西门子污水处理基于西门子PLC污水排放控制系统

1、河南大学本科毕业生学士学位论文编号：2011届本科毕业论文基于西门子plc污水排放控制系统siemens plc based control system for sewage disposal论文作者姓名：刘旭亮 作 者 学 号：070440064 所 在 学 院：计算机与信息工程学院 所 学 专 业：计算机科学与技术 导师姓名职称：高明远(副教授) 论文完成时间：2011年5月20日 目录目录1摘 要2abstract3绪 论4本系统的开发背景及意义4第一章 可编程序控制器（plc）的概况51.1 plc的产生和特点及其发展动向51.1.1 plc的产生51.1.2 plc的定义61.1.

2、3 plc的特点71.2 plc的分类101.2.1按 i/o点数分类101.2.2按结构分类111.2.3按功能分类121.3 plc的系统结构和基本工作原理121.3.1 plc的系统结构121.4 plc的应用设计步骤161.5西门子s7-200系列可编程控制器的介绍161.5.1 s7-200系列plc概述161.5.2 s7-200系列cpu224型plc的结构18第二章plc 污水排放控制系统的组成212.1 水位检测电路222.2 主电路222.3.1 控制要求232.4主控电路中各元器件的选择242.4.1空气断路器的选择242.4.2接触器的选择242.4.3熔断器的选择26

3、2.4.4热继电器的选择27第三章 软件设计273.1 plc电气控制系统i/o设备的分配表273.2 plc型号的选择283.3 plc外部接线图283.5程序调试及遇到的问题分析 错误33结束语34致谢辞35参考文献36摘 要随着社会的发展,污水排放已经成为城市建设中的一个重要问题。目前,在中、小城市中,污水排放的控制系统通常采用传统的继电器控制方式。随着科学技术的进步和控制要求的提高,这类控制系统已显示出越来越多的弊端,所以利用plc 实现污水排放的自动控制已成为发展的必然趋势。本文利用西门子s7-200系列plc控制两台排水泵实现了污水排放的自动化控制，克服了传统的继电器控制系统的种种

4、弊端，是污水排放系统更加安全可靠。关键词: 西门子plc 污水排放 自动控制abstractwith the social development, urban construction, sewage disposal has become an important issue. at present, in small town city, sewage control systems typically use traditional relay control. with the progress of science and technology and control system

5、 requirements increase, such control systems has shown a growing number of disadvantages, so the use of plc to achieve effluent discharge automatic control has become an inevitable trend. in this paper, siemens s7-200 series plc control two sewage drainage pump realize the automatic control, to over

6、come the traditional drawbacks of the relay control system, the sewage disposal system more secure. 朗读显示对应的拉丁字符的拼音keywords: siemens plc sewage disposal automatic control绪 论本系统的开发背景及意义随着社会的发展,污水排放已经成为城市建设中的一个重要问题。目前,在中、小城市中,污水排放的控制系统通常采用传统的继电器控制方式。随着科学技术的进步和控制要求的提高,这类控制系统已显示出越来越多的弊端,所以利用plc 实现污水排放的自动

7、控制已成为发展的必然趋势。20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，

8、它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （1）编程方便，可现场修改程序； （2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制装置； （4）体积小于继电器控制盘； （5）数据可直接送入管理计算机； （6）成本可与继电器控制盘竞争； （7）输入可以是交流150v以上； （8）输出为交流115v，容量要求在2a以上，可直接驱动接触器，电磁阀等；（9）扩展时原系统改变最小； （10）用户存储器至少能扩张到4kb（适应

9、当时汽车装配过程的需要）； 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。于是可编程控制器应运而生，并不断被应用于各类控制系统中，尤其是随着经济的发展，人们的生活水平不断提高，城市污水及生活污水的排放量也随之增多，这对城市及工厂排水系统的规划带来很大的压力，传统排水方式的种种弊端逐渐显现，该系统不仅具有结构简单、可靠性高、维修简单等一系列优点,并且便于系统的扩建和改造。可以预见,plc 在电气控制领域中的应用将越来越广泛,越来越完美。第一章 可编程序控制器（plc）的概况1.1 plc的产生和特点及其发展动向1.1.1 plc的产生20世纪20

10、年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，

11、以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （1）编程方便，可现场修改程序； （2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制装置； （4）体积小于继电器控制盘； （5）数据可直接送入管理计算机； （6）成本可与继电器控制盘竞争； （7）输入可以是交流150v以上； （8）输出为交流115v，容量要求在2a以上，可直接驱动接触器，电磁阀等；（9）扩展时原系统改变最小； （10）用户存储器至少能扩张到4kb（适应当时汽车装配过程的需要）； 十项指标的

12、核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。1.1.2 plc的定义美国国际电工委员会（iec）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了plc应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适

13、应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了plc是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。1.1.3 plc的特点在诸多控制方法中，plc控制有以下优点：(1)可靠性高，抗干扰能力强；(2)通用性强，控制程序可变，使用方便；plc品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计

14、和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变pc的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，pc除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。(3)功能强，适应面广；现代plc不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。(4)编程简单，容易掌握；目前，大多数pc仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言

15、的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读plc的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。plc在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（pc内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。(5) 减少了控制系统的设计及施工的工作量； 由于plc采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，plc的用户程序

16、可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于plc的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。(6)体积小、重量轻、功耗低、维护方便；plc是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于plc的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。综合这些优点并与其它控制方法相比，所以选用plc控制更有优势。（7）丰富的i/o接口模块plc针对不同的工业现场信号，如： 交流或直流； 开关量或模拟量； 电压或电流； 脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的i/o模块与工业现场的器件或设备，如： 按钮 接近开关 传感器及变送

17、器 电磁线圈 控制阀直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 (8) 安装简单，维修方便plc不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。1.1.4 plc的发展趋势plc总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面：（1）向小型

18、化、专用化、低成本方向发展； 随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使plc结构更为紧凑，相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。plc的功能不断增加，将原来大、中型plc才有的功能部分地移植到小型plc上。 （2）向大容量、高速度方向发展； 大型plc采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 （3）智能型i/o模块的发展； 智能型i/o模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的cpu与plc的主cpu并行工作，占用主cpu的时间很少，有利于提高plc的扫描速度

19、。 （4）基于pc的编程软件取代编程器； 随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对plc控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。 （5）plc编程语言的标准化； 与个人计算机相比，plc的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的cpu模块和i/o模块互不通用。plc的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，iec制定了可遍程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言

20、，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 （6）plc通信的易用化； plc的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 （7）组态软件与plc的软件化； 个人计算机（pc）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。 （8）plc与现场总线相结合； 现场总线i/o与plc可以组成功能强大的、廉价的dcs系统。 （9）开发新型特殊功能模块； i/o组件可以提高plc的智能化、高密集度和增大处理能力。 (10) cpu的处理速度进一步加快 目前，plc的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的cpu也不过8

21、0486，将来会全面使用64位的risc芯片，采用多cpu进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使plc的处理速度达到纳秒级。1.2 plc的分类 plc产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 plc的分类可以根据结构、功能的差异等进行大致分类。 1.2.1按 i/o点数分类 plc按其 i/o点数多少一般可分为以下 4类：1.微型 plc：i/o点数小于 64点的 plc为超小型或微型 plc； 2.小型 plc：i/o点数为 256点以下，用户程序存储容量小于 8kb的为小型 plc。它可以连接开关量和模拟量 i/o模块以及其他各种特殊

22、功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。如西门子公司的 s7-200plc，三菱公司的 f1、f2和 fx0系列 plc都属于小型机；3.中型 plc：i/o点数在 5122048点之间的为中型 plc。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。如西门子公司的 s7-300plc、三菱公司的 a1s 系列 plc都属于中 型机；4.大型 plc：i/o点数为 2048点以上的为大型 plc。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理

23、自动化。另外大型 plc还可以采用三个 cpu构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。如西门子公司的 s7-400系列 plc、三菱公司的 a3m、a3n系列 plc都属于大型机。 1.2.2按结构分类 plc按其结构可分为整体式、模块式及叠装式 3种。1.整体式 plc将 cpu、i/o单元、电源、通信等部件集成到一个机壳内的称为整体式 plc。整体式plc由不同 i/o点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。 基本单元内有 cpu、 i/o接口、与 i/o扩展单元相连的扩展口以及与编程器相连的接口。扩展单元内只有 i/o接口和电源等，没有 cpu。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接

24、。它还配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。整体式 plc一般都是小型机；2.模块式 plc模块式 plc是将 plc的每个工作单元都制成独立的模块，如 cpu模块、i/o模块、电源模块(有的含在 cpu模块中)以及各种功能模块。模块式 plc由母板(或框架)以及各种模块组成。把这些模块按控制系统需要选取后，安插到母板上，就构成了一个完整的 plc系统。这种模块式 plc的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 plc一般采用模块式结构。例如，西门子公司的 s7-300系列、s7-400系列 plc都采用模块式结构形式；

25、3.叠装式 plc将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 plc。叠装式 plc将 cpu模块、电源模块、通信模块和一定数量的 i/o单元集成到一个机壳内，如果集成的 i/o模块不够使用，可以进行模块扩展。其 cpu、电源、i/o接口等也是各自独立的模块，但它们之间要靠电缆进行连接，并且各模块可以一层层地叠装。叠装式 plc集整体式 plc与模块式plc优点于一身，它不但系统配置灵活，而且体积较小，安装方便。 1.2.3按功能分类根据 plc所具有的功能不同，可将 plc分为低档、中档、高档 3类。 1.低档 plc具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量的

26、模拟量 i/o、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2.中档 plc除具有低档 plc的功能外，还具有较强的模拟量 i/o、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 i/o、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、pid (比例、积分、微分控制)控制等功能，以适用于复杂控制系统。 3.高档 plc除具有中档 plc的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、函数、表格、crt可编程控制器原理与应用显示、打印和更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统,实现工厂自动化。 一般低档机多为小型 plc，采用整体

27、式结构；中档机可为大、中、小型 plc，其中小型 plc多采用整体式结构，中型和大型 plc采用模块式结构。1.3 plc的系统结构和基本工作原理1.3.1 plc的系统结构目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i/o扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 plc控制系统由输入量plc输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc

28、外部输入端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构有控制部分输入和输出组成。其中 plc各部分的作用如下： (1) 中央处理器 cpu是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。它的重要功能如下： 诊断plc电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入plc的寄存器中。 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 将存于寄存

29、器中的处理结果送至输出端。 应各种外部设备的工作请求。 (2) 存储器 plc的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。 二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接口电路 plc通过输入输出（i/o）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过plc的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成cpu所能接受和处理的数字信号。 (4) 电源 plc的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。 (5

30、) 输入输出i/o扩展接口 若主机单元的i/o点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将i/o扩展单元与主机单元相连接。 1.3.2 plc的基本工作原理 当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段 在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应

31、单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令，即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o映象区内的状态和数据不会

32、发生变化，而其他输出点和软设备在i/o映象区或系统ram存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 3 .输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是plc的真正输出。1.3.3 plc的主要功能（1）条件控制功能 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用plc的与、或、非指令取

33、代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。 （2）定时/记数控制功能 定时/记数控制功能指用plc提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 （3）数据处理功能 数据处理功能是指plc能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 （4）步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。 （5）a/d与d/a 转换功能 a/d与d/a 转换功能是指通过a/d、d/a模块完成模拟量和数字量之间的转换。

34、 （6）运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 （7）过程控制功能 过程控制功能是指通过plc的pid控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 （8）扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即i/o扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高plc的控制功能。 （9）远程i/o功能 远程i/o功能是指通过i/o单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与plc主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。 （10）通信联网功能 通信联网功能是指通过plc之间的联网、plc与上位

35、机的链接等，实现远程i/o控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 （11）监控功能 监控功能是指plc能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制i/o状态。 1.4 plc的应用设计步骤plc控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计，即程序设计上。plc程序设计可遵循以下六步进行：（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。（2）分配输入输出设备 即确定哪些外围设备是送信号到plc，哪些外围设备是接受来自plc信号的。并将plc的输入输出口与之

36、进行分配。（3）设计plc程序画出梯形图。 梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。（4）实现用计算机对plc的梯形图的直接编程。（5）对程序进行调试（模拟和现场）。（6）保存已完成的程序。显然，在建立一个plc控制系统时，必须首先把系统需要的输入，输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。确定控制上的相互关系之后，即可进行编程的第二步-分配输入输出设备。在分配了plc的输入输出点，内部辅助继电器，定时器，计数器之后，就可以设计plc程序画出梯形图。在画梯形图时要注意每个从左边开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器，计数器，与实际

37、的电路图不一样。梯形图画好后便用编程软件直接把梯形图输入计算机并下装到plc进行模拟调试，修改直至符合控制要求，这便是程序设计的整个过程。1.5西门子s7-200系列可编程控制器的介绍1.5.1 s7-200系列plc概述 西门子s7系列可编程控制器分为s7-400、s7-300、s7-200三个系列，分别为s7系列的大、中、小型可编程控制器系统。s7-200系列可编程控制器有cpu21x系列，cpu22x系列，其中cpu22x型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有cpu221，cpu222，cpu224和cpu226四种基本型号。 （1）集成的24v电源 可直接连接到传感器和变送器

38、执行器，cpu 221和cpu222具有180ma 输出。cpu224输出280ma，cpu 226、cpu 226xm输出400ma 可用作负载电源。（2）高速脉冲输出 具有2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20khz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。（3）通信口cpu 221、cpu222和cpu224具有1个rs-485通信口。cpu 226、cpu 226xm具有2个rs-485通信口。支持ppi、mpi通信协议，有自由口通信能力。（4）模拟电位器 cpu221/222有1个模拟电位器，cpu224/226/226xm有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（smb

39、28，smb29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。 （6）eeprom 存储器模块可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。（7）电池模块 用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5 天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。（8）不同的设备类型 cpu 221226 各有2种类型cpu，具有不同的电源电压和控制电压。（9）数字量输入/输出点cpu 221具有6个输入点和4个输出点；c

40、pu 222具有8个输入点和6个输出点；cpu 224 具有14个输入点和10个输出点；cpu226/226xm 具有24个输入点和16个输出点。cpu22x主机的输入点为24v直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（mos型）两种类型。（10）高速计数器 cpu 221/222有4个30khz高速计数器，cpu224/226/226xm有6个30kh的高速计数器，用于捕捉比cpu扫描频率更快的脉冲信号。1.5.2 s7-200系列cpu224型plc的结构 1 cpu224型plc外型及端子介绍 cpu224型，其输入、输出、cpu、电源模块均装设在一个基本单元的机壳内，是典型的整体式

41、结构。当系统需要扩展时，选用需要的扩展模块与基本单元连接。如图1-1所示 图1-1 s7-200 plc外型2. cpu224型plc端子介绍（1）基本输入端子cpu224输入电路参见图1-2plc内部plc端子注：1实际元件值可能有变2可接受极性3接地可选plc外接线和24v直流输出端子图1-2 plc输入端子（2）基本输出端子 图1-3 plc晶体管输出输出端子图1-4 继电器输出形式plc输出端子（3）高速反应性 （4）模拟电位器模拟电位器用来改变特殊寄存器（sm28，sm29）中的数值以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。 (5）存储卡该卡位可以选择安装扩

42、展卡。扩展卡有eeprom存储卡，电池和时钟卡等模块。存储卡用于用户程序的拷贝复制 3 plc的cpu的工作方式 1. cpu的工作方式 cpu前面板上用两个发光二极管显示当前工作方式，绿色指示灯亮，表示为运行状态，红色指示灯亮，表示为停止状态，在标有sf指示灯亮时表示系统故障，plc停止工作。 （1）stop（停止） （2）run（运行） 2. 改变工作方式的方法 （1）用工作方式开关改变工作方式工作方式开关有3个挡位：stop、term（terminal）、run。1把方式开关切到stop位，可以停止程序的执行。2把方式开关切到run位，可以起动程序的执行。3把方式开切到term（暂态）或

43、run位，允许step7- micro/win32软件设置cpu工作状态。 如果工作方式开关设为stop或term，电源上电时，cpu自动进入stop工作状态。设置为run时，电源上电时，cpu自动进入run工作状态。（2）用编程软件改变工作方式。把方式开关切换到term（暂态），可以使用step 7-micro/win32编程软件设置工作方式。（3）在程序中用指令改变工作方式在程序中插入一个stop指令，cpu可由run方式进入stop工作方式。7. 定时器tplc所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。每个定时器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用。其设定时间由程序设置。8.

44、 计数器c计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。9. 累加器ac累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。cpu提供了4个 32位的累加器，其地址编号为ac0ac3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32 位。10. 顺序控制继电器s（状态元件）顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。第二章plc 污水排放控制系统的组成污水排放

45、系统主要由水位检测电路、主电路和控制电路三部分组成。2.1 水位检测电路水位监测示意图（2-1）液位传感器液位传感器液位2液位 如图2-1 所示,由液位传感器sl1和sl2分别监控水位液位1和液位2，当水位达到液位1时，液位传感器sl1将信号传入plc，起动水泵1排水，当水位达到液位2时，液位传感器sl2将信号传入plc，起动水泵2排水；当水位第二次达到液位2时，液位传感器sl2将信号传入plc，停止水泵1，当水位第二次达到液位1时，液位传感器sl1将信号传入plc，停止水泵2；这样就满足了系统“先动先停，先停先动”的要求，防止一台电动机连续起停，造成过早毁坏的结果 2.2 主电路污水排放站有

46、两台排水泵,其电动m1和m2分别为380vac、25kw和380vac、7.5kw ,10kw及其以下的三相异步电动机，通常采用全压起动。但当电动机容量超过10kw时，因起动电流较大，一般采用减压起动。125kw及其以下的通常采用星形-三角形降压起动。如图2-2所示,其中qf 为空气开关,km2 为电动机m1y形降压启动交流接触器,km3 为电动机m1 形正常运行交流接触器。fr1、2 分别为电机m1、m2 的热继电器。主电路图(2-2) 2.3 控制电路及其要求2.3.1 控制要求如图（2-3）是控制系统的部分控制电路图。在控制系统中,有两种控制方式,即:手动控制和自动控制,当水位高于位置1

47、 而低于位置2 时,只有一台电机工作,当水位高于位置2 时,两台电机均开始工作;当水位低于下限水位时,电机均停止工作。为了避免一台电机频繁地启动和停止,两台电机运行中符合“先动先停”和“先停先动”的原则。手动控制电路（2-3）2.4主控电路中各元器件的选择2.4.1空气断路器的选择选用漏电保护用空气断路器时，如果重点是进行人身保护，选用漏电保护动作电流应在30ma以下。2.4.2接触器的选择 交流接触器的选用，应根据负荷的类型和负荷的工作参数合理选用，具体可分为以下步骤。（1） 交流接触器按负荷的种类一般可分为一类、二类、三类和四类，分别记为ac1、ac2、ac3和ac4。一类交流接触器对应的

48、控制对象是指无感或微感负荷，如白炽灯、电阻炉等；二类交流接触器可用于绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器的典型用途是笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器可用于笼型异步电动机的起动、反接制动、反转和点动。它们的通断能力分别为：额定电流、4倍额定电流、接通6倍额定电流和分断额定电流、接通和分断额定电流。实际应用中，应以使用类别确定接触器类型。（2） 根据被控对象和工作参数如电压u、电流i、功率p、频率f、工作制等确定接触器的额定参数。具体地：1） 接触器的线圈电压，一般不宜过高，这样对接触器的绝缘要求可以降低，可在使用时也较安全。为了方便和减少设备，常按实际电网电压选取。2）

49、操作频率不高，一般任务的电机，如压缩机、水泵、风机、空调、冲床等，可选用接触器额定电流大于负荷额定电流即可，接触器类型可选用cj10、cj20等。3） 对重任务型电机如机床主电动机、升降设备、绞盘、破碎机等设备电动机，其平均操作频率超过100次/min，运行于起动、点动、正反向、反接制动等状态，选用接触器时，可选用cj10z、cj12等类型。为了延长电寿命，可使接触器降容使用。选用时，接触器额定电流电动机额定电流。4） 对特重任务电动机进行控制，如印刷机、镗床等，操作频率很高，可达60012000次/h，经常运行于起动、反接制动、反向等状态，接触器大致可按电寿命及起动电流选用，接触器型号选cj

50、10z、cj12等。5） 交流回路中的电容器投入电网或从电网中切除时，其接触器选择应考虑电容器的合闸冲击电流。一般地，接触器的额定电流可按电容器的额定电流的1.5倍选取，型号选cj19、cj20等。6） 用接触器对变压器进行控制时，应考虑其励磁浪涌电流的大小。例如交流电弧机、电阻焊机等，一般可按变压器额定电流的2倍选取接触器，型号选为cj10、cj20等。7） 电热设备如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑，直接按负荷额定电流选取。型号可选用cj10、cj20等。8） 照明设备的控制，由于气体放电灯起动电流大，起动时间长，因而可按额定电流1.1

51、1.4倍选取交流接触器，型号可选cj10、cj20等。9） 由于接触器额定电流是指接触器在长期工作下的最大允许电流，持续时间8h，且安装于敞开的控制板上，如果冷却条件较差，选用接触器时，接触器的额定电流按负荷额定电流的110%120%选取。对于长时间工作的电机，由于其氧化膜没有机会得到清除，使接触电阻增大，因此触头发热会超过允许温升。实际选用时，可将接触器的额定电流减少30%后使用。使用时，还应检查交流接触器外观是否正常，铁芯表面有无锈斑及油污，否则应该擦拭干净。机械部分应活动自如，吸合时应无异常响声，触头接触必须良好，释放时触头应能可靠断开。安装时一般应垂直安装，倾斜角不超过5度。2.4.3熔断器的选择熔断器的型号可根据负载的情况选择，如容量较小的照明负荷，可选rc1a型熔断器，而用于防爆场合或电流较大时，可选rl1系列或rt0系列熔断器。熔断器额定电流应大于或等于熔体额定电流，若有过负荷现象，可选额定电流大一些的熔断器。熔体的额定电流可按以下方法选择：（1）一般负荷 如照明负荷、电阻炉、电热器具等，可选择熔体的电流等于电路中的额定电流。（2）保护单台长期工作的电动机 熔体电流可按最大起动电流选取，也可