn)參考資料及有關(guān)圖樣，了解一般控制裝置的設(shè)計(jì)原則、方法和步驟。（2）調(diào)研當(dāng)今電氣控制領(lǐng)域的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新動(dòng)向，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)過程，使設(shè)計(jì)成果具有先進(jìn)和創(chuàng)造性。（3）認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)要求，分析并進(jìn)行流程分析，畫出流程圖。（4）應(yīng)用PLC設(shè)計(jì)控制裝置的控制程序。（5）設(shè)計(jì)電氣控制裝置的照明、指示及報(bào)警等輔助電路。（6）繪制正式圖樣，要求用計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）當(dāng)水池水位低于水池低水位界（S4為ON表示），閥Y打開進(jìn)水（Y為ON）定時(shí)器開始定時(shí)；（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(jìn)水，出現(xiàn)故障；（3）S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。當(dāng)S4為OFF時(shí)，且水塔水位低于水塔低水位界時(shí)S2為ON，電機(jī)M運(yùn)轉(zhuǎn)抽水。當(dāng)水塔水位高于水塔高水位界時(shí)電機(jī)M停止。1.4課程設(shè)計(jì)器材：（1）TKPLC-1型實(shí)驗(yàn)裝置一臺(tái)（2）安裝了STEP7-Micro/WIN32編程軟件和組態(tài)軟件的計(jì)算機(jī)一臺(tái)。（3）PC/PPI編程電纜一根。（4）連接導(dǎo)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(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)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(jī)械或生產(chǎn)過程。1.5.1基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖所示：1.5.2 PLC的特點(diǎn)（1）系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。 （2）使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 （3）能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型（4）豐富的I/O接口模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡(jiǎn)單易學(xué)，安裝簡(jiǎn)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(yùn)行版、NetView、Internet版和演示版。我們使用的是演示版，它支持64點(diǎn)，內(nèi)置編程語言，開發(fā)系統(tǒng)在線運(yùn)行2小時(shí)，支持運(yùn)行環(huán)境在線運(yùn)行8小時(shí)，可選用通訊驅(qū)動(dòng)程序。1.6.2特點(diǎn)它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、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(dòng)畫。通過對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(dāng)?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(dāng)4S后，S4仍為紅色，閥Y閃爍，表示故障。當(dāng)泵M打開時(shí)，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(jì)2.1水塔水位控制的實(shí)驗(yàn)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(jī)，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(jì) 3.1流程圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如下3.2梯形圖設(shè)計(jì)：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(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，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(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)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(jiǎn)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(dá)PLC的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言。由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)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(hào)組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡(jiǎn)單價(jià)廉。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言(SFC)類似于計(jì)算機(jī)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(xì)具體，包括每一框前的輸入信號(hào)，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(dá)方式。高級(jí)語言類似于BACIC語言、C語言等，它們?cè)谀承S家的PLC中應(yīng)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(gè)邏輯行起始于左母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)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(shí)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(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)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(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“l(fā)態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)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(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。4)梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。5)繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用：而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。6)PLC在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到右的先后順序逐步進(jìn)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(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，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(jì)大大簡(jiǎn)化。所以，由梯形圖編寫指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但CPU是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。這種分時(shí)操作的過程稱為CPU對(duì)程序的掃描。掃描從0000號(hào)存儲(chǔ)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(chǔ)地址號(hào)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(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始。在本實(shí)驗(yàn)中，梯形圖如下第四章 實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)西門子PLC有了進(jìn)一步了解。在理論與實(shí)際的結(jié)合中，對(duì)書本的知識(shí)有了更加深入的認(rèn)識(shí)。這次的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，讓我更熟練的掌握了PLC軟件的簡(jiǎn)單編程方法，對(duì)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(yùn)用中，也提高了我們的工程素質(zhì)。剛開始學(xué)習(xí)使用PLC軟件時(shí)，由于我對(duì)一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對(duì)的程序運(yùn)用到梯形圖編輯時(shí)，問題出現(xiàn)了。最后通過對(duì)實(shí)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(jì)過程中得到老師的意見和同學(xué)的提醒，再加上上網(wǎng)搜集到的資料，我也明白了不是每個(gè)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(xué)習(xí)要善于向別人請(qǐng)教，學(xué)思結(jié)合，才能更快的進(jìn)步。