基于plc与组态的液位控制系统设计

基于plc与组态的液位控制系统设计内容摘要：

福建电力职业技术学院毕业论文 4 图 PLC 原理图 PLC 的构成 从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、 底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU 模块 CPU 是 PLC 的核心组成部分，与通用微机的 CPU 一样，它在 PLC 系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。 其功能是： 1． PLC 中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 2． 用扫描方式并接受现场输入装置的状态，并存入映像寄存器。 3． 诊断电源、 PLC 内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。 在 PLC 进入运行状态后，从存储器中逐条读去用户程序，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去开启和关闭有关控制的电路。 外存接口 其他接口 键盘与显示 A/D,D/A 计算机 其他设备 EPROM 储存器 中央处理器 CPU RCM RAM 输入接口光耦合 输出接口晶体管开关 基于 PLC 与组态的液位控制系统设计 5 I/O 模块 I/O 模块是 CPU 与现成 I/O 装置或其他外部设备之间的连接部件。 PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的 I/O 模块和各种用途 I/O 元件供用户选用。 如输入 /输出电平转换、电气隔离、串 /并行转换、数据传送、误码校验、 A/D 或 D/A变换以及其他功能模块等。 I/O 模块将外部输入信号变换成 CPU 能接受的信号，或将 CPU 的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常工作。 其中输入信号要通过光电隔离，通过滤波进入 CPU 控制板， CPU 发出输出信号至输出端。 输出方式有三种：继电器方式、晶体管方 式、晶闸管方式。 电源模块 根据 PLC 的设计特点，它对电源并无特殊要求，它可使用一般工业电源。 PLC 的特点 和功能 PLC 能如此迅速发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。 它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 其主要特点如下： 1. 控制功能强 一台小型可编程序控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，可以实现非常复杂的控制功能。 与相同功能的继电器系统相比，它具有很高的性能价格比。 可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制与 集中管理。 2. 编程方便、简单 梯形图是可编程序控制器使用最多的编程语言，其电路符号、表达方式与继电器电路原理图相似。 梯形图语言形象、直观、简单、易学，熟悉继电器电路图 的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 3. 设计、安装、调试周期短 可编程序控制器用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少，缩短了施工周期。 可编程序控制器的用户程序可以在实验室模拟调试，模拟调试好后再将 PLC 控制系统在生产现场进行修改程序就可以解决，大 大缩短了设计和投运周期。 福建电力职业技术学院毕业论文 6 三菱 FX2N 是 三菱 PLC 是 FX 家族中最先进的系列。 具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 三菱 FXPLC 是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当 FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出 16～ 25 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。 FX 系列 PLC 拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点； FX2N 是从 16 路到 256 路输 入 /输出的多种应用的选择方案； FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于 FX 系列中最高档次的超小形程序装置。 除输入出 1625 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。 在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行 16256点的灵活输入输出组合。 可选用 16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小 8点的扩展模块进行扩展。 可根据电源及输出形式，自由选择。 内置 800 步 RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充 至 16K 步。 丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。 便利指令数字开关的数据读取， 16 位数据的读取，矩阵输入的读取， 7 段显示器输出等数据处数。 图 三菱 FX2N 系列 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，但又加入许多功能 强大又使用灵活的指令，它比较直观、形象、对基于 PLC 与组态的液位控制系统设计 7 于那些熟悉继电器 — 接触器控制系统的人来说、容易被 接受。 继电器梯形图多半实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号和作用器件编号组成，比较抽象，通常都先用其他方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单，价格便宜。 状态转移图语言类似于计算机常用的程序框图，但有他自己的规则，描述控制过程比较具体，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式。 福建电力职业技术学院毕业论文 8 第三章 系统软硬件设计方案 系统硬件的 设计 根据系统的设计要求，本系统选用三菱 FX2N 系列 PLC 及其相关输入输出量模块和变频器， 一台 抽水 电机、 继电器 、接触器 及电磁阀门这些 构成 了 被控对象。 组态软件部分选用组态 王 软件。 变频器的选型和接线 各国使用的交流供电电源，无论是用于家庭还是用于工厂，其电压和频率均 200V/60Hz（ 50Hz）或 100V/60Hz（ 50Hz）。 通常，把电压和频率固定不变的交流电变换 为电压或频率可变的交流电的装置称作“ 变频器 ”。 为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（ DC）。 然后再把直流电（ DC）变换为三相或单相交流电（ AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（ inverter）。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流 /过压 /过载保护等功能。 变频器也可用于家电产品。 使用变频器的家电产品中不仅有电机（例如空调等），还有荧光灯等产品。 用于电机控制的变频器，既可以改变电压，又可以改变频率。 但用于荧光灯的变频器主要用于调节电源供电的频率。 汽车上使用的由电池（直流电）产生交流电的设备也进行出售。 变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。 例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。 变频器的发热主要来自于 IGBT， IGBT 的发热有集中在开和关的瞬间。 因此开关频率高时自然变频器的发热量就变大了。 有的厂家宣称降低开关频率可以扩容， 就是这个道理。 根据设计的要求，本系统选用 FRA540 系列变频器， 其接 线图 所示。 变频器主要是用来控制抽水电机的转速，用过设定的频率来调节电机的调速。 基于 PLC 与组态的液位控制系统设计 9 图 变频器接线图 PLC 的选型 变频器的运行与关断由 PLC 的 1 个输出点，控制变频器使电机正转需 1 个输出信号控制，报警器的控制需要 1 个输出点，输出点数量一共 3 个。 控制起动和停止需要 2 个输入点，变频器极限频率的检测信号占用 2 个输入点，共需 4个输入点。 系统所需的输入／输出点数量共为 7 个点。 本系统选用 FX2N16MR型 PLC。 为了适应各种工业控制需要除了单元式的 小型 PLC 外，绝大多数的 PLC采用模。