基于PLC的水塔水位控制的设计

1目录摘要..................................................................................................................................................21绪论..............................................................................................................................................21.1水塔水位控制系统设计的目的........................................................................................21.2PLC的产生与发展............................................................................................................21.3PLC的基本结构................................................................................................................32FX2N-4AD工作原理.................................................................................................................82.2FX2N-4AD缓冲存储器（BFM)简介...............................................................................83水塔水位控制系统硬件设计.......................................................................................................93.1水塔水位控制系统方案....................................................................................................93.2水位传感器的选择..........................................................................................................103.3水塔水位控制系统主电路..............................................................................................113.4系统控制要求和硬件连线..............................................................................................124基于FX2N-4AD的程序设计.......................................................................................................134.1系统工作过程...................................................................................................................134.2梯形图...............................................................................................................................134.3水塔水位控制系统梯形图的对应指令..........................................................................14致谢................................................................................................................................................15参考文献.........................................................................................................................................152摘要在人们的日常的生活中经常需要用到水塔，且需要对水塔水位进行测量和控制。水位的控制有着多种实现方法如：利用机械控制水位、利用逻辑电路控制水位等。随着科技的发展，无论是在日常生活当中，还是在工农业发展当中，PLC都具有相当广泛的应用且可编程控制器PLC具有抗干扰能力强，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等特点。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点,而利用PLC和水位传感器来设计的水塔水位控制系统成本低、安装方便、灵敏性高是水塔水位控制的理想系统。本设计使用FX2N系列的模拟量模块FX2N-4AD与水位传感器配合进行水塔水位控制系统的设计。关键词：水塔水位控制；PLC；水位传感器；FX2N-4AD1绪论1.1水塔水位控制系统设计的目的水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统,传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点。而自动控制原理,是依据用水量的变化自动调节系统的运行参数,保持水压恒定来满足用水要求,从而提高了供水系统的质量。而且成本低，安装方便，经过多次实验证明，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必须对其进行自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压、低成本的设计、高实用价值的控制器。1.2PLC的产生与发展可编程控制器（ProgrammableController）,也称可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是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。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为三各阶段：早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这是的PLC多少由电继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置种的器件主要采用分离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器工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的3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，有故障指示，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。在七十年代，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）。这样，使PLC的功能大大增强。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。再硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量快、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，是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的应用范围得以扩大。进入八十年代中、后期，由于插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档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商纷纷开发研制了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬功能发生了巨大变化。1.3PLC的基本结构PLC实质上是一种专用于工业控制的计算机，其硬件上的结构基本上与微型的计算机相同。中央处理单元(CPU)，如下图1-1：图1-1PLC的基本结构中央处理单元(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。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。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。PLC常用存储器类型有下列3种：4（1）RAM（RandomAssessMemory）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。（2）EPROM（ErasableProgrammableReadOnlyMemory）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(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory)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。各种PLCCPU最大寻址空间各不相同，PLC工作原理，其存储空间一般包括下列三个区域：系统程序存储区；系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）；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(RA