《PLC应用技术（西门子S7-1200）（第二版）》 课件 项目九 液位控制系统

项目九液位控制系统掌握数学运算指令及应用掌握模拟信号采集与处理的方法一学习目标2024/10/22二知识讲座9.1数学运算指令

数学函数指令用于实现基本的加、减、乘、除、指数、三角函数等功能。数学函数指令汇总见表9-1。

表9-1数学函数指令汇总2024/10/22二知识讲座9.1数学运算指令

数学函数指令用于实现基本的加、减、乘、除、指数、三角函数等功能。数学函数指令汇总见表9-1。

表9-1数学函数指令汇总2024/10/22二知识讲座9.1数学运算指令

数学函数指令用于实现基本的加、减、乘、除、指数、三角函数等功能。数学函数指令汇总见表9-1。

表9-1数学函数指令汇总2024/10/22二知识讲座【应用举例9.1】有个电暖器，有三个工作档位，分为1000W，2000W和3000W，电暖器有1000W和2000W两种加热丝。要求用一个按钮能任意选择三种不同的档位，按一次时，为一档1000W；按第二次为二挡2000W；按第三次时，三挡3000W，两种加热丝同时工作；按第四次按钮时，停止加热。2024/10/22二知识讲座

图9-1中，MW10用于记录按按钮的次数，按一次，MW10加1。M11.0为MW10低8位中的第一位，控制1000W电热丝的通断；M11.1位MW10低8位中的第二为，控制2000W电热丝的通断。当按第一次时，MW10=16#0001，此时M11.0为1，1000W电热丝接通；按第二次时，MW10=16#0002，此时M11.1为1,2000W的电热丝接通；按第三次时，MW10=16#0003，此时M11.0和M11.1均为1，1000W和2000W的电热丝同时接通；按第四次时，MW10=16#0000，M11.0和M11.1均为0，电暖器停止工作。

图9-1加指令示例程序2024/10/22二知识讲座9.2移位和循环指令移位和循环指令主要用于实现位序列的左右移动或者循环移动等功能。

图9-3右移指令示例

图9-4数据右移2024/10/22二知识讲座9.2移位和循环指令

图9-5左移指令示例图9-6数据左移2024/10/22二知识讲座2.循环移位指令

循环移位指令包含循环右移ROR和循环左移ROL,循环指令用于将序列、整数循环右移或者左移若干位。【应用举例9.2】设计一个彩灯循环控制系统，要求通过转换开关实现8盏彩灯的左移或者右移，每次亮一盏灯，时间为1S。程序段1：系统初始扫描，M1.0为1，分别将左移数据16#01和右移数数据16#80传送到储存器MB10和MB11中，分别作为循环移动的初始值。其中左移初始数据16#01对应的二进制数为2#0000_0001，分别对应8盏灯，首先最右边的灯亮；右移数据16#对应的二进制数为2#1000_0000，分别对应8盏灯，首先最左边的灯亮。2024/10/22二知识讲座2.循环移位指令

循环移位指令包含循环右移ROR和循环左移ROL,循环指令用于将序列、整数循环右移或者左移若干位。【应用举例9.2】设计一个彩灯循环控制系统，要求通过转换开关实现8盏彩灯的左移或者右移，每次亮一盏灯，时间为1S。2024/10/22二知识讲座2.循环移位指令

程序段1：系统初始扫描，M1.0为1，分别将左移数据16#01和右移数数据16#80传送到储存器MB10和MB11中，分别作为循环移动的初始值。其中左移初始数据16#01对应的二进制数为2#0000_0001，分别对应8盏灯，首先最右边的灯亮；右移数据16#对应的二进制数为2#1000_0000，分别对应8盏灯，首先最左边的灯亮。2024/10/22二知识讲座2.循环移位指令

程序段2：M0.7为系统时钟脉冲，周期为2S，每1S会检测到上升沿信号，执行一次左移或右移指令，I0.0为选择开关SA。2024/10/22二知识讲座2.循环移位指令

程序段3：系统将移位后的数据传送给输出端，QB0对应Q0.0、Q0.1-Q0.7，分别控制8盏的亮灭。2024/10/22二知识讲座9.3模拟量控制

在工业生产过程中有很多连续变化的模拟量信号，例如水塔水位、泵出口压力、温度、流量、位移、速度等物理量。所有这些物理量需要利用传感器进行检测，检测出来的信号为连续的电压信号或者电流信号，然后通过变送器将这些电压信号或者电流信号转换为标准的模拟信号，如±10V、±5V、±2.5V、0∽10V、0∽20mA、4∽20mA等，并将这些标准模拟量信号送到模拟量模块，模拟量模块通过A/D转换，转换成数字量给CPU处理。2024/10/22二知识讲座1.模拟量模块

图9-7模拟输入模块西门子S9-1200PLC模拟I/O是以标准模块方式实现的，其CPU模块上自带2路模拟量输入，输入了为电压信号，输入电压范围为0-10V，满量程范围为0-27468，默认地址为IW64和IW66。（1）模拟量输入模块（AI）。模拟量输入模块是将模拟量信号转换为数字信号，其主要部分为A/D转换器。西门子提供了SM1231模拟输入模块和SB1231模拟量输入信号板，可以将标准的电压信号或电流信号转换为数字信号，其具体型号、通道数和A/D转换器的位数如图9-7所示，技术参数如图9-8所示。2024/10/22二知识讲座1.模拟量模块

图9-8模拟量输入模块技术参数西门子S9-1200PLC模拟I/O是以标准模块方式实现的，其CPU模块上自带2路模拟量输入，输入了为电压信号，输入电压范围为0-10V，满量程范围为0-27468，默认地址为IW64和IW66。（1）模拟量输入模块（AI）。模拟量输入模块是将模拟量信号转换为数字信号，其主要部分为A/D转换器。西门子提供了SM1231模拟输入模块和SB1231模拟量输入信号板，可以将标准的电压信号或电流信号转换为数字信号，其具体型号、通道数和A/D转换器的位数如图9-7所示，技术参数如图9-8所示。2024/10/22二知识讲座1.模拟量模块

图9-9模拟量输出模块（2）模拟量输出模块（AQ）。模拟量输出模块将CPU处理过的数字量信号转换成成比例的电压信号或电流信号，对执行机构进行调节或控制。西门子提供了SM1232模拟量输出模块和SB1232模拟量输出信号板其具体型号、通道数和A/D转换器的位数如图9-9所示，模拟量输出模块技术参数如图9-10所示。2024/10/22二知识讲座1.模拟量模块图9-10模拟量输出模块技术参数（2）模拟量输出模块（AQ）。模拟量输出模块将CPU处理过的数字量信号转换成成比例的电压信号或电流信号，对执行机构进行调节或控制。西门子提供了SM1232模拟量输出模块和SB1232模拟量输出信号板其具体型号、通道数和A/D转换器的位数如图9-9所示，模拟量输出模块技术参数如图9-10所示。2024/10/22二知识讲座1.模拟量模块图9-11模拟量输入输出模块（3）模拟量输入输出模块（AI/AQ）。模拟量输入输出模块能同时把模拟量转化成数字量，也能把数字量转化成模拟量。西门子提供了SM1232模拟量输出模块和SB1232模拟量输出信号板其具体型号、通道数和转换器的位数如图9-11所示。2024/10/22二知识讲座2.模拟量输入信号处理a）NORM_X标准化指令b）SCALE_X标定指令

模拟量输入信号的处理可以采用转换操作指令NORM_X标准化指令和SCALE_X缩放指令来实现。

（1）NORM_X标准化指令。NORM_X标准化指令，通过将输入VALUE中变量的值映射到线性标尺对其进行标准化。可以使用参数MIN和MAX定义（应用于该标尺的）值范围的限值。输出OUT中的结果经过计算并存储为浮点数，这取决于要标准化的值在该值范围中的位置。如果要标准化的值等于输入MIN中的值，则输出OUT将返回值“0.0”。如果要标准化的值等于输入MAX的值，则输出OUT需返回值“1.0”。NORM_X标准化指令原理示意如图9-10（a）所示。“标准化”指令将按以下公式进行计算：OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)如果满足下列条件之一，则使能输出ENO的信号状态为“0”：使能输入EN的信号状态为“0”；输入MIN的值大于或等于输入MAX的值；根据IEEE-754标准，指定的浮点数的值超出了标准的数范围；输入VALUE的值为NaN（无效算术运算的结果）。2024/10/22二知识讲座2.模拟量输入信号处理a）NORM_X标准化指令b）SCALE_X标定指令

（2）SCALE_X缩放指令。SCALE_X缩放指令，通过将输入VALUE的值映射到指定的值范围内以缩放该值。当执行“缩放”指令时，输入VALUE的浮点值会缩放到由参数MIN和MAX定义的值范围。缩放结果为整数，存储在OUT输出中。SCALE_X缩放指令原理示意如图9-10.b所示。“缩放”指令将按以下公式进行计算：OUT=[VALUE∗(MAX–MIN)]+MIN如果满足下列条件之一，则使能输出ENO的信号状态为“0”：使能输入EN的信号状态为“0”；输入MIN的值大于或等于输入MAX的值；根据IEEE-754标准，指定的浮点数的值超出了标准的数范围；发生溢出；输入VALUE的值为NaN（非数字=无效算术运算的结果）。2024/10/22二知识讲座

图9-11转换原理图

2024/10/22三工作任务图9-12水箱示意图1.水箱示意图水箱示意图如图9-12所示。2.设备介绍（1）电磁阀：通电后打开水可以通过，断电后关闭水流不能通过。（2）干管簧浮球开关：浮球跟着水位一起走，当下限位浮球到达下挡片位置时接通，两根红线接通，当上限位浮球到达上挡片位置时，两根黑线接通。（3）液位传感器：是一种测量液位压力的传感器，静压投入式液位变送器是基于所测液体静压与该液体高度成比例的原理，采用才有国外先进的隔离扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，静压转换为电信号，再进过温度补偿和线性修正转换为标准的电信号。本项目采用液位变送器，型号：SIN-P260，量程：0-1M，输出信号：4-20mA，供电电压：DC24V。（4）水泵：功率：80W电压：直流24V2024/10/22三工作任务图9-12水箱示意图3．任务要求

本项目模拟水塔供水系统，1号水箱为高位水塔，2号水箱为用户供水，3号水箱为底部蓄水池。

（1）1号水箱水位达到设定下限值时泵开始抽水，同时1号水箱底部电磁阀关闭；1号水箱水位达到设定上限值时泵停止抽水；若1号水箱水位达到下限值同时3号水箱也在下限值，则水泵不工作；1号水箱水位用液位传感器检测；（2）2号水箱水位达到下限位时2号水箱电磁阀关闭，同时1号水箱电池阀打开；若此时1号水箱在下限值，1号水箱电磁阀仍关闭；2号水箱水位达到上限位时1号水箱电磁阀关闭。（3）3号水箱为蓄水水箱，人工向3号水箱加水，水位达到3号水箱上限位时，2号水箱电磁阀关闭；水位低于到3号水箱上限位下限位时，2号水箱电磁阀打开，泵停止抽水。（4）正常工作情况下，每个水箱水位都不能低于下限位高于上限位。4．项目分析

输入信号：系统启动、停止按钮；1号水箱水位检测信号，该信号为4-20mA电流信号；2号水箱和3号水箱水位检测为干管簧浮球开关。

输出信号：1号水箱、2号水箱电磁阀，水泵。2024/10/22四任务实施1.控制系统设计

根据任务分析可知，本控制系统有启动、停止、2号水箱上限位、2号水箱下限位、3号水箱上限位、3号水箱下限位总共6个数字量输入；一个4-20mA电流输入信号；3个数字量输出信号。因此，输入数字量点数大于6和输出点数大于3的PLC，本项目选择PLC类型为：CPU1214DC/DC/DC，订货号6ES9-214-1AG40-0XB0。由于S9-1200PLC的CPU模块自带模拟量输入为电压信号输入，因此另外选择模拟量输入模块SM1231AI4x13位，订货号为：6ES7231-4HD32-0XB0。2024/10/22四任务实施2.I/O地址分配输入信号输出信号输入元件作用输入继电器输出元件作用输出继电器SB0启动按钮I0.01号水箱电磁阀1号水箱放水Q0.0SB1停止按钮I0.12号水箱电磁阀2号水箱放水Q0.1浮球开关13号水箱下限位I0.2水泵抽水Q0.2浮球开关13号水箱上限位I0.3

浮球开关22号水箱下限位I0.4

浮球开关22号水箱上限位I0.5

液位变送器1号水箱液位IW96

表9-2水箱控制系统I/O地址分配表2