PLC水塔水位控制实验报告材料

中国矿业大学机电学院
机电综合实验中心实验报告
课程名称机电综合实验
实验名称水塔水位控制模拟系统
实验日期2016.11.20
实验成绩
指导教师
第一章绪论
1.1实验目的
学会使用组态软件（推荐选用组态王软件）和PLC（推荐选用SIMEINS S7-200）
控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成水塔水位自
动控制系统。

1.2实验要求
（1）阅读本实验参考资料及有关图样，了解一般控制装置的设计原则、方法和步骤。

（2）调研当今电气控制领域的新技术、新产品、新动向，用于指导设计过程，使设计成果具有先进和创造性。

（3）认真阅读实验要求，分析并进行流程分析，画出流程图。

（4）应用PLC设计控制装置的控制程序。

（5）设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。

（6）绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro/Win32编程软件编写梯形图。

1.3 实验内容
（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。

1.4课程设计器材：
（1）TKPLC-1型实验装置一台
（2）安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件和组态软件的计算机一台。

（3）PC/PPI编程电缆一根。

（4）连接导线若干。

1.5 PLC的介绍
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编
程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算
术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械
或生产过程。

1.5.1基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相
同，如图所示：
1.5.2 PLC的特点
（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型
（4）丰富的I/O接口模块，采用模块化结构，编程简单易学，安装简单，维修方便
1.6组态王软件的介绍
1.6.1概述:
组态王软件加密锁分为开发版、运行版、NetView、Internet版和演示版。

我们使用的是演示版，它支持64点，内置编程语言，开发系统在线运行2小时，支持运行环境在线运行8小时，可选用通讯驱动程序。

1.6.2特点
它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。

其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。

尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。

通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。

组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。

而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

1.6.3所绘界面如下
说明：正常状态电磁阀及泵关闭，显示红色，S1、S2、S3、S4为绿色。

当低于S2、S4或高于S1、S3指示灯由绿色变为红色，阀Y打开变为绿色。

当4S后，S4仍为红色，阀Y闪烁，表示故障。

当泵M打开时，由红色变为绿色。

第二章水塔水位控制系统PLC硬件设计
2.1水塔水位控制的实验面板图：
水塔水位控制面板
说明：面板中S1表示水塔的水位上限，S2表示水塔水位下限，S3表示水池水位上限，S4表示水池水位下限，M1为抽水电机，Y为水阀。

2.2列出PLC的I/O分配表：
第三章水塔水位控制系统PLC软件设计
3.1流程图
根据设计要求控制流程图如下
3.2梯形图设计：
梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。

继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程，绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程。

指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。

由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成，比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单价廉。

状态转移图语言(SFC)类似于计算机常用的程序框图，但有它自己的规则，描述控制过程比较详细具体，包括每一框前的输入信号，框内的判断和工作内容，框后的输出状态。

这种方式容易构思，是一种常用的程序表达方式。

高级语言类似于BACIC语言、C语言等，它们在某些厂家的PLC中应用。

通常微、小型PLC主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有：
1)梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。

每一个逻辑行起始于左母线然后是触点的各种连接，最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形呈阶梯形。

梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内。

2)梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。

但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流：层次的改变也只能自上而下。

3)梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“l态”，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“o 态”。

梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。

4)梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。

5)继电器线圈在一个程序中不能重复使用：而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。

6)PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。

所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。

当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。

这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。

扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。

每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。

在本实验中，梯形图如下
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第四章实验心得体会
经过这次实验设计，对西门子PLC有了进一步了解。

在理论与实际的结合中，
对书本的知识有了更加深入的认识。

这次的实验实践，让我更熟练的掌握了PLC软件的简单编程方法，对于PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在理论的运用中，也提高了我们的工程素质。

刚开始学习使用PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。

最后通过对实际问题分析，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。

设计过程中得到老师的意见和同学的提醒，再加上上网搜集到的资料，我也明白了不是每个问题都能自己解决的，只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好，所以说学习要善于向别人请教，学思结合，才能更快的进步。