PLC和组态软件课程设计报告

课

程

设

计

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告

学生姓名：夏*

学号：********

专业班级：测控09-2班2013年1月18日

PLC和组态软件课程设计报告

一、实验目的

PLC控制系统实践环节主要是以可编程序逻辑控制器PLC为核心，以STEP7-Micro/WIN软件为开发平台，以实验台上的各种设备（挂件）为对象使用梯形图语言进行PLC控制程序的开发用来控制实验台上的各种设备。

MCGS组态软件用于生成和运行水塔水位监控系统的组态工程文件。完成构建的PLC控制系统的监控功能。

二、实验设备

S21-1挂箱（S7-200可编程控制器）、S21-3挂箱（水塔水位控制）、S21-2挂箱（基本指令）、S21-4（产生模拟信号）、计算机、STEP 7 MicroWIN软件、MCGS软件。

三、实验要求

该实践的具体任务是组建水塔水位监控系统。水塔系统如下图所示：

水塔

水池阀

泵

图1. 水塔系统结构示意图

一、PLC控制程序（一）

（一）控制要求

1、阀、泵的自动控制

在自动控制状态下，当水池水位低于水位下限时，阀Y打开，当水池水位高于水位上限时，阀Y关闭。当水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水位下限时，泵M1运转抽水。当水塔水位高于水位上限时泵M1停止。

2、阀、泵的手动控制

在手动控制状态下，由基本指令编程练习单元中的开关I0.1控制阀的打开与关闭，当开关闭合时阀打开，开关断开时阀关闭。由I0.2控制泵的打开与关闭，当I0.2闭合时泵打开，当I0.2断开时泵关闭。

3、控制状态的切换与显示

由I0.0实现控制状态的切换，当开关闭合时系统处于自动控制状态，当开关断开时系统处于手动控制状态。由灯Q0.0实现控制状态的显示，灯亮表示系统处于自动控制状态，灯灭表示系统处于手动控制状态。

4、组灯控制

由灯Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1构成组灯，以组灯的不同状态表示水流不同状态。具体说明如下：

当阀泵均处于关闭状态时，组灯灭。

当阀处于打开状态而泵处于关闭状态时，组灯中Q1.1、Q1.0、Q0.7依次循环点亮，且当其中某一灯亮时，其前一灯灭。

当阀处于关闭状态而泵处于打开状态时，组灯中Q0.7、Q0.6、Q0.5依次循环点亮，且当其中某一灯亮时，其前一灯灭。

当阀泵均处于打开状态时，组灯中Q1.1、Q1.0、Q0.7、Q0.6、Q0.5依次循环点亮，且当其中某一灯亮时，其前一灯灭。

二、PLC控制程序（二）

（一）控制要求

在PLC控制程序（一）的基础上添加完成如下功能：

1、液位信号的读取

将S21-4挂箱中电压输出单元的输出电压Ug1与Ug2分别作为水池与水塔的液位信号，信号范围为1~5VDC。并由PLC的模拟信号输入输出模块读取液位信号。

水池液位的变化范围为0~4m，即液位信号Ug1对应的测量范围为0~4m。

水塔液位的变化范围为0~2m，即液位信号Ug2对应的测量范围为0~2m。

2、阀、泵的自动控制

在自动控制状态下，当水池水位低于水位下限（1m）时，阀Y打开，当水池水位高于水位上限（3m）时，阀Y关闭。当水池水位高于水位下限，且水塔水位低于水位下限（0.5m）时，泵M1运转抽水。当水塔水位高于水位上限（1.5m）时泵M1停止。

3、水位报警

由基本指令编程练习单元中的灯Q0.1、Q0.2实现水位报警。

当水池水位低于0.5m时，Q0.1闪烁，当水池水位高于或等于0.5m时，Q0.1灭。

当水塔水位低于0.25m时，Q0.2闪，当水塔水位高于或等于0.25m时，Q0.2灭。

三、MCGS组态程序

（一）组态程序应实现的功能

1、系统运行状态的显示

能够显示系统的控制状态、水池和水塔的液位、阀泵的开关状态及水流状态。

2、水位限值的设置

使用户能够设置水池与水塔液位的上下限值，即能够调整阀泵自动开关的条件。

3、历史数据的记录和查询

能够记录一段时间内系统的控制状态、水池和水塔的液位、水池与水塔液位的上下限值以及阀泵的开关状态。并能对历史数据进行查询。

4、报警功能

当水池液位低于0.5m时，水池液位下下限报警。

当水池液位高于3.5m时，水池液位上上限报警。

当水塔液位低于0.25m时，水塔液位下下限报警。

当水塔液位高于1.75m时，水塔液位上上限报警。

5、操作权限的区分

设置两个用户组分别为工程师组和操作工组。创建分属于不同用户组的用户，两组用户均具有登录系统权限，但仅工程师组用户具有设置水位上下限值的权限。

6、工程文件的保护

对组态工程文件设置密码保护。

（二）组态程序与PLC程序的连接

1、在组态程序中作相应设置以建立数据连接通道。

2、必要时修改PLC程序以配合组态程序中的相关设置，完成数据读写操作。

四、实践过程

（一）PLC控制程序（一）

（1)PLC输入输出端口分配及硬件接线

需要用到4个DI输入端来连接水塔水位开关，2个输出端来连接水泵及阀，还需要基本指令单元的3个开关，分别用来进行手自动切换，手动控制阀的状态及手动控制水泵。还需要Q0.0显示控制状态，组灯Q0.5—Q1.1表现泵及阀的状态。

首先要给PLC供电，主机输出端1L、2L、3L与主机的M相连，主机输入端的1M、2M与主机电源L+相连。由于各实验模块单元的信号接口均为低电平

S21-3挂箱S1 S2 S3 S4 M1 Y

S21-1挂箱I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 Q0.1 Q0.2

S21-2挂箱I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 S21-1挂箱I0.7 I0.5 I0.6 Q0.3 Q1.0 Q0.7 Q0.6 Q0.5 Q0.4 （2）PLC控制程序

该任务较为简单，采用PLC中的一些基本指令即可实现，要用到阀及水泵的自锁来保证连续进水，还需要用到定时器来实现灯组的循环闪烁。