水塔液位控制系统课程设计

1、集 美 大 学机制专业课程设计论文（机电方向）基于FX1N 60MR可编程控制器的水塔液位控制系统专 业： 机械设计制造及其自动化 （09级）姓 名： 陈剑民班 级： 机械0995（机电方向） 学 号： 2009934139 指导 教 师： 弓清忠 雷慧集美大学机械专业（机电方向）课程设计任务书姓名： 陈剑民 院（系）： 集美大学诚毅学院专业： 机械工程及其自动化 班级学号：机械0995班 2009934151任务起至日期： 2012 年 12 月 3 日 至 2012 年 12 月 21 日课程设计题目：基于FX1N 60MR可编程控制器的自动售货机控制系统立题的目的和意义： 现代制造业要求

2、生产设备和自动化生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的。它已经成为当代工业自动化的三大支柱之一。可编程控制器原理及其应用课程是培养学生具有机电一体化设计能力的技术基础课，其专业课程设计是本课程的重要实践环节，是本专业方向第一次较全面的设计训练。专业课程设计要达到的如下主要目的：1） 培养学生综合运用本课程及其它有关先修课程的知识，去分析、解决实际工程问题的能力，深化、扩展本课程的理论知识；2） 能够对原有的继电器接触控制系统进行改造和设计新的控制系统；3） 使学生掌握可编程控制器系统设计的一般方法和步骤，培养学生独立的工程设计能力，树立正确的设计思想，

3、为今后工作打下良好的本专业工程基础。 通过绘制完整的电器原理图，端子接线图，控制流程图，编制相应程序，进行系统调试等环节，掌握PLC系统软、硬件设计方法，了解这项技术的最新发展动态，熟悉国家标准，培养学生的基本技能，从而为接下来的毕业设计打下良好的基础和知识积累。技术要求与主要内容：PLC系统课程设计的一般过程是：从初拟设计方案开始，分析设计电路图，控制流程，并编制相应的指令程序，然后进行必要的实践环节对所设计系统进行调试和正确性检验，最后，编制详细、统一格式的技术文件。1） 绘制输入输出端子图，主电路控制图以及程序流程图、控制梯形图、状态转移图等；2） 根据前述控制分析，并绘出过程时序图；3

4、） 按控制系统设计图接线，并进行系统调试及问题分析；4）编写技术文件。 进度安排： 1第一周周一：开题阶段，动员、布置任务。根据题目查阅相关的资料（包括：图书资料和网上资料等），初步规划设计内容和步骤。周四：进入方案设计阶段，初步确定设计方案。这一阶段针对课题本身答疑，不检查程序。 2第二周周一： 1）绘制输入输出端子图，主电路控制图以及程序流程图、控制梯形图、状态转移图等；2）根据上述控制分析，编制相应指令程序。周四：内容同上。这一阶段针对编程中个别问题答疑，不检查程序。3. 第三周周一：去电工实验室调试程序。周四：检查论文电子档，包括内容及格式。周五：收设计报告，进行答辩。第三周的某一天进

5、行现场实习，以提高感性认识：到集美大学现代设计与制造技术中心参观、分析柔性制造系统的PLC系统运用。参观机械工程学院实验室。同组设计者及分工：蔡敏龙侧重系统的理论研究陈剑民 侧重实践过程及控制答辩前成果检查的教师意见： 年 月 日目录第一章绪论51.1PLC简介51.2水塔液位控制系统简介9第二章控制系统设计102.1 设计题目及方案分析102.2控制流程图112.3主电路控制图122.4 I/O132.5梯形图152.6指令表17第三章系统调试183.1调试过程183.2出现问题及解决方法18结论19致谢语20参考文献21第一章 绪论1.1PLC简介可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控

6、制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。可编程控制器(Programmable Controller)也可称逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是一微处理器为核心的

7、工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC。为了与个人电脑（也简称PC）相混淆通常将可编程控制器称为PLC。可编程控制器的产生和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经有伤百年的历史，它是一种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、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换

8、代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司（GM公司）提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条，即:1. 编程方便，现场可修改程序；2. 维修方便，采用模块化结构；3. 可靠性高于继电器控制装置；4. 体积小于继电器控制装置；5. 数据可直接送入管理计算机；6. 成本可与继电器控制装置竞争；7. 输入可以是交流115V；8. 输出为交流115V，2A以上，能直

9、接驱动电磁阀，接触器等；9. 在扩展时，原系统只要很小变更；10. 用户程序存储器容量至少能扩展到4K。这十项指标就是现代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。用可编程控制器代替了继电器接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语

10、言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。1969年，第一台可编程控制器PDP14由美国数字设备公司（DEC）制作成功，并在GM公司汽车生产线上使用取得良好的效果，可编程控制器由此诞生，在控制领域内产生了历史性革命。PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC

11、技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAC/CAM）种跃居首位。我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外应进的PLC使用较为普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、灭国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元(CPU)，如图1所示。图1PLC具有（一）高可靠性1. 所有的I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离2. 各输入端均采用R-C 滤波器其滤波时间常数一般为1020ms.3. 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰4. 采用性能优良的开关电源5

12、. 对采用的器件进行严格的筛选6. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大7. 大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高(二) 丰富的I/O 接口模块1. 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。2. 有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀。3. 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。(三) 采用模

13、块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC 以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括CPU 电源I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(四) 编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(五) 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，

14、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。1.2水塔液位控制系统简介水塔水位自动控制器，包括接于电源的继电器、三极管以及一端设于水塔内的导线，在所述电源的一端接于三极管的e极，而b极由导线接于水塔的近低部，三极管的c极串经继电器的线圈与电源的另一端相接；同时，设于水塔高水位的导线的另一端也并接于c极，而设于水塔低水位的导线的另一端串经继电器J的常开触头也并接于c极；继电器J的常闭触头串接在水泵的控制回路上。检测电路有电阻串联探针，探针下端为低水位控制点，电阻上面为高水位控制点，控制电路两分压电阻串联的连接点经电阻连接控制集成块，控制集成块的输出脚连

15、接三极管的基极，三极管连接继电器，检测电路的电阻连接两分压电阻的连接点。具有结构简单，使用寿命长，可靠性高，操作维修方便，经济实用的优点第二章 控制系统设计2.1 设计题目及方案分析2.11题目：基于FX1N 60MR可编程控制器的水塔液位控制系统，如图2控制要求：如图所示，S1S4为液位传感器，液位淹没时接通。系统控制要求如下：当水池液位低于S4时，电磁阀Y打开进水，当液位升至S3时，电磁阀关闭停止进水；此时，若水塔液位低于S2，则电动机M开始运转抽水，当水塔液位升至S1时，电动机M停止运转。图22.1.2方案分析当水池液位低于下限液位开关S1，S1此时为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，

16、定时器开始定时，当4S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限液位开关S1为OFF,表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S2为ON，电磁阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S3为ON，水泵开始工作，向水塔供水，当S3为OFF时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位时，则水塔上限水位开关S4为ON，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动2.2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，如图3所示：图32.3水塔水位系统控制电路水塔水位系

17、统控制主电路图图42.4输入/输出分配列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表表一水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表输入信号输入变量名输出信号输出变量名X000启动开关Y000水阀M1X001停止开关Y001水泵M2X002水池下限位Y002水池下限指示灯A1X003水池上限位Y003水池水位报警指示灯A2X004水塔下限位Y004水池上限指示灯A3X005水塔上限位Y005水塔下限指示灯A4Y006启动程序指示灯A5Y007水塔上限指示灯A6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6个开关量，开关量输出触点书有8个，输入、输出触点数共有1

18、4个，只需选用一般中小型控制器即可。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52.5梯形图根据程序流程图设计的梯形图如下图6（1）启停程序（2）水阀控制程序（3）水池下限水位指示程序（4）水池水位报警程序（5）水池水位上限指示程序（6）水泵启停控制程序（7）水塔水位下限报警程序（8）水塔水位上限指示程序2.6水塔水位控制系统梯形图的对应指令表表二 水塔水位控制系统指令表第三章 系统调试3.1调试过程设水塔、水池初始状态都为空着的，4个液位指示灯全灭。当执行程序时，启动程序指示灯A5亮，扫描到水池为液位低于水池下限液位时，水阀打开，开始往水池里进水；如果进水超

19、过4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，水池报警灯A2亮。若4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，水池下限位的指示灯A1亮，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，水泵开始工作，向水塔供水；当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯A3亮，水阀就关闭。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A4亮，水泵继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满时，水塔液位超过水塔上限，水塔上限指示灯A6亮。但刚刚给水塔供水的时候，水泵已经把水池的水抽走了，此时水池液位已经低于水池上限，水池上限指示灯A3灭。此次给水塔供水完成。3.2出现问题及解决方法程序执行功能有误进行除错，并修改梯形图程序忘记将PLC切换到编程模式,不能输出将PLC切换到编程模式结论我做的这个题目是有关与PLC系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了三菱的PLC软件的简单编程方法，对于三菱的PLC的工作原理和使用方