第一篇：實訓(xùn)五 水塔水位自動控制 2

實訓(xùn)五 水塔水位自動控制

1、實驗?zāi)康模?/p>

用PLC構(gòu)成水塔水位控制系統(tǒng)。學習PLC程序設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計的方法。

2、實驗設(shè)備：（1）PLC實驗臺；（2）水塔水位實驗板；（3）連接導(dǎo)線一套；

（4）計算機（已安裝FPWIN-GR編程軟件）

3、實驗內(nèi)容

圖1水位控制原理示意圖

（1）控制要求：

控制對象為水泵，容器為水塔或儲液罐。S1、S2、S3、S4水位高度正常情況下控制在S3、S2之間，水位控制示意圖如圖1所示。當水位在低于S3點時，水泵開始進水，當水位高于S2點時，水泵停止進水，當

水位低于S3點并到達S4點時就報警，采取手動啟動水泵，當水位超過S2點并到達S1點時上限報警，采取強制停止水泵，水位從溢流口流出。

擴展功能：報警及水位指示面板功能：主要由電源指示燈、報警確認燈、水位指示燈以及報警確認開關(guān)組成。接通電源時，電源指示燈亮，當水塔中水深處于不同位置時，水位指示燈S1、S2、S3、S4情況不同。如圖2所示。

①當水位處于S4點之下，指示燈S1、S2、S3、S4全亮，報警電路開始報警，即下限報警。

②當水位處于S4、S3之間，指示燈S4滅，S1、S2、S3亮，水泵開始進水。

③當水位處于S3、S2之間，指示燈S4、S3滅，S2、S1亮，保持狀態(tài)，即保持進水。

④當水位處于S2、S1之間，指示燈S4、S3、S2滅，S1亮，停進狀態(tài)，即水泵不工作。

⑤當水位處于S1點之上，指示燈S4、S3、S2、S1全滅，水泵不工作，報警電路開始溢出報警，即上限報警。

⑥報警電路可以手動關(guān)閉，只要按下報警確認開關(guān)，就可以解除報警的蜂鳴聲。此時，報警確認燈亮起。處理完故障時，必須關(guān)閉報警確認燈，報警確認電路復(fù)位，恢復(fù)其監(jiān)測故障的功能。

圖2 報警及水位指示面板

（2）I/O分配

輸入：水塔上限報警S1：X1 水塔高水位界S2：X2 水池低水位界S3：X3 水塔下限報警S4：X4 啟動按鍵： X5 報警消除按鍵 X6

輸出：水泵 ： Y0 電源指示：Y1 水塔高水位界S1指示燈：Y2 水塔低水位界S2指示燈：Y3 水池高水位界S3指示燈：Y4 水塔低水位界S4指示燈：Y5 報警器： Y6 報警確認燈： Y7

（3）編制梯形圖程序

（4）調(diào)試并運行程序

5、編寫實驗報告

第二篇：水塔水位報告

單片機課程設(shè)計

專

業(yè) 電氣工程及其自動化

指導(dǎo)教師

學

生

學

號

題 目 基于單片機的

水位控制系統(tǒng)

2013年12月25日 基于單片機的水位控制系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計背景的簡單介紹

由于自動化技術(shù)在工礦企業(yè)的廣泛運用, 水位自動控制技術(shù)越來越頻繁地進入到自動控制系統(tǒng)設(shè)計者的視線。傳統(tǒng)的水位控制系統(tǒng)雖結(jié)構(gòu)簡單,但功能單一,無法實現(xiàn)人機交互,且通用性差。如今隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品制造工藝成熟,批量生產(chǎn)降低了產(chǎn)品價格。人們開始認識到運用單片機來實現(xiàn)水位控制。其人機交互性強, 功能強大, 控制精度高, 能夠方便地與上位機通訊, 實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。且價格低廉, 通用性、實用性強, 能夠在稍作改造后或直接用于諸如自來水廠的儲水池、爆氣池、污水處理廠、化學工廠的各類液體池以及電廠一的鍋爐氣泡等需要水位自動控制的場合。

知識目標：單片機開發(fā)軟件的使用方法；單片機語言程序的基本結(jié)構(gòu)及編譯方法；單片機電路仿真調(diào)試方法。

能力目標：會利用keil C51軟件對單片機程序進行編譯；會利用proteus軟件繪制電路原理圖并實現(xiàn)仿真；會用keil C51軟件對源程序進行編譯調(diào)試及與proteus軟件聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)電路仿真。2 設(shè)計思路與方案 2.1 設(shè)計思路

隨著社會的進步，人類生活水平的不斷提高，現(xiàn)在許多家庭都要求能夠進行家庭用水自動供水，基于調(diào)查我們決定設(shè)計一款簡單實用、經(jīng)濟的水位控制系統(tǒng)。在水塔的內(nèi)部我們設(shè)計一個簡易的水位探測傳感器用來探測三個水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位時送給單片機一個高電平，驅(qū)動水泵加水，紅燈亮；正常范圍的水位時，水泵加水，綠燈亮；高水位時，水泵不加水，黃燈亮。本設(shè)計過程中主要采用了傳感技術(shù)、單片機技術(shù)、光報警技術(shù)以及弱電控制強電的技術(shù)。2.2 方案設(shè)計及功能

本方案采用單片機AT89C2051作為我們的控制芯片，主要工作過程是當水塔中的水在低水位時，水位探測傳感器送給單片機一個高電平，然后單片機驅(qū)動水泵加水和顯示系統(tǒng)使紅燈變亮；當水位在正常范圍內(nèi)時，水泵加水，綠燈亮；當水位在高水位時，單片機不能驅(qū)動水泵加水，黃燈亮。圖1方案結(jié)構(gòu)方框圖中使用了單片機處理，單片機技術(shù)是信息時代用于精密測量的一種新技術(shù)。此系統(tǒng)使用過程中采用穩(wěn)壓電路能夠準確地把輸入的電平送給單片機不會產(chǎn)生誤判的情況，由于AT89C2051單片機有四端口，20引腳能夠非常方便地設(shè)計顯示系統(tǒng)。我認為本方案能幫助我很好地完成本次設(shè)計的各個指標和達到設(shè)計的目的。

圖1 方案結(jié)構(gòu)方框圖 3 系統(tǒng)組成與工作原理 3.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由電源電路、水位探測傳感電路、穩(wěn)壓電路、單片機系統(tǒng)、光報警顯示電路、繼電器控制水泵加水電路、以及高塔模型組成。3.2 系統(tǒng)工作原理

當水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測線沒被+5V的電源導(dǎo)通進入穩(wěn)壓電路經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的P1.0口，另一個穩(wěn)壓電路輸出的高電平進入單片機的P1.1口單片機經(jīng)過分析，在P1.2口輸出一低電平，驅(qū)動紅燈亮，P1.5出來一個信號使光電耦合器GDOUHE導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當水位處于正常范圍內(nèi)時，水泵加水，在P1.3引腳出來一個低電平，使綠燈亮；當水位在高水位區(qū)時，傳感器的兩根探測線均被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機，單片機經(jīng)過分析，在P1.4引腳出來一個低電平，使黃燈亮，在P1.5端出來一個低電平不能使光電耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水；當三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障。3.3 水塔水位控制原理

單片機水塔水位控制原理如圖2所示，圖2中的虛線表示允許水位變化的上、下限位置。在正常情況下，水位應(yīng)控制在虛線范圍之內(nèi)。為此，在水塔內(nèi)的不同高度處，安裝固定不變的3根金屬棒A、B、C，用以反映水位變化的情況。其中，B棒處于下限水位，C棒位于上限水位，A棒接5V電源，B、C通過電阻接地。當水位達到上限時，B、C棒接通高電平，此時應(yīng)停止電機和水泵工作。水位下降到下限時，B、C棒不能與A棒連通，B、C為低電平，應(yīng)啟動電機供水。水位處于上下限之間時，A、B連通，B為高電平，C為低電平，此時，電機保持原有工作狀態(tài)。

圖2 水塔水位控制原理圖 單元電路設(shè)計及元器件介紹 4.1 光報警顯示統(tǒng)電路

本電路采用不同顏色的發(fā)光二極管來表示不同的水位情況。即紅燈亮，其他兩燈不亮表示是低水位狀態(tài)，此時需要啟動水泵加水；綠燈亮，其他兩燈不亮表示在正常的水位線內(nèi)；黃燈發(fā)亮，其他兩燈不亮為高水位 狀態(tài)，水泵停止加水，三燈閃爍表示系統(tǒng)出現(xiàn)故障，此電路采用的是共陽極的，所以只有當單片機給發(fā)光二極管為低電平時才能推動發(fā)光二極管點亮。其中R14、R15、R16為上拉電阻起限壓控流作用。.圖3 光報警電路的原理圖

4.2 繼電器控制水泵加水電路

該電路由繼電器RL1和閉合開關(guān)、光電耦合器、水泵R7、R8、R9、R10Y以及D2、Q3等組成。當水位在低水位時單片機給P2.0送一個高電平導(dǎo)通光電耦合器然后光電耦合器驅(qū)動Q3導(dǎo)致繼電器閉合從而讓220V的交流電接通使水泵加水。

圖4 繼電器控制

4.3 元器件介紹 4.3.1 光電耦合器

光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引 腳為輸出端，在本設(shè)計當中發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏三極管。本設(shè)計當中采用光電耦合器組成開關(guān)電路的作用，能夠很好地將單片機信號穩(wěn)定地送給繼電器驅(qū)動繼電器閉合。4.3.2 繼電器

繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，在本次設(shè)計當中主要來做自動控制作用，系統(tǒng)采用+5V的直流電來控制220V的交流電，以達到控制水泵的作用，因為是在這里是以一種弱電來控制強電，所以安裝和使用的過程當中一定要注意用電安全注意事項。

磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。

圖5 常見繼電器外觀圖

程序設(shè)計

圖6 程序流程圖

開始系統(tǒng)亮紅燈，水泵開始抽水時，達到低水位時，綠燈亮；開關(guān)處于高水位，而水位實際低水位還沒達到，紅綠黃燈一起閃爍，此時為故障狀態(tài)；當達到低水位之后又達到高水位，黃燈亮。6 系統(tǒng)仿真 6.1 程序編譯和加載

利用keil C51軟件對源程序進行編譯，在菜單上選擇output—create hex，生成目標代碼文件。將編譯調(diào)試成功的源程序生成可供單片機加載的HEX文件加載到芯片中，設(shè)單片機的晶振頻率為12MHZ。6.2 系統(tǒng)仿真

利用keil C51軟件與proteus軟件聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)電路仿真。點全速運行按鍵，得到圖7所示的仿真結(jié)果,圖中LOW閉合時處于低水位狀態(tài),水泵處于運行狀態(tài)。

圖7 低水位狀態(tài)仿真結(jié)果

當HIGH和LOW處于閉合時水位處于故障時,仿真的結(jié)果如圖8所示。

圖8 故障狀態(tài)仿真結(jié)果

當LOW先閉合時后經(jīng)一段時間HIGH后閉合時水位處于正常狀態(tài)時如圖9所示。

圖9 高水位仿真結(jié)果

6.3 仿真結(jié)果分析

在proteus環(huán)境,運行水位控制系統(tǒng),我發(fā)現(xiàn),當水位處于低水位區(qū)時,紅燈亮,水泵處于運行狀態(tài),隨著水位的上升,水泵仍處于運行狀態(tài),當水位到達高位時,黃燈亮,水泵停止運行。隨著水位不斷下降,此時,水泵處于停止狀態(tài),當水位到達低位時,水泵起動,重復(fù)以上過程。上述仿真表明，本設(shè)計達到了預(yù)期的設(shè)計目標，實現(xiàn)了水位自動控制。7 總結(jié)

通過這次自己親自設(shè)計學習，自己學會很多的東西。加深了理解所學會的理論知識，鍛煉了自己，又提高了我的綜合分析能力，使我受益匪淺。

本系統(tǒng)主要由水位探測傳感器，單片機控制系統(tǒng)，水位顯示系統(tǒng)，繼電器驅(qū)動電路，水泵加水系統(tǒng)組成，系統(tǒng)簡單，安裝方便。

本系統(tǒng)采工作過程是當水位處于低水位的時候，傳感器的低水位探測線沒被+5V的電源導(dǎo)通進入穩(wěn)壓電路經(jīng)過處理在穩(wěn)壓電路的輸出端有一個高電平，送入單片機的P1.0口，單片機經(jīng)過分析，在P2.3口輸出一低電平，驅(qū)動紅燈亮，P2.0出來一個信號使光電耦合器GDOUHE導(dǎo)通，這樣繼電器閉合，使水泵加水；當水位處于正常范圍內(nèi)時，水泵加水，綠燈亮；當水位在高水位區(qū)時，傳感器的兩根探測線均被導(dǎo)通，均被+5V的電源導(dǎo)通，送入單片機，單片機經(jīng)過分析，在P2.2引腳出來一個低電平，使黃燈亮，在P2.0端出來一個低電平不能使光電耦合器導(dǎo)通，這樣繼電器不能閉合，水泵不能加水，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三燈閃爍。

這次單片機實驗課程設(shè)計也教會我做事要謹慎，細心耐心，也需要勤于練習，不然一步錯就會影響程序的成功性，更要掌握水位控制系統(tǒng)的原理，掌握實用電路的設(shè)計方法和技巧，也需要熟悉常用電子元件、調(diào)試工藝。當遇到困難時，自己學會了冷靜分析原因，尋找自己的問題，不急不躁，請教他人，直到問題解決為止。

這次的單片機設(shè)計讓我們有了一次機會，對我們的綜合工程素質(zhì)起了促進作用，也讓我知道平時積累和學習知識的重要性，知道了自己知識的匱乏讓我知道了自己存在的種種不足，知道了自己以后應(yīng)該提升的地 方。此次的設(shè)計經(jīng)驗，將會是我以后的寶貴財富。

附錄 1 電路圖 程序清單

程序如下： ORG 0000H SETB P1.1 RESTART: MOV A,P1 ANL A,#00000011B CJNE A,#00H,LOOP1;在低水位之下，開啟電動機，亮紅燈 SETB P3.2 SETB P3.3 CLR P3.0 CLR P3.1 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP1: CJNE A,#01H,LOOP2;當超過低水位，并且未達到高水位時，保持電動機轉(zhuǎn)動，亮綠燈 SETB P3.2 SETB P3.1 CLR P3.0 CLR P3.3 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP2: CJNE A,#02H,LOOP3;系統(tǒng)故障（達到高水位，卻沒達到低水位）紅，黃，綠燈均閃爍 SETB P3.0 CLR P3.3 CLR P3.2 CLR P3.1 LCALL DELAY SETB P3.3 SETB P3.1 LCALL DELAY LJMP RESTART LOOP3: CJNE A,#03H,RESTART;當達到高水位時，停止電動機，亮黃燈 SETB P3.1 SETB P3.0 SETB P3.3 CLR P3.2 LCALL DELAY LJMP RESTART DELAY: MOV R0,#250 DELAY3: MOV R1,#200 DELAY2: MOV R2,#5 DELAY1: DJNZ R2,DELAY1 DJNZ R1,DELAY2 DJNZ R0,DELAY3 RET END

第三篇：水塔自動控制電路設(shè)計（范文模版）

水塔自動控制電路設(shè)計

一，緒論

現(xiàn)今社會，自動化裝置無所不在，在控制技術(shù)需求的推動下，控制理論本身也取得了顯著的進步。水塔水位的監(jiān)測和控制，再也不需要人工進行操作。實踐證明，自動化操作，具有不可替代的應(yīng)用價值。水塔水位自動控制器，具有適應(yīng)各種液體液位的檢測和控制的功能，設(shè)計中分析了利弊，考慮了各種液體的阻值大小，是可以投入實際生產(chǎn)的產(chǎn)品。本文實現(xiàn)了在惡劣的條件下能自動調(diào)節(jié)水位高低、手動解除報警裝置、檢測探頭好壞的水塔水位控制器.同時,通過調(diào)節(jié)電位器中的阻值,該控制器能夠適應(yīng)多種液體液位的檢測。

二，系統(tǒng)方案

水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點，而自動控制原理，依據(jù)用水量的變化自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運行參數(shù)，保持水壓恒定以滿足用水要求，從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)量。而且成本低，安裝方便，經(jīng)過多次實驗證明，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置，水塔水位控制系統(tǒng)采用交流電壓檢測水位，水位低于下限B點水位時，水泵抽水，水位達到最高水位線D時，水泵停止抽水，水位降低到最低水位線B以下時，恢復(fù)運行抽水，從而實現(xiàn)自動控制。

該系統(tǒng)采用分立元件電路實現(xiàn)了水塔水位的自動控制，設(shè)計出一種低成本、高實用價值的水塔水位控制器。采用分立的電路實現(xiàn)超高、低水位處理，自動控制電機電路。它能自動完成上水停水的全部工作循環(huán)，保證液面高度始終處于較理想的范圍內(nèi)，它結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，靈敏度高，節(jié)約能源顯著，是用于各種高層液體儲存的理想設(shè)備。

三，系統(tǒng)設(shè)計

① 設(shè)計分析

水塔水位自動控制系統(tǒng)主要完成的功能是對水塔水位的自動控制及檢測.本文擬通過4 個探頭對水塔水位進行采樣,分析采集的水位信號,控制電機水泵的開啟、停止,實現(xiàn)水位的調(diào)節(jié).4 個探頭分別用B、C、D、E 表示,放置在水塔中,如圖1 所示.4 個探頭采集的水位信號通過T TL 電路判斷輸出,可以判斷水塔內(nèi)水位的高度.水位允許在已設(shè)置的上、下水位范圍內(nèi)變化.即水位高度正常情況應(yīng)控制在C、D 之間,如圖1(a);當水位低于C 點、高于B 點時,電機啟動,帶動水泵工作,進水閥門打開,水塔內(nèi)處于進水狀態(tài),如圖1(b);當水位高于D 點時、低于E 點時,電機關(guān)閉,水泵停止工作,關(guān)閉進水閥門,水塔內(nèi)處于停進狀態(tài),如圖1(c);當水位低于C 點并到達B 點時,就發(fā)出C 探頭故障報警,采取手動啟動電機,如圖1(d);當水位超過D 點并到達E 點時,發(fā)出D 探頭故障報警,采取手動關(guān)閉電機,水位從溢流口流出,如圖1(e)

② 系統(tǒng)框圖

為了精確地實現(xiàn)對水位的控制,必須建立閉環(huán)控制系統(tǒng).根據(jù)水塔中的進、出水的水位可以自動控制水泵運行與停止,使水位處于動態(tài)的平衡狀態(tài).控制系統(tǒng)主要分為水位的模擬檢測和邏輯判斷部分.如圖2 所示,模擬檢測部分測量的是B、C、D、E 4 個探頭相對于A 點(即地)電位的高低.這就相當于一個可變電阻,4 個探頭與地之間的不同距離對應(yīng)了可變電阻不同的阻值.當水位高低發(fā)生變化時,對應(yīng)的電阻值不同,通過邏輯判斷,就得到不同的輸出邏輯判斷的輸出電路一部分用來控制電機的關(guān)閉與開啟,另一部分用來檢測系統(tǒng)故障,并發(fā)出報警聲。四，電路設(shè)計

① 工作原理

水塔供水系統(tǒng)的工作原理圖如圖3所示,包括水位檢測電路,誤動作判斷電路,水位控制電路,電機開啟或關(guān)閉電路和報警電路.水位正常情況下應(yīng)保持在C、D 范圍之間, 此時, B、C、D、E 4 個探頭的邏輯電平為0011 ,水塔水位處于保持狀態(tài);當水位低于C點,處于B、C 之間時,B、C、D、E 4 個探頭的邏輯電平為0111 ,水塔水位處于進水狀態(tài);當水位高于D 點, 處于D、E之間時, B、C、D、E 4 個探頭的邏輯電平為0001 , 水塔水位處于停進狀態(tài);當水位低于B 點或水位高于E 點, B、C、D、E 4個探頭的邏輯電平為1111 或0000 時,表明控制水位變化的電路出現(xiàn)了故障, 水塔水位的報警電路開始工作, 產(chǎn)生下限報警或上限報警, 即低報和高報.此時,需要工作人員手動關(guān)閉報警設(shè)備并開啟或閉合控制電機。

圖3 水塔供水系統(tǒng)的工作原理圖 ② 參數(shù)計算

水位指示燈部分:令流過三極管T1 , T2 , T3 , T4 集電極的電流IC 為10mA , 因為IC =(V CC-1.5)/ RC= 10mA , 得RC = 350Ω;取β= 100 ,則IB = 10mA/ 100 = 0.1mA , 所以, RB = V CC/ IB = 10kΩ.但是在實際調(diào)試中,電阻值過小, 選擇RB = 15kΩ 才合適。

③ 水塔水位控制器

水塔水位控制器的測試圖4 為水塔水位控制器的外觀正視圖,由電源指示燈、報警確認燈、水位指示燈以及報警確認開關(guān)組成.接通電源時,電源指示燈亮,當水塔中水深處于不同位置時,水位指示燈B、C、D、E 狀態(tài)不同.(1)當水位處于B 點之下,指示燈B、C、D、E 全亮,報警電路開始報警,即下限報警.(2)當水位處于B、C 之間, 指示燈B 滅, C、D、E 亮，水泵開始進水.(3)當水位處于C、D 之間, 指示燈B、C 滅, C、D 亮,保持狀態(tài),即保持進水.(4)當水位處于D、E 之間, 指示燈B、C、D 滅, E 亮,停進狀態(tài),即水泵不工作.(5)當水位處于E 點之上,指示燈B、C、D、E 全滅,水泵不工作,報警電路開始溢出報警,即上限報警.(6)報警電路可以手動關(guān)閉,只要按下報警確認開關(guān),就可以解除報警的蜂鳴聲.此時,報警確認燈亮起.處理完故障時,必須關(guān)閉報警確認燈,報警確認電路復(fù)位,恢復(fù)其監(jiān)測故障的功能.經(jīng)過檢測,水塔水位控制器完全符合預(yù)定要求,完成所設(shè)定的工作任務(wù).圖4 水塔水位控制器外觀圖

五，實驗驗證

本文采用純硬件電路設(shè)計水塔水位控制系統(tǒng),避免了復(fù)雜設(shè)計中的不穩(wěn)定因素,降低了生產(chǎn)成本,提高了實用價值.同時,對于不同類型的液體,此系統(tǒng)具有良好的兼容性.當水塔中液體改變時,只需要將電位器中的阻值和該液體的阻值調(diào)節(jié)到一個數(shù)量級上就可以很方便地實現(xiàn)此液體的水位控制操作.實驗證明,此水塔水位控制器不僅實現(xiàn)了對水塔水位的精確控制,而且,更具有工業(yè)生產(chǎn)的實用性.但是,如果探頭B、C,或者探頭D、E 同時發(fā)生故障,水塔水位控制器中的檢測部分就不能識別出來,這是使用時應(yīng)該注意的.所以,在使用過程中需要定期檢測探頭是否發(fā)生故障.六，結(jié)束語

運用簡單、可靠的設(shè)計思路來實現(xiàn)性價比合理的水塔水位控制器.經(jīng)過實驗測試,該系統(tǒng)在運行期間穩(wěn)定性高,完全實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)水位高低、手動解除報警裝置、檢測探頭好壞等功能,是可以投入生產(chǎn)的水塔水位控制器。

通過本次課程設(shè)計，我對傳感器的應(yīng)用有了更加深刻的理解，也對它的應(yīng)用范圍之廣感到驚奇，我相信在我以后的生活中，對身邊的事物也會明白的更深更多，這次設(shè)計，真的讓我受益匪淺。

七．參考文獻

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第四篇：基于plc水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計

實 訓(xùn)（習）報 告

課程名稱：專 業(yè) 綜 合 實 訓(xùn)

專 業(yè)： 生產(chǎn)過程自動化

班 級：

學 號：

姓 名：

指導(dǎo)教師： 成 績：

完成日期：

目 錄

1、PLC簡介.........................................................................................................1 1.1、可編程控制器的產(chǎn)生..................................................................................1 1.2、PLC的發(fā)展..................................................................................................3 1.3、PLC的未來展望..........................................................................................4 1.4、PLC的特點..................................................................................................4 1.5、PLC的組成..................................................................................................5 1.5.1、中央處理單元(CPU)................................................................................6 1.5.2、存儲器.......................................................................................................6 1.5.3、輸入/輸出模塊..........................................................................................8 1.5.4、擴展模塊...................................................................................................9 1.5.5、編程器.......................................................................................................9 1.5.6、電源.........................................................................................................11 1.6、PLC的工作原理........................................................................................11 1.6.1、掃描技術(shù).................................................................................................12 1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時間.............................................................................13 1.7、梯形圖程序設(shè)計........................................................................................13

2、方案的論證...................................................................................................15 2.1、工藝過程分析............................................................................................15 2.2、PLC型號的選擇........................................................................................15 2.3、工作控制方式............................................................................................15

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計.....................................................................17 3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路............................................................................17 3.2、輸入/輸出分配...........................................................................................18 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖............................................................................18

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計.............................................................19 4.1、程序流程圖................................................................................................19 4.2、梯形圖........................................................................................................20 4.3、系統(tǒng)程序的具體分析................................................................................21

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表................................................22

5、總結(jié)...............................................................................錯誤！未定義書簽。致

謝.............................................................................................................24 參考文獻.............................................................................................................25

摘要

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要對水位進行測量和控制。水位控制在日常生活中應(yīng)用也相當廣泛，比如水塔、地下水、水電站等情況下的水位控制。而水位檢測可以有多種實現(xiàn)方法，如機械控制、邏輯電路控制、機電控制等。本文采用PLC進行主控制，在水箱上安裝一個自動測水位裝置。利用水的導(dǎo)電性連續(xù)地全天候地測量水位的變化，把測量到的水位變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，主控臺應(yīng)用MCGS組態(tài)軟件對接收到的信號進行數(shù)據(jù)處理，完成相應(yīng)的水位顯示、故障報警信息顯示、實時曲線和歷史曲線的顯示，使水位保持在適當?shù)奈恢谩?/p>

關(guān)鍵詞： 水位控制、歐姆龍PLC

1、PLC簡介

1.1、可編程控制器的產(chǎn)生

可編程控制器是二十世紀七十年代發(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)用于機械制造、冶金、化工、能源、交通等各個行業(yè)。計算機在操作系統(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，增強了PLC過程控制能力。因此，無論是單機還是多機控制、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。

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，是計算機家族的一名成員，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。

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。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。但是當工作模式改變時，就必須改變系統(tǒng)的硬件接線，控制柜中的物件以及接線都要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費用高，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。

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，公開對外招標，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，編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流115V； 輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。

這十項指標就是現(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，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“便于擴充功能”的原則來設(shè)計。

用可編程控制器代替了繼電器—接觸器的控制，實現(xiàn)了邏輯控制功能，并且具有計算機功能靈活、通用性等有點，用程序代替硬接線，并且具有計算機功能靈活、通用性能強等優(yōu)點，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，使得部熟悉計算機的人也能方便地使用。這樣，工作人員不必在變成上發(fā)費大量地精力，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)可方便地在需要地地方運行。所以，可編程控制器廣泛地應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域。

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)不斷進步，PLC迅速發(fā)展。PLC進入九十年代后，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、機器人和CAC/CAM）種躍居首位。

我國在八十年代初才開始使用PLC，目前從國外應(yīng)進的PLC使用較為普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美國GE公司GE系列和德國西門子公司S系列等。

1.2、PLC的發(fā)展

雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分為三各階段：

早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這是的PLC多少由電繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上 以計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置種的器件主要采用分離元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上采用廣大電器工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。

在七十年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元（CPU）。

這樣，使PLC的功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。再硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量快、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，是各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的應(yīng)用范圍得以擴大。

進入八十年代中、后期，由于插大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商紛紛開發(fā)研制了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬功能發(fā)生了巨大變化。

1.3、PLC的未來展望

21世紀，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

1.4、PLC的特點 可靠性高，抗干擾能力強

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強

PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。

1.5、PLC的組成

PLC的硬件主要是由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元，通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設(shè)連接。典型PLC組成框圖如圖1.1所示。

圖1.1 典型PLC組成框圖

1.5.1、中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。

進一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。

1.5.2、存儲器

存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。

1、PLC常用存儲器類型

（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器(隨機存

儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。

（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。

（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。

2、PLC存儲空間分配

各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：

（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)

（2）系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲區(qū)

系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC性能。

系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。

（1）I/O映象區(qū)：PLC投入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中一個位（bit），一個模擬量I/O占用存儲單元中一個字（16個bit）。整個I/O映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O映象區(qū)；模擬量I/O映象區(qū)。

（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) ：I/O映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者PLC斷電時，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當PLC

斷電時，數(shù)據(jù)被清零。

用戶程序存儲區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到PLC機的RAM存貯器中，以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在EEPROM中。

1.5.3、輸入/輸出模塊

輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口。現(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到PLC。由于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器CPU所處理的信息只能是標準電平，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于PLC內(nèi)部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把PLC與外部電路隔離起來，以提高PLC的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即A/D或D/A轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與PLC的中央處理器連接。模擬量輸入模塊A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇PLC的1/0總線掛接?，F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是0—5伏和0—10伏兩種。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成8未、10未或12位的二進制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給

執(zhí)行機構(gòu)。

1.5.4、擴展模塊

當一個PLC中心單元的I/O點數(shù)不夠用時，就要對系統(tǒng)進行擴展，擴展接口就是用于連接中心基本單元與擴展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，使可編程控制器的功能更加強大和完善。只能I/O接口模塊種類很多，例如高速計數(shù)模塊、PLCA控制模塊、數(shù)字位基于PLC的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計置譯碼模塊、閥門控制模塊、智能存貯弄快以及智能I/O模塊等。

1.5.5、編程器

它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機或磁帶機相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入PLC。

目前編程器主要有以下三種類型：

1.便攜式編程器(也叫簡易編程器)；2.圖形編程器；3.用于IBM—PC及其兼容機的編程器。

便于攜帶的特點，一般只能用指令形式編程，通過按鍵輸入指令，通過數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。

圖形編程器以液晶顯示器(LCD)或陰極射線管(CRT)作屏幕，用來顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時顯示各種信號狀態(tài)、出錯提示等。

使用圖形編程器可以月多種編程語言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機、錄音機、繪畫儀等設(shè)備連接，有較強的監(jiān)控功能。但它的價格高，適用于中、大型可編程控制器的編程要求。

用于IBM—PC及其兼容機的編程器是個人計算機加上適當?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐?，也可直接編制成梯形圖，其監(jiān)控功能也很強。編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在PLC機處于停機狀態(tài)

時可以進行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對已有的程序予以編輯和修改。

監(jiān)控工作方式可以對運行中的控制器工作狀態(tài)進行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對某一線圈或觸點的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，也可以對成組器件的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對一些器件進行操作。因此編程器的監(jiān)控方式對控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運行是非常有用和方便的。編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時候鍵盤中都備有一個選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。

現(xiàn)在產(chǎn)品越來越模塊化，可編程控制器也不例外，它的結(jié)構(gòu)緊密、堅固，外形小巧，CPU本身只提供了一定數(shù)量的數(shù)字輸入和輸出點數(shù)。不同廠家、不同型號的PLC的輸入／輸出點數(shù)也不同，有的大型機輸入／輸出點數(shù)可達16K，而很多小型機僅有10來點，而且CPU本身不帶模擬輸入與輸出，但CPU一般都帶有擴展接口。因此，用戶選型后，所需的輸入或輸出點數(shù)不夠時，就需對系統(tǒng)做出必要的擴展，各個廠家也生產(chǎn)了專用于擴展用的各模板供用戶選用。擴展模板的外形一般也小巧、堅固，有易于接線的端子排，帶有擴展總線或通過總線連接器與CPU相連。主要有數(shù)字輸入／輸出模板，模擬輸入／輸出模板，熱電阻、熱電偶擴展模板，還有智能模板等許多具有專用功能的特殊模板。

用擴展模板來擴展系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點：

用戶可根據(jù)自己時間控制系統(tǒng)的要求，選用各種合適的擴展模塊對PLC作硬件組態(tài)，以求達到各種功能或控制精度，同時節(jié)省開支，減少不必要的投資。

當已運行的系統(tǒng)需要改造或擴充時，PLC可以隨時進行升級或改版，所作的工作僅僅是替換或增加擴展模板和修改相應(yīng)的控制軟件。特殊模板及智能模板的開發(fā)將進一步擴展可編程控制的功能，專用模板的開發(fā)不僅擴大了可編程控制系統(tǒng)的控制功能，而且將進一步提高控制質(zhì)量與可靠性。

1.5.6、電源

PLC中的電源一般有三類：

1、+5V、±15V直流電源：供PLC中TTL芯片和集成運放使用；

2、供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；

3、鋰電池及其充電電源。

考慮到系統(tǒng)的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。

目前PLC的發(fā)展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現(xiàn)。通常根據(jù)其I/O點的數(shù)量將 PLC分為三大類：

小型機：256點以下（無模擬量）；

中型機：256 ~ 2048點（64 ~ 128路模擬量）；

大型機：2048點以上（128 ~ 512路模擬量）。

具體實現(xiàn)時，通常采用模板式結(jié)構(gòu)，以便用戶根據(jù)實際應(yīng)用需求進行配置。但一些小型機常制作成一體機，其配置固定，主要供定型成套設(shè)備使用；而一些大型機一般在電源、或者CPU，甚至兩者都作了熱備份。

1.6、PLC的工作原理

最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。而PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式---掃描技術(shù)。這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合，PLC

與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。

1.6.1、掃描技術(shù)

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。如圖2.2所示：

圖1.2 PLC 掃描周期

1、輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2、用戶程序執(zhí)行階段 ：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

3、輸出刷新階段：當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。

1.6.2、PLC的I/O響應(yīng)時間

為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可*性，PLC的每個開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個主要原因，使得PLC得I/O響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。所謂I/O響應(yīng)時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時間。

1.7、梯形圖程序設(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(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組成，比較抽象，通常都先用其它方式表達，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡單價廉。

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(yīng)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(yīng)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(fù)使用：而繼電器的觸點，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，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(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)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(fù)始。

2方案的論證

2.1、工藝過程分析

水塔水位控制系統(tǒng)過程分析：設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的,此時S4,S3,S2,S1均為ON。當系統(tǒng)啟動時，掃描到水池為液位低于水池下限位時，電磁閥Y打開(10.02通電)，開始往水池里進水，如果進水超過4S，而水池液位沒有超過水池下限位（傳感器S4仍為ON），說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)故障指示燈閃爍（10.03閃爍）。若4S后只有水池液位按預(yù)定的超過水池下限位（傳感器S4變?yōu)镺FF），說明系統(tǒng)在正常的工作。此時只有水池下限位有水，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限（S2為ON），故水泵M（10.04通電）開始工作，向水塔供水，當水池的液位超過水池上限液位時（傳感器S3變?yōu)镺FF），電磁閥Y就關(guān)閉（10.02失電）。但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，水泵M繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔裝滿時（傳感器S1變?yōu)镺FF），水泵M停止供水（10.04失電），此次給水塔供水完成。

2.2、PLC型號的選擇

輸入:系統(tǒng)啟動按鈕一個,系統(tǒng)停止按鈕一個,液位傳感器四個分別表示為S4,S3，S2和S1。輸入一共有6個，考慮到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整數(shù)7，所以共需7個輸入點。

輸出:Y閥,故障指示燈 ,水泵M。輸出共有3個，3×（1＋15％）＝3.45取整數(shù)4，所以共需4個輸出點。可以選OMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能滿足此例的要求。

2.3、工作控制方式

采用工控機作為上位機、PLC系統(tǒng)作為下位機的兩級控制模式。PLC控制系統(tǒng)是該程控系統(tǒng)的核心，工控機作為監(jiān)控機械手的運行狀態(tài)使用。

1、上位機：計算機作為上位機，用于完成狀態(tài)顯示、打印輸出、向PLC發(fā)送分類控制信號等功能，從而實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控。同時，計算機還是圖象處理的核心。

2、下位機：PLC作為下位機，用來完成狀態(tài)判別、輸出控制等工作。它直接控制電磁閥、繼電器，從而實現(xiàn)對各執(zhí)行元件的控制。本系統(tǒng)采用價格適中、可靠性高、維護方便且抗干擾能力強的可編程控制器歐姆龍CPM2A型PLC來實現(xiàn)水塔水位控制系統(tǒng)工藝的控制要求的。歐姆龍PLC是由電源、中央處理器和I/O元件組成的嚴密高速的程序控制器，配有豐富的指令系統(tǒng)，易于用戶編程，具有豐富的特殊模塊和通信能力，可以滿足生產(chǎn)自動化的多級要求。本系統(tǒng)采用CPM2A是一種功能完善的緊湊型PLC，大程序容量和存儲單位。另外CPU單元帶RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信協(xié)議可實現(xiàn)程序傳送，數(shù)據(jù)通信等功能。

歐姆龍公司C系列的小型機CPM2A型PLC 20點輸入/輸出，配有CX-Programmer軟件用于控制部分編程時使用。

3、通信方式：CPM2A CPU支持多樣的通信協(xié)議：點到點（Point-to-Point）接口（PPI）、多點接口（Multi-Point）（MPI）。這些都基于系統(tǒng)內(nèi)通信結(jié)構(gòu)模型，都是異步、基于字符的協(xié)議。其中PPI方式是非常簡單方便的通信協(xié)議，只需要一根RS-232C線進行數(shù)據(jù)信號的傳遞，不需要額外再配置模塊或軟件。因此，本系統(tǒng)選擇PPI方式，簡單且能滿足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和計算機互聯(lián)。

上位機與下位機之間通過RS-232連接構(gòu)成HOST LINK協(xié)議進行通信。RS-232又稱為EIA-232C或RS-232C，是最通用的一種串行通訊標準。它是一種點到點的通信方式，只能連接兩個通信設(shè)備。19200波特率時，最大距離為75米；9600波特率時，最大距離為900米。計算機的串口即為標準的RS-232接口。使用RS-232轉(zhuǎn)換器可以免掉一個RS-422串行接口板。

3、水塔水位系統(tǒng)PLC硬件設(shè)計

水塔水位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示

圖3.1 水塔水位自動控制示意圖

3.1、水塔水位系統(tǒng)控制電路

圖3.2 水塔水位控制系統(tǒng)電路圖

3.2、輸入/輸出分配

水塔水位控制系統(tǒng)I/O分配表見表3.1。

表3.1 水塔水位自動控制系統(tǒng)I/O分配表

輸入

操作功能 啟動按鈕 停止按鈕 液位傳感器s4 液位傳感器s3 液位傳感器s2 液位傳感器s1

地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Y閥

輸出

操作功能 故障指示燈 水泵M

地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系統(tǒng)的接線圖

水塔水位控制系統(tǒng)的I/O接線圖如3.3 所示：

圖3.3 水塔水位控制系統(tǒng)接線圖

4、水塔水位控制系統(tǒng)PLC軟件設(shè)計

4.1、程序流程圖

水塔水位控制系統(tǒng)的流程圖，根據(jù)設(shè)計要求控制流程圖如圖5.1：

圖4.1 水塔液位自動控制系統(tǒng)流程圖

4.2、梯形圖

PLC控制程序用CX-Programmer編程軟件開發(fā)。CX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程﹑調(diào)試的工具程序，其運行在Windows操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡捷的操作環(huán)境和強大的編程、調(diào)試功能。可實現(xiàn)梯形圖的編程、監(jiān)視和控制等功能，尤其擅長于大型程序的編寫，彌補了手編程器編程效率低的不足[1]。CX-Programmer編程軟件支持模塊化設(shè)計，在程序編寫時可以直接將編寫好的程序通過RS-232C傳送到PLC來控制現(xiàn)場設(shè)備。根據(jù)程序流程圖設(shè)計的梯形圖如5.2所示：

圖4.2 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖

4.3、系統(tǒng)程序的具體分析

PLC采用循環(huán)掃描的的工作方式，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序進行運算處理，然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號，任一時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免繼電接觸器控制系統(tǒng)中易出現(xiàn)的觸點競爭和時序失配的問題。

PLC執(zhí)行用戶程序是從梯形圖左母線開始由上至下，由左向右逐個掃描每個梯級的每個元素，進行運算，此時CPU只是與映象區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，讀取輸入數(shù)據(jù)，送出輸出信號。當CPU執(zhí)行到END指令時，表示程序段結(jié)束，則此次掃描用戶程序結(jié)束。PLC控制程序分析

實現(xiàn)功能：當按下00000系統(tǒng)啟動按鈕,中間繼電器20001得電并自鎖,系統(tǒng)處于等待狀態(tài)并一直保持。按下00001停止按鈕系統(tǒng)的運行停止。

實現(xiàn)功能：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),當S3為ON后，閥Y關(guān)閉（Y為OFF）。

實現(xiàn)功能：當Y打開進水（Y為ON）定時器開始定時，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。

實現(xiàn)功能：當S4為OFF時（表示水池水位高于水池低水位界），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。

4.4、水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖的對應(yīng)指令表

水塔水位控制系統(tǒng)指令表如圖4.3所示：

圖4.3 水塔水位控制系統(tǒng)的指令表

總結(jié)

五個星期的PLC實訓(xùn)很快結(jié)束了，在這短暫的實訓(xùn)時間里，經(jīng)過老師、同學的指導(dǎo)，我獲益匪淺，學習了不少關(guān)于自己專業(yè)方面的知識。

在完成項目期間，我們組的分工明確，有負責編程的，有負責報告找資料，有負責畫電路圖的……雖說分工明確，但在完成項目過程中遇到些麻煩的話組員之間還是相互配合相互幫助盡量讓每個學員學到更多的專業(yè)知識，使每個組員更上一個層次。實訓(xùn)期間，我主要負責編程、報告及找資料，但這并不是說我在其他組員做他們?nèi)蝿?wù)時置之不理，與我無關(guān)。我在旁邊和組員一起，參與其中的討論分析，并會不時幫助他們完成任務(wù)。而同樣我在做我的任務(wù)時，他們也會經(jīng)常幫我解決一些我無法解決的問題。這樣，我們組在完成這兩個項目還是比較順利的。

我做的這個題目是有關(guān)與PLC系統(tǒng)理論與實踐相結(jié)合的設(shè)計。在此時對以前學習的知識的挑戰(zhàn)與突破。在對這個設(shè)計的材料搜索進行獨立搜索時，對于辦公軟件的應(yīng)用有了進一步的提高。同時在對搜集的材料進行整核，結(jié)合所學理論知識，以及實際應(yīng)用操作的情況下，提高了實際操作和獨立解決問題的能力。

通過這次設(shè)計實踐。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，也提高了我的工程素質(zhì)。剛開始學習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。轉(zhuǎn)換成指令表后則顯示不出很多正確的指令程序，這主要是因為我沒有把理論和實踐相結(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。

如今設(shè)計是做完了，可是我的學習之路還沒有完，這次實訓(xùn)讓不僅學習了不少與自己專業(yè)相關(guān)的知識，而且還懂得了團隊的力量，并且讓自己更相信一分努力一分收獲，積極的學習態(tài)度在以后的學習、工作中是永遠缺少不了的！并明白人這一輩子不能僅僅局限于那一點點滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實踐，提升自己的動手能力，創(chuàng)造屬于自己的未來。

致

謝

本文是在指導(dǎo)老師悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到相關(guān)材料的收集，從論文框架的設(shè)計到具體內(nèi)容遣詞造句，每一章節(jié)都凝聚著指導(dǎo)老師的心血。在此，學生表示最誠摯的謝意。在老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、積極的人生觀、學術(shù)上孜孜追求的精神以及對學生無微不至的關(guān)懷，都給我留下了終生難忘的印象，必然將對我以后的學習和生活產(chǎn)生重要影響。

在完成整個論文期間，對各位老師、同學、朋友、親人辛勤勞動以及他們在治學和人品上給予我的深刻影響，我同樣銘記在心，并表示由衷的感謝。

在此，我向所有在學業(yè)上、生活上幫助、理解、支持我的老師、同學、朋友和親人致以最真誠的謝意。

最后，感謝各位專家、學者在百忙之中審閱我的拙作。

參考文獻

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第五篇：《水塔供水遠程自動控制》文獻綜述

***大學信息科學與技術(shù)學院

畢業(yè)設(shè)計文獻綜述

課題名稱： 學生姓名： 學 號： 學 院： 專業(yè)年級： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 完成日期：

信息科學與技術(shù)學院

二○一四年六月四日 水塔供水遠程自動控制系統(tǒng)

文獻綜述

前言

我國的供水自動化系統(tǒng)發(fā)展已初有成效。供水自動化系統(tǒng)主要包括水廠自動化和供水管網(wǎng)調(diào)度自動化兩個方面。

水塔水位控制系統(tǒng)是我國住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，水塔供水的主要問題是塔內(nèi)水位應(yīng)該始終保持在一定范圍內(nèi)，避免“空塔”、“溢塔”現(xiàn)象發(fā)生。傳統(tǒng)的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺點，而自動控制原理，基于SMS的遠程通信功能，實現(xiàn)變頻器的遠程開關(guān)控制，保持水壓恒定以滿足用水要求，從而提高了供水系統(tǒng)的質(zhì)最。而智能控制系統(tǒng)的成本低，安裝方便，靈敏性好，是節(jié)約水源，方便家庭和單位控制水塔水位的理想裝置。

近幾十年來，自動控制技術(shù)迅猛發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運輸，國防建設(shè)和航空，航天事業(yè)等領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展，自動控制技術(shù)至今己滲透到各種科學領(lǐng)域，成為促進當今生產(chǎn)發(fā)展和科學技術(shù)進步的重要因素。比如在生活方面的溫度調(diào)節(jié)、濕度調(diào)節(jié)、自動洗衣機、自動售貨機、自動電梯、空氣調(diào)節(jié)器、電冰箱、自動路燈、自動門、保安系統(tǒng)等。在工業(yè)方面主要分為兩大類：一類是氣體、水位、粉體、石油化工制藥、輕工食品、建材等行業(yè)。需要對溫度、壓力、物位、流量、成分等參數(shù)進行控制。另一類是對己成型材料的進一步加工或者對多種己成型材料的裝配，主要控制位移、速度、角度等參數(shù)這些都需要應(yīng)用自動控制學科的知識。

正文

1水位檢測

1.1 水位檢測現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

在日常生產(chǎn)和生活中常遇到水位的檢測問題。從20世紀80年代開始 ,一些發(fā)達國家就借助于微電子、計算機、光纖、超聲波等高科技使水位自動

計量呈現(xiàn)出集功能、精度和現(xiàn)場于一體的新水平。

近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，計算機、微電子、傳感器等高新技術(shù)的應(yīng)用和研究，水位儀表的研制得到了長足的發(fā)展，以適應(yīng)越來越高的應(yīng)用要求。目前，水位測量技術(shù)已經(jīng)廣泛的運用在工業(yè)部門和日常檢測部門中。例如：水位測量技術(shù)在石油、化工、氣象等部門的應(yīng)用。在測量條件和環(huán)境來說，有的測量系統(tǒng)被運用在十分復(fù)雜的條件與環(huán)境中。例如:有的是高溫高壓，有的是低溫或真空，有的需要防腐蝕、防輻射，有的從安裝上提出苛刻的限制，有的從維護上提出嚴格的要求等。這些都大大的提高了對測量技術(shù)的要求。所以能實現(xiàn)測量的無接觸與智能化是水位測量計現(xiàn)在的主要發(fā)展方向。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要測量容器中水位的水位。在一般的生產(chǎn)過程中，水位測量的目的主要是通過水位測量來確定容器里的原料、半成品或產(chǎn)品的數(shù)量，以保證生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)物料平衡以及為進行經(jīng)濟核算提供可靠的依據(jù);另外還為了在連續(xù)生產(chǎn)的情況下，通過水位測量，了解水位是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而維持正常生產(chǎn)、保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量以及保證安全生產(chǎn)。水位的測量在工業(yè)生產(chǎn)過程中的作用已經(jīng)相當重要[1]。

在目前市場上，按測量水位的感應(yīng)元件與被測水位是否接觸，水位儀表可以分為接觸型和非接觸型兩大類[2]。接觸型水位測量主要有：人工檢尺法、浮子測量裝置、伺服式水位計、電容式水位計以及磁致伸縮水位計等。它們的共同點是測量的感應(yīng)元件與被測水位接觸，即都存在著與被測水位相接觸的測量部件且多數(shù)帶有可動部件。因此存在一定的磨損且容易被水位沾污或粘住，尤其是桿式結(jié)構(gòu)裝置，還需有較大的安裝空間，不方便安裝和檢修。

非接觸型水位測量主要有微波雷達水位計[3]、射線水位計以及激光水位計等。顧名思義，這類測量儀表的共同特點是測量的感應(yīng)元件與被測水位不接觸。因此測量部件不受被測介質(zhì)影響，也不影響被測介質(zhì)，因而其適用范圍較為廣泛，可用于接觸型測量儀表不能滿足的特殊場合[4][5]，如粘度高、腐蝕性強、污染性強、易結(jié)晶的介質(zhì)。1.2 水位測量的分類

水位計量儀表早期大多采用機械原理,但近年來隨著電子技術(shù)的應(yīng)用，逐步向機電一體化發(fā)展，并且發(fā)展了許多新的測量原理。在傳統(tǒng)原理中也滲透了電子技術(shù)及微機技術(shù)，結(jié)構(gòu)有了很大的改善、功能有了很大的提高。根據(jù)

水位位測量所涉及的水位存儲容器、被測介質(zhì)以及工藝過程的不同，水位計類型的選用也不同。在進行水位測量前，必須充分了解水位測量的工藝特點，以此作為水位計設(shè)計過程中的參考因素[6]。

如果按照接觸方式來劃分可以分為，第一種是非接觸測量方式的水位儀；第二種是接觸測量方式的水位儀。

2串行通信

串行通信是指通信的發(fā)送端和接收端之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個二進制的0、1為最小單位逐位進行傳輸[7]。

串行數(shù)據(jù)傳輸[8]的特點是：數(shù)據(jù)傳輸按位順序進行，僅需一根傳輸線即可完成節(jié)省傳輸線。與并行通信相比，串行通信還有較為明顯的優(yōu)點[8][9]：傳輸距離長，可以從幾米到幾千米；串行通信的通信時鐘頻率容易提高；串行通信的抗干擾能力十分強，其信號間的相互干擾完全可以忽略。但是串行通信的傳輸速度比并行通信慢得多[10]。

正是串行通信的連線少、成本低，因此它在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)品也是多種多樣。2.1 串行通信的工作模式

通過單線傳輸信息是串行數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)通常是在兩個站(點對點)之間進行傳輸，按照數(shù)據(jù)流的方向可分為三種傳輸模式[11]：單工、半雙工、全雙工。

2.2 串口通信的方式

串口進行通信的方式有兩種[12]：同步通信方式和異步通信方式。同步通信方式要求通信雙方以相同的時鐘頻率進行，而且準確協(xié)調(diào)，通過共享一個單個時鐘或定時脈沖源保證發(fā)送方和接收方的準確同步[13][14]，效率較高；異步通信方式不要求雙方同步，收發(fā)方可采用各自的時鐘源，雙方遵循異步的通信協(xié)議，以字符為數(shù)據(jù)傳輸單位，發(fā)送方傳送字符的時間間隔不確定，發(fā)送效率比同步傳送效率低。2.2.1同步通信方式

同步通信的通信雙方必須先建立同步[15]，即雙方的時鐘要調(diào)整到同一個頻率。收發(fā)雙方不停地發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。但這時還有兩種不同的同步方式。一種是使用全網(wǎng)同步，用一個非常精確的主時鐘對全網(wǎng)所有結(jié)

點上的時鐘進行同步。另一種是使用準同步[16]，各結(jié)點的時鐘之間允許有微小的誤差，然后采用其他措施實現(xiàn)同步傳輸。同步通信的好處是傳輸效率高，傳輸線布置簡單、經(jīng)濟，但同步設(shè)備復(fù)雜，要獲得精準的同步時鐘較困難[17]。2.2.2.異步通信方式

異步通信是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時，所發(fā)送的字符之間的時間間隔可以是任意的。當然，接收端必須時刻做好接收的準備(如果接收端主機的電源都沒有加上，那么發(fā)送端發(fā)送字符就沒有意義，因為接收端根本無法接收)。發(fā)送端可以在任意時刻開始發(fā)送字符，因此必須在每一個字符的開始和結(jié)束的地方加上標志，即加上開始位和停止位[18]，以便使接收端能夠正確地將每一個字符接收下來。異步通信的好處是通信設(shè)備簡單、便宜，但傳輸效率較低(因為開始位和停止位的開銷所占比例較大)[19][20]。3 短消息服務(wù) 3.1短消息服務(wù)簡介

短消息服務(wù)SMS(Short Message Service)[21]是GSM系統(tǒng)中提供的一種短消息實體之間通過短消息服務(wù)中心進行的信息收發(fā)的方式。短消息服務(wù)中心(SMSC:Short Message Service Center)是獨立于GSM網(wǎng)絡(luò)的一個業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)，主要功能是提交、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)短消息，并完成與PSTN(Public Switched Telephone Network:公用電話交換網(wǎng))、Internet等網(wǎng)絡(luò)的互通[22]，以實現(xiàn)來自其他SME(Short MessageEntity)，如人工臺/自動臺、資訊平臺等的短消息的傳遞需求。按實現(xiàn)方式的不同，短消息業(yè)務(wù)可以分為點到點短消息業(yè)務(wù)和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù)。

結(jié)論

該課題的提出為解決水塔的遠程控制問題，提供了一個科學的可行的試驗研究方法，通過水位檢測收集到的電信號，作為單片機的控制信號，用SMS短信方式進行人為控制，利用繼電器的開啟和關(guān)閉實現(xiàn)外電路水泵的上水和停止，它可以解決水塔人工啟動水泵上水效率低，而且難以把握水位的問題，大大減少了由人工作業(yè)的危險性，希望通過本次的研究可以使水塔的遠程自動控制變得更加簡單、方便，讓自動控制更深入的走進人們的生活。

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