水塔液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　機(jī)制專業(yè)課程設(shè)計論文</p><p><b>　?。C(jī)電方向）</b></p><p>　　基于FX1N – 60MR可編程控制器的水塔液位控制系統(tǒng)</p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 （09級）</p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　班 級： 機(jī)械0995（機(jī)電方向）</p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo) 教 師： </p><p>　　集美大學(xué)機(jī)械專業(yè)（機(jī)電方向）課程設(shè)計任務(wù)書</p&g

3、t;<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章緒論··························

4、;····························5</p><p>　　1.1PLC簡介···&

5、#183;····································

6、;··············5</p><p>　　1.2水塔液位控制系統(tǒng)簡介················&#

7、183;························9</p><p>　　第二章控制系統(tǒng)設(shè)計······

8、83;····································&

9、#183;··10</p><p>　　2.1 設(shè)計題目及方案分析···························

10、83;··············10</p><p>　　2.2控制流程圖················

11、3;·································11</p><p&

12、gt;　　2.3主電路控制圖··································&#

13、183;·············12</p><p>　　2.4 I/O·················

14、83;····································&

15、#183;·13</p><p>　　2.5梯形圖·····························

16、3;························15</p><p>　　2.6指令表·······&

17、#183;····································

18、;··········17</p><p>　　第三章系統(tǒng)調(diào)試·····················&

19、#183;····························18</p><p>　　3.1調(diào)試過程··

20、83;····································&

21、#183;············18</p><p>　　3.2出現(xiàn)問題及解決方法·················

22、3;························18</p><p>　　結(jié)論········

23、;····································

24、83;···············19</p><p>　　致謝語················

25、83;····································&

26、#183;····20</p><p>　　參考文獻(xiàn)···························

27、·····························21</p><p><b>　　緒論</b>

28、</p><p><b>　　1.1PLC簡介</b></p><p>　　可編程控制器是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的控制設(shè)備，是集微處理器、儲存器、輸入/輸出接口與中斷于一體的器件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機(jī)在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、通行能力上的飛速發(fā)展，大大加強(qiáng)了可編程控制器通信能力，豐富了可編程控制器編程軟件和編程技巧，增強(qiáng)了P

29、LC過程控制能力。因此，無論是單機(jī)還是多機(jī)控制、是流水線控制還是過程控制，都可以采用可編程控制器，推廣和普及可編程控制器的使用技術(shù)，對提高我國工業(yè)自動化生產(chǎn)及生產(chǎn)效率都有十分重要的意義。</p><p>　　可編程控制器(Programmable Controller)也可稱邏輯控制器(Programmable Logic Controller),是一微處理器為核心的工業(yè)自動控制通用裝置，是計算機(jī)家族的一名成

30、員，簡稱PC。為了與個人電腦（也簡稱PC）相混淆通常將可編程控制器稱為PLC。</p><p>　　可編程控制器的產(chǎn)生和繼電器—接觸器控制系統(tǒng)有很大的關(guān)系。繼電器—接觸器控制已經(jīng)有傷百年的歷史，它是一種弱電信號控制強(qiáng)電信號的電磁開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單、電路直觀、價格低廉、容易操作、易于維修的有優(yōu)點(diǎn)。對于工作模式固定、要求比較簡單的場合非常使用，至今仍有廣泛的用途。但是當(dāng)工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜

31、中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費(fèi)用高，用戶寧愿扔掉舊控制柜，另做一個新控制柜使用，阻礙了產(chǎn)品更新?lián)Q代。</p><p>　　隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭的激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日益縮短，工業(yè)生產(chǎn)從大批量、少品種，向小批量、多品種轉(zhuǎn)換，繼電器—接觸器控制難以滿足市場要求，此問題首先被美國通用汽車公司（GM公司）提了出來。通用汽車公司為適合汽車型號的不斷翻新，滿足用戶對產(chǎn)品多樣性的需求，公開對外

32、招標(biāo)，要求制造一種新的工業(yè)控制裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制。其對新裝置性能提出的要求就是著名的GM10條，即:</p><p>　　1. 編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2. 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3. 可靠性高于繼電器控制裝置；4. 體積小于繼電器控制裝置；5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；6. 成本可與繼電器控制裝置競爭；7. 輸入可以是交流115V；8. 輸出為交流115V，2A以上，能直接

33、驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9. 在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10. 用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。</p><p>　　這十項(xiàng)指標(biāo)就是現(xiàn)代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通計算機(jī)，它與有關(guān)的外部設(shè)備，按照“易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”和“便于擴(kuò)充功能”的原則來設(shè)計。</p><p>　　用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機(jī)功

34、能靈活、通用性等有點(diǎn)，用程序代替硬接線，并且具有計算機(jī)功能靈活、通用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用程序代替硬接線，減少了重新設(shè)計，重新接線的工作，此種控制器借鑒計算機(jī)的高級語言，利用面向控制過程，面向問題的“自然語言”編程，其標(biāo)志性語言是極易為IT電器人員掌握的梯形圖語言，使得部熟悉計算機(jī)的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費(fèi)大量地精力，只需集中精力區(qū)考慮如何操作并發(fā)揮改裝置地功能即可，輸入、輸出電平與市電接口，市控制系統(tǒng)可方便地在需要地

35、地方運(yùn)行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。</p><p>　　1969年，第一臺可編程控制器PDP—14由美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上使用取得良好的效果，可編程控制器由此誕生，在控制領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了歷史性革命。</p><p>　　PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的發(fā)展，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路不斷出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，PLC迅速發(fā)展。PL

36、C進(jìn)入九十年代后，工業(yè)控制領(lǐng)域幾乎全被PLC占領(lǐng)。國外專家預(yù)言，PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAC/CAM）種躍居首位。</p><p>　　我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進(jìn)的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、滅國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機(jī)，其硬件

37、結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，中央處理單元(CPU)，如圖1所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　PLC具有（一）高可靠性</p><p>　　1. 所有的I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離</p><p>　　2. 各輸入端均采用R-C 濾波器

38、其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms.</p><p>　　3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾</p><p>　　4. 采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源</p><p>　　5. 對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選</p><p>　　6. 良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況CPU立即采用有效措施以防止故障擴(kuò)大</p><

39、;p>　　7. 大型PLC 還可以采用由雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高</p><p>　　(二) 豐富的I/O 接口模塊</p><p>　　1. PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等。</p><p>　　2. 有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備如：按

40、鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥。</p><p>　　3. 直接連接另外為了提高操作性能它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。</p><p>　　(三) 采用模塊化結(jié)構(gòu)</p><p>　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外，絕大多數(shù)PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)，PLC 的各

41、個部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。</p><p>　　(四) 編程簡單易學(xué)</p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。</p><p>　　(五) 安裝簡單維修方便

42、PLC不需要專門的機(jī)房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC 相應(yīng)的I/O 端相連接即可投入運(yùn)行，各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。</p><p>　　1.2水塔液位控制系統(tǒng)簡介

43、 水塔水位自動控制器，包括接于電源的繼電器、三極管以及一端設(shè)于水塔內(nèi)的導(dǎo)線，在所述電源的一端接于三極管的e極，而b極由導(dǎo)線接于水塔的近低部，三極管的c極串經(jīng)繼電器的線圈與電源的另一端相接；同時，設(shè)于水塔高水位的導(dǎo)線的另一端也并接于c極，而設(shè)于水塔低水位的導(dǎo)線的另一端串經(jīng)繼電器J的常開觸頭也并接于c極；繼電器J的常閉觸頭串接在水泵的控制回路上。檢測電路有電阻串聯(lián)探針，探針下端為低水位控制點(diǎn)，電阻上面為高水位控制

44、點(diǎn)，控制電路兩分壓電阻串聯(lián)的連接點(diǎn)經(jīng)電阻連接控制集成塊，控制集成塊的輸出腳連接三極管的基極，三極管連接繼電器，檢測電路的電阻連接兩分壓電阻的連接點(diǎn)。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，可靠性高，操作維修方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　2.1 設(shè)計題目及方案分析</p><p>　　2.11題目：基于FX1N – 60MR可編

45、程控制器的水塔液位控制系統(tǒng)，如圖2</p><p><b>　　控制要求：</b></p><p>　　如圖所示，S1~S4為液位傳感器，液位淹沒時接通。系統(tǒng)控制要求如下：當(dāng)水池液位低于S4時，電磁閥Y打開進(jìn)水，當(dāng)液位升至S3時，電磁閥關(guān)閉停止進(jìn)水；此時，若水塔液位低于S2，則電動機(jī)M開始運(yùn)轉(zhuǎn)抽水，當(dāng)水塔液位升至S1時，電動機(jī)M停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><

46、;p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　2.1.2方案分析</b></p><p>　　當(dāng)水池液位低于下限液位開關(guān)S1，S1此時為ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，定時器開始定時，當(dāng)4S以后，若水池液位沒有超過水池下限液位開關(guān)時，則系統(tǒng)發(fā)出報警，若系統(tǒng)正常，此時水池下限液位開關(guān)S1為OFF,表示水位高于下限水位。當(dāng)水位

47、液面高于上限水位，則S2為ON，電磁閥關(guān)閉。</p><p>　　當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位時，則水塔下限水位開關(guān)S3為ON，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)S3為OFF時，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位時，則水塔上限水位開關(guān)S4為ON，水泵停止。</p><p>　　當(dāng)水塔水位低于下限水位，同時水池水位也低于下限水位時，水泵不能啟動</p><p

48、><b>　　2.2程序流程圖</b></p><p>　　水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計要求，控制流程圖，如圖3所示：</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　2.3水塔水位系統(tǒng)控制電路</p><p>　　水塔水位系統(tǒng)控制主電路圖</p>

49、<p><b>　　圖4</b></p><p>　　2.4輸入/輸出分配</p><p>　　2.4.1列出水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表</p><p>　　表一 水塔水位控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出接口分配表</p><p>　　2.4.2水塔水位系統(tǒng)的輸入/輸出設(shè)備</p>

50、<p>　　這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有6個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點(diǎn)書有8個，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有14個，只需選用一般中小型控制器即可。據(jù)此，可以對輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配，水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如下：</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　2.5梯形圖</b></p>

51、;<p>　　根據(jù)程序流程圖設(shè)計的梯形圖如下</p><p><b>　　圖6</b></p><p><b>　　（1）啟停程序</b></p><p><b>　?。?）水閥控制程序</b></p><p>　?。?）水池下限水位指示程序</p>

52、<p>　?。?）水池水位報警程序</p><p>　　（5）水池水位上限指示程序</p><p>　?。?）水泵啟?？刂瞥绦?lt;/p><p>　　（7）水塔水位下限報警程序</p><p>　?。?）水塔水位上限指示程序</p><p>　　2.6水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表</p>

53、<p>　　表二 水塔水位控制系統(tǒng)指令表</p><p><b>　　第三章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　3.1調(diào)試過程</b></p><p>　　設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，4個液位指示燈全滅。當(dāng)執(zhí)行程序時，啟動程序指示燈A5亮，掃描到水池為液位低于水池下限液位時，水閥打開，開始往

54、水池里進(jìn)水；如果進(jìn)水超過4秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警，水池報警燈A2亮。若4秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈A1亮，此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水；當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈A3亮，水閥就關(guān)閉。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位

55、，則水塔下限指示燈A4亮，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈A6亮。但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水池液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈A3滅。此次給水塔供水完成。</p><p>　　3.2出現(xiàn)問題及解決方法</p><p>　　3.2.1程序執(zhí)行功能有誤</p><p>　　進(jìn)行除錯，并

56、修改梯形圖程序</p><p>　　3.2.2忘記將PLC切換到編程模式,不能輸出</p><p>　　將PLC切換到編程模式</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　我做的這個題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計。在此時對以前學(xué)習(xí)的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個設(shè)計的材料搜索進(jìn)行獨(dú)立搜索時，對

57、于辦公軟件的應(yīng)用有了進(jìn)一步的提高。同時在對搜集的材料進(jìn)行整核，結(jié)合所學(xué)理論知識，以及實(shí)際應(yīng)用操作的情況下，提高了實(shí)際操作和獨(dú)立解決問題的能力。</p><p>　　通過這次設(shè)計實(shí)踐。讓我更熟練的掌握了三菱的PLC軟件的簡單編程方法，對于三菱的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，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學(xué)習(xí)三菱PLC軟件時，由于我對一些細(xì)節(jié)的不加重視，當(dāng)我把自己想出來的一些認(rèn)為是對的程

58、序運(yùn)用到梯形圖編輯時，問題出現(xiàn)了。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因?yàn)槲覜]有把理論和實(shí)踐相結(jié)合，缺乏動手能力而造成的結(jié)果，最后通過老師的糾正和自己的實(shí)際操作，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。</p><p>　　設(shè)計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，古人說：三人

59、行必有我?guī)?、思而不學(xué)則殆。所以說學(xué)習(xí)要善于向別人請教，學(xué)思結(jié)合</p><p><b>　　致謝語</b></p><p>　　我要衷心感謝xx老師，從課程設(shè)計的開始到課程設(shè)計論文的最終定稿，在此期間xx老師給了我細(xì)心的指導(dǎo)和幫助,老師淵博的知識、誠懇的為人、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度深深感染了我，讓我終生受用。在此，我向我的指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和深深的敬意。 </p&g

60、t;<p>　　此外,在我撰寫論文期間，還得到了同班同學(xué)的支持和鼓勵,每當(dāng)我遇到困難進(jìn)行不下去的時候,他們都能耐心細(xì)致地給我講解,幫助我度過了一個又一個難關(guān),我的課程設(shè)計和論文才得以順利地進(jìn)行,在此我衷心地對他們說聲:”謝謝!”。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 廖常初．《PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用》．北京 機(jī)械工業(yè)

61、出版社，2004</p><p>　　[2] 王兆義．《可編程序控制器教程》．北京機(jī)械工業(yè)出版社 2005</p><p>　　[3] 三菱FX2N系列《微型可編程控制器使用手冊》</p><p>　　[4] 張萬忠. 《可編程控制器應(yīng)用技術(shù)》. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[5] 史國生， 《電氣控制與可編程