基于西门子S7-200水塔水位控制模拟

1、电气与信息工程学院PLC课程设计说明书电气与信息工程学院 PLC 课程设计说明书题目： 水塔水位控制模拟 作 者： 沈 韬 组 员： 沈鑫睿 专业班级： 14电气本（1）班 指导教师： 郁 炜 职称： 副教授 2017年 1 月 19 日II摘 要在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MC

2、GS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。关键词：水位控制；西门子PLC S7-200；水塔；水池 AbstractIn the industrial and agricultural production process, often need to measure and control the water level. Water level control in the daily life of a wide range of applications, such as water towers,

3、groundwater, hydropower stations in the case of water level control. The water level detection can have a variety of ways to achieve, such as mechanical control, logic circuit control, electromechanical control. This article uses the PLC to carry on the main control, installs in the water tank an au

4、tomatic measure water level installment. The use of water conductivity continuously around the clock to measure the water level changes, the measured water level changes into the corresponding electrical signal, the MCGS console application software to receive the signal processing data to complete

5、the corresponding water level display, Fault alarm information display, real-time curve and historical curve display, so that the water level to maintain the appropriate location.Keywords: Water level control; Siemens PLC S7-200; Water tower; Pool 目 录第1章 概述11.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍11.2水塔水位基本介绍1第2章 P

6、LC硬件设计22.1系统描述22.2 控制要求22.2.1控制要求描述22.2.2水塔水位示意图22.2.3水塔水位系统控制电路32.3 输入/输出分配42.3.1列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表42.3.2 水塔水位系统的输入/输出设备4第3章 PLC软件设计53.1 工作过程53.2 程序流程图53.3 梯形图7第4章 水塔水位PLC模拟实物设计8致谢11参考文献12第1章 概述1.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍20世纪70年代初出现了微处理器1。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工

7、业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算2、PID功能3及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制

8、器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力4、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。西门子S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及

9、控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。西门子S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测5，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械3，中央空调6，电梯控制，运动系统。1.2水塔水位基本介绍水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统7，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点。在水资源日益匮乏

10、的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。传统的水塔水位控制位粗放式的，基本没有水泵的合理控制，且多数为人力控制，工作强度大、危险。所以除了浪费电能外，还造成了人员的浪费。采用新型PLC控制水位的方式与过去的旧式控制相比在运行的经济性8、可靠性、稳定性等方面有显著优势，特别是在提倡低碳的当下，有着优良的节能效果，且由于PLC强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展需要。第2章 PLC硬件设计2.1系统描述随着科学技术的的不断提高，社会经济的不断发展，人们对控制系统的灵敏度、节能性、易操作性等方面要求日益提高。居民及工厂供水又是一件极为重要的工作，传统的水塔水位控制方式已经不足以满足

11、今天的要求，所以新的方式是适应时代要求的。以下便是PLC控制水塔水位的基本描述：设水塔、水池初始状态都为空着的，当执行程序时，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，电磁阀Y打开，开始往水池离境税，如果进水超过8秒，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。若8秒之后水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，此时，水池的液位已经超过了下限位了。系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵M开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，水泵继续工作，在水池抽水向水塔供水，水

12、塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，此次给水塔供水完成。2.2 控制要求2.2.1控制要求描述1）当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水（Y为ON）定时器开始定时；2）阀Y打开4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障；3）S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）。当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。2.2.2水塔水位示意图如下图2.1，是水塔水位及控制的模拟版式图，可以简易地看到水塔的工作原

13、理。图2.1 水塔水位控制2.2.3水塔水位系统控制电路如下图2.2，是水塔水位控制的主电路，可以清楚的显示主电路的运行原理。图2.2水塔水位系统控制主电路图2.3 输入/输出分配2.3.1列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表水塔水位系统PLC的输入/输出接口分配表输入输出I0.0水塔上限液位开关S1Q0.0水泵MI0.1水塔下限液位开关S2Q0.1电磁阀YI0.2水池上限液位开关I0.3水池下限液位开关2.3.2 水塔水位系统的输入/输出设备这是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有5个开关量，开关量输出触点书有8个，输入、输出触点数共有13个，只需选用一般中小型控制器即可

14、。据此，可以对输入、输出点作出地址分配，水塔水位控制系统的I/O接线图如下：图2.3 水塔水位控制系统的I/O接线图第3章 PLC软件设计3.1 工作过程设水塔、水池初始状态都为空着的，4个液位指示灯全亮。当执行程序是，扫描到水池为液位低于水池下限位时，电磁阀打开，开始往水池里进水，如果进水超过4S，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。若4S只有水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水池下限位的指示灯a1灭。此时，水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，电机M开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位

15、时，水池上限指示灯a2，电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限指示灯a3灭，电机M继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满是，水塔也未超过水塔上限，水塔上限指示灯a4灭，但刚刚给水塔供水的时候，电机M已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，水池上限指示灯a2良。此次给水塔供水完成。3.2 程序流程图水塔水位控制系统的PLC控制流程图，根据设计要求控制流程图如下图3.1：结束水池低于下限S4？否是电磁阀Y打开Y报警是4s后水池高于下限S4？是水塔水位低于下限S2？水池继续进水水池水位高于上限S3电磁阀关闭电机M启动，供水是水塔水位高于上限

16、S1水塔水位低于下限S2水泵停止开始图3.1 水塔水位控制系统的PLC控制流程图3.3 梯形图根据程序流程图设计的梯形图如下图3.2：图3.2 程序流程图设计的梯形图第4章 水塔水位PLC模拟实物设计我们经过实际的测试发现PLC的S7-200软件编程达到了课程设计所需要的实际要求，符合实际运用时的要求。整体实际实验结果如下图：输入及输出实验结果如下图：12致谢通过这次课程设计，让我更加深刻了解课本知识，和以往对知识的疏忽得以补充，在设计过程中遇到一些模糊的公式和专业用语，比如说经济刮板运输机及皮带运输的选择，在选择选择刮板皮带运输选型时，在使用手册时，有的数据很难查出，但是这些问题经过这次设计

17、，都一一得以解决，我相信这本书中还有很多我为搞清楚的问题，但是这次的课程设计给我相当的基础知识，为我以后工作打下了严实的基础。虽然这次课程是那么短暂的1周时间，我感觉到这些天我的所学胜过我这一学期所学，这次任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本公式的熟悉和应用，计算力学和运动学及预选电动机过程中的那些繁琐的数据，使我做事的耐心和仔细程度得以提高。课程设计是培训学生运用本专业所学的理论知识和专业知识来分析解决实际问题的重要教学环节，是对三年所学知识的复习和巩固。同样，也促使了同学们的相互探讨，相互学习。因此，我们必须认真、谨慎、踏实、一步一步的完成设计。如果时间可

18、以重来，我可能会认真的去学习和研究，也可能会自己独立的完成一个项目，我相信无论是谁看到自己做出的成果时心里一定会很兴奋。此次设计让我明白了一个很深刻的道理：团队精神固然很重要，担人往往还是要靠自己的努力，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到的东西才会更多。课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门设计课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。在课程设计过程中。我们要比较系统的了解矿井运输提升的设计中的每一个环节，包括从总体设计原则，本次设计综合三年所学的专业课程，以设计任务书的指导思想为中心，参照有关资料，有计划有头绪、有逻辑地把这次设计搞好！总之，这次课程设计使我收获很多、学会很多、比以往更有耐心很多。感谢学校及老师给我们这次课程设计的机会，最真挚的感谢我们的辅导老师，在设计过程中，老师精心的辅导和不厌其烦地的态度才使得我们以顺利的完成这次设计，他那无私的奉献的精神照耀着