毕业设计基于plc的液位控制系统

毕 业 设 计（论文）题 目：基于PLC的液位控制系统-下位机设计学生姓名： 学 号： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 1126班 指导教师： 2015年 5 月 22 日 摘要摘 要随着当今社会科学技术的迅猛发展，各类监测并调控液位系统对自动化程度的要求也越来越高，原有的水位控制系统，已远远不能满足当前高度自动化的需要。本课题是研究通过PLC系统来控制水位，监控组态来模拟监控界面，实现生产的自动化，可视化。本课题首先设计PLC控制系统，根据要求实现的功能分配IO口，接线，然后编制通过V4.0 step 7软件进行梯形图的编辑、运行，并把现场的水塔水位状况实时传送给上位机，上位机采用力控组态软件进行监控。监控组态界面是通过ForceContro7.0进行监控界面的编写、运行。首先设计监控界面，设置通信参数和IO口，使得上下位机能够可靠通信。本水位控制系统以PLC为控制核心，具备开始和停止功能，这是一种PLC控制的自动调节控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。关键词：PLC 监控组态 STEP7 力控IVAbstractAbstractWith the rapid development of science and technology in todays society.All kinds of monitoring and control system of liquid level of automation are increasingly high requirements.The original control system of water level, can not meet the current needs of the highly automated.This project is to research through the PLC system to control water level monitoring, configuration simulation monitoring interface, realizing production automation, visualization.In this paper, the design of PLC control system, according to the functional requirements to achieve the distribution of I/O, then the preparation of wiring, editing, operation ladder through V4.0 step 7 software, and the water level scene of the real-time transmission to the PC, PC monitoring using ForceContro7.0 configuration software.The configuration, operation monitoring interface is edited by ForceContro7.0 software. First, the monitoring interface design, communication parameters setting and I/O port, the computer can reliable communication. The water level control system using PLC as the control core, have open and all stop function, this is a kind of automatic control system PLC control. The application of this control system can significantly improve the work efficiency, reduce labor intensity.Keys words：PLC configuration step7 forcecontrolI目 录目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1设计的意义及目的11.2 课题的发展现状11.3 本设计主要工作2第二章 PLC及SIEMENS S7-20032.1 PLC概述32.1.1 PLC的产生及发展32.1.2 PLC的组成42.2 PLC的特点、性能及分类92.2.1 PLC的特点92.2.2 PLC的性能指标102.2.3 PLC的分类及应用112.3 SIEMENS S7-200系列PLC122.3.1 S7-200系统组成122.3.2 S7-200内存结构122.3.3 S7-200寻址方式132.3.4 S7-200控制指令14第三章 液位控制系统硬件设计163.1 PLC选型163.2 液位传感器（YWCGQ）选型163.3 变频器及PLC连接173.4 电机183.5 系统接线图（见附图3-5）193.6 I/O地址分配19第四章 液位控制系统软件设计204.1 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件的使用20VI4.1.2 控制程序234.1.3 控制程序通信254.2 程序设计264.3 S7-200仿真29第五章 监控系统设计335.1 ForceContro7.0简介335.2 ForceContro7.0作用335.3 监控系统概述33总结34致谢35参考文献36附录37III基于PLC的液位控制系统-下位机设计第一章 绪论1.1设计的意义及目的基于PLC的水位控制系统可以实现生产的自动化，使实际操作简单容易，省时省力。对于降低运行成本，充分利用资源，更大的获得利益，是有重要意义的。本设计目的在于：（1） 培养我们分析并解决本专业实际工程问题的反应速度和独立思考的能力，增长实际工作经验。（2） 使学生能正确的运用科学技术资料，国家标准手册、图册等工具研究开发工业项目。（3） 了解液位控制系统的工作原理，设计理念和现实意义。（4） 了解控制系统上位机的后台开发过程，熟知控制系统下位机的硬件选型，连接，程序的编写等详细过程。掌握数据的交换的内容及信息的接收发送。（5） 学会利用I/O设备驱动完成上位机对下位机的实时监控。1.2 课题的发展现状从最初的理念上来讲，逻辑控制上普遍应用PLC，并且数量巨大，占有主导地位。适合在相对较简单，过程不复杂的简易控制上应用，例如顺序控制和时序控制等场合。当今工业生产对于脱离人力生产的需要飞速提升，计算机领域的发展也突飞猛进，尤其是CPU也飞速发展，不断更新换代，包括微型计算机同类的芯片都可以用作新一代PLC的核心处理器的选择对象，PLC在今后的发展当中必将失去一部分市场份额。但换个角度去思考，现如今一些规模庞大，技术先进，市场占有率高的大工业控制器厂商，也迅速的尝试将微机业的一些最新的软件技术移植到现代的PLC当中，使其不断完善与改进，增加了更强大的功能，也大大提高了设备的性能。PLC也早已不只是逻辑控制这么简单的设备了。对于这些现代的PLC已经远远不能再简单的理解为过去的“可编程逻辑控制器”。显而易见，这些新的PLC必将会在以后的制动化领域大有作为。PLC是一个与时俱进的产品，它最初是受到计算机设计思想的启发而研发的，经历了几十年的发展历程，各个生产厂商在竞争中不断的创新、完善，使其更符合自动化的发展，更适应自动化的实际要求。PLC始终屹立不倒，昂首挺立于工业领域靠的就是它无论在怎样的环境下都能正常准确的发挥作用。微型计算机适应艰苦恶劣的周边环境的能力太差，很难适应工业生产现场，所以他是远远不能取代PLC的。因此工业生产中离不开PLC，是没有争议的。目前中国PLC市场本土品牌几乎没有，最受国人青睐的品牌有三菱、欧姆龙、西门子、罗克韦尔、施耐德、GE-Fanuc等国际知名公司。大中型PLC欧美品牌市场份额最大，小型PLC日本品牌也实力雄厚，另外，中国台湾与韩国也有一小部分市场。网络化、微型化、电脑化和开放性是PLC未来发展的主要趋势。在PLC自动化的最初时期，其体积庞大而且价格不菲。但近些年以来，微型PLC（小于32 I/O口）已经问世，价格也只有几百美元。现如今我们使用PLC的同时还要必须使用单独的监控组态软件作为辅助工具，PLC以后的发展趋势就是在自身的系统里自带有与自身硬件相匹配的监控组态软件，这样会更受到广大用户的喜欢，也更符合市场的需求，也是新的商机，更是一种趋势。1.3 本设计主要工作选取西门子S7-200系列PLC来主要控制变频器及水泵等设备达到自动调节液位的目的，主要实现方法：（1） 利用投入试液位测量器捕捉水箱液位信息，将水位传达给输入输出模块；（2） 经A/D转换后，进行数据比较，来控制变频器的输出频率变化，于此同时，显示水位具体信息；（3） 本系统设计有自动报警功能，当液位异常超过警戒水位或是低于最低水位就会传递预警；（4） 根据上位机的要求还可以水位的PID闭环控制，同时把水位数据传送给上位机，实现水位数据的实时显示和状态监控。具体任务如下：(1) 以PLC为控制核心的硬件电路设计；(2) 根据所提功能完成硬件接线；(3) 软件设计，实现水位的采集和传输以及越限报警；(4) 可以实现水位的PID闭环控制。第二章 PLC及SIEMENS S7-2002.1 PLC概述2.1.1 PLC的产生及发展可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC，1969年第一台可编程序控制器问世。如今PLC已成为工业现代化生产中必不可少的，利用率最高的，应用最普及的，市场占有率最高的的工业生产控制器。（1） PLC的产生PLC产生之前，控制电气装置主要依靠继电器，接触器等电子元件来实现操作，并用导线按一定顺序连接。由于其装置庞大，生产费时费力，灵活性差，复杂，事故率高，等诸多不便，人们对于自动控制有了更高的要求。68年美国通用汽车公司（GM）招标要求：“软连接代替硬接线 维护方便 可靠性高于继电器控制柜 体积小于继电器控制柜 成本低于继电器控制柜 有数据通讯功能 输入115V 可在恶劣环境下工作 扩展时，原系统变更要少 用户程序存储容量可扩展到4K”。其核心思想是用程序代替硬件接线，输入/输出电平可与外部装置直接相连，结构易于扩展。这便是PLC理念的雏形。次年美国DEC公司根据这一理念开发出世界上第一台PLC（PDP-14），并成功的应用在通用汽车公司的生产线上。（2） PLC的发展微处理器诞生于20世纪70年代初。微处理器问世后人们很快将其引入PLC，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，使其真正成为具有计算机特征的工业控制设备。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。随着个人计算机的普遍利用后，为了更加便捷和凸显可编程控制器的功能以及特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller。20世纪70年代中晚期，PLC进入了一个更加贴近实际应用化的发展阶段，可编程控制器大规模吸收并采纳计算机技术扩展和改进自身功能功能，使其功能发生了翻天覆地的变化。越来越小的体积及更美的外观，越来越高的运算速度、更可靠越来越稳定的工业抗干扰设计、越来越精准的模拟量运算以及更完善的PID功能及越来越低的市场价格更加巩固了它在现代工业领域的地位。20世纪80年代初，西方先进工业国已经大量的使用PLC为工业生产实现了高度的自动化。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，一个东西正以不可思议的超高速度在飞速发展，那就是PLC。之所以它如此的发展迅速，全要归结于当时工业的超高速发展，因此，PLC的产量有了质的飞跃，始终稳定在30%以上。也正是在此过程中，PLC在某些领域撼动了处于统治地位的DCS系统。因为PLC在处理模拟量、数字量的运算方面，人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域。到上世纪末，可编程控制器朝着更适合现代工业发展的特点不断完善与改进。超大型PLC和超小型PLC都相继出现，为了迎合不同控制要求的工业场合。特殊功能单元也种类繁多，扩展了PLC的功能。人机交互界面单元、通信单元更加方便人们的使用，PLC的这些变化，给工业生产自动化增添了强大的动力。2.1.2 PLC的组成PLC基本组成简单明了，分为几大部分，每一部分又有各自不同功能的模块，具体包括中央处理器(CPU)、存储器、接收发出信息的端口、对外另外连接的仪器的编程器及提供电能的部分这几大部分。其中对外接收和发送信息的端口又分为好几类，具体的形式见图2-1。PLC分管不同功能的每个东西通过总线连起来，对外的连接需要按照实际的被控对象连接与之对应的设备，使之构成一个完整的PLC控制系统。图2-1 PLC基本组成（1）中央处理器其简称CPU，是PLC的最高级指挥中心。相当于我们的大脑。（2）存储器PLC的存储器组成主要有三部分，分别是系统程序存储器，用户程序存储器和数据存储器。系统程序存储器系统程序存储器是存放PLC生产厂家编写的系统程序的地方，并且锁定在ROM内，个人用户不能随意的擦出及写入。它使PLC具有基本功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。用户程序存储器及数据存储器用户存储器又分为用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）这两个存储器，分别负责不同的存储任务。用户程序存储器是专门存放用户根据实际控制情况具体编写的程序的地方，程序要采用PLC编程语言编写。这个存储器当中的存储单元类型又分为多种，有RAM（随机存取存储器）、EPROM（可擦除可编程序存储器）和EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）。存储器中的内容可读可写可修改，用户可以根据自己的需要自行发挥。用户数据存储器是保存运行程序中器件所使用的开关量以及运算过程中产生的数据的空间。程序容量的大小靠的就是用户存储器的大小，存储器越大，能开发的程序就能越大，这就说明PLC性能也就越好。判断PLC的优劣，很重要的指标就是看用户程序存储器的大小。为了方便用户程序的读写，更改，检验，也为了更安全有效的保护用户程序的信息，防止程序因断电等意外丢失，因此，一般用RAM用作程序存储器，并备有后备电源。由于RAM的抗干扰能力稍差，在程序已经运行并且无误的情况下，通常将其固化在只读存储器中。如今电可擦除可编程只读存储器正逐步成为用户存储器的首选，直接将程序写进EEPROM中已成为时下流行的潮流。工作数据指的是在PLC运行时一直都在变化、一直都在存取的一些数据。工作数据需要随即存取，因此存放在RAM中最恰当。开发人员需要通过编写程序来设定这些器件的初始状态，以便更好的完成自动控制的目的。在管理数据的区域中，有这样一个数据保持区，它是能在一些数据在掉电时用后备电池保持原有状态的时刻，可以将这些数据保存下来的存储区。用户在开发使用PLC的过程中是不会触及系统程序及工作数据的，PLC产品说明书或使用手册中所标明的存储器的说明，包括其形式以及存储器的容量都指的是用户程序存储器。功能不强大的PLC往往用户存储器容量小，用户在开发使用的过程中也会出现信息超出用户存储器的容量的情况，为了解决这种情况带来的不便，许多PLC还有存储器扩展功能。常见的存储器主要有1.RAM，可读可写的随机存储器；2.ROM，只读存储器。ROM又有PROM 、EPROM等多种形式可供用户根据需要来自行选择，但他们均为可擦除可编程的只读存储器。（3）接口要想利用PLC进行完整的控制任务，PLC就必须与外界建立联系，接收和发送各种信号就需要输入输出接口。负责接收信息的端口是用来接收程序正常运转时所产生的各种变量的。接收的不同变量在PLC中经过特定的程序计算处理产生被控信息，这些信息由输出口送出PLC。执行设备接收到输出口传递的信号后，带动被控器件动作，最终完成控制。PLC控制好坏的评判很大程度上取决于接口接收和发送信号的能力。由于工业生产现场情况复杂多变，干扰也比较强烈，所以接口要有抗干扰的能力。另外，工业控制信号种类繁多，类型不一，所以接口还必须有处理不同类别信号的能力，满足各类信号的匹配能力。输入接口可编程序控制器因需求不同有不同的接口。数字量输入接口：一般传感器传递给PLC的信号如果是数字量，那么这些数字量就需要由数字量输入接口接收，并把他们转化成能用作PLC内部处理的标准信号。数字信号可能由交流电传递也可能用直流电传递，因为这个缘故，接口只能又分成接收直流信号的直流输入接口和接收交流信号的交流输入接口。如图2-1、图2-2、图2-3所示。图2-1 直流输入接口电路图2-2 交/直流输入接口电路图2-3 交流输入电路由上图可以看到输入接口的电源部分画在了虚线框以外，这说明这类接口是分体式数字量输入接口。但现如今的PLC一般不采用这种接法，另提供电源既不节能又不便捷，现在的输入接口都采用本机直流电源直接供电。模拟量输入接口：顾名思义，模拟量输入接口就是能将输入到PLC的模拟量转化成PLC可处理的信号。凡是模拟量，不论是电压的模拟信号还是电流的电信号，只要是标准的模拟信号，接口都能自动匹配。输出接口数字量输出接口：它的作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的数字（开关）量信号。模拟量输出接口：它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为响应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。智能接口为了适应较复杂的控制工作的需要，可编程控制器还有一些智能控制单元。如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入输出接口的区别在于其一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般比专用智能输入输出单元的功能稍弱。（4）编程器当你编辑好你所要用的PLC控制程序时，你就需要用到编程器来进行下一步的工作。它能将你要用到的程序送到PLC的用户程序存储器。另外，它还能帮你查看程序的运行流程，当程序出现错误或有不符合控制要求的时候，还可以利用它对其进行修改、调试等。编程器又有两种分类。简易编程器：顾名思义，简易就是简单容易，它占地不大，可轻易移动，缺点就是仅仅可以识别语句编程。如果PLC选的不大，用这简易的就挺好。图形编程器：它的功能不仅包括简易编辑器的功能，另外又能识别梯形图语言，功能更完善，用户可根据自己的需要自行选择。PLC强大的功能随之衍生出来的是名目繁多的周边配套产品，辅助编程软件就是其中之一。当我们在电脑里安装了它之后，我们就能用我们熟悉的梯形图，语句之类的编写我们自己的程序了，并且我们可以实现电脑和PLC之间的通信，观察正在工作的PLC等。（5）电源PLC的电源简单来说就是交流变直流整流器。他将我们提供的交流电变成直流电，因为PLC的各个模块的工作电流必须采用直流电。PLC的电源必须各项性能都强大，自身稳定，抗干扰，并且要求有些电源还带有向外输出电能的能力，因为这样就可以直接给被控设备供电，简化了电路接线。2.2 PLC的特点、性能及分类2.2.1 PLC的特点（1） 可靠性强所有的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。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。PLC的供电系统必须稳定。制作PLC的所有工件必须精挑细选，不容马虎。之所以称为稳定，它还具有自救能力，当其构成部分出现意外事故，他的CPU能马上做出动作，避免事故扩大。大型PLC还通过增加CPU的个数来增加产品的稳定性，可靠性。这个方法极大地提高了它的稳定性。（2） 丰富的I/O接口模块PLC所控制的器件是多种多样的，接收的电信号也类型多种多样，各种各样的信号也难不倒强大的PLC。为了适应各种外来信号，PLC有一系列处理不同情况的装置来解决。（3） 模块化结构采用模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。（4） 编程简单易学PLC的程序基本是移植继电器的电路图，对于熟悉继电器的电气工作者，它的程序简单易懂，难度也不大，广泛的适合大家学习。（5） 安装简单，维修方便使用PLC可以随时随地，完全不必考虑地点的限制，对环境的适应能力也相当强悍，所以说很方便。其硬件安装也相当简便，只要把你要用到的机器通过导线与PLC的输入输出接口相连，检查无误后便可马上发挥作用。如果使用时出现错误，或者器件自身由于某些原因出现故障，在哪出现毛病，在哪部分就会有明显的提示，使用户及时的处理问题。每部分都是可拆卸的，也就意味着局部出现问题可以立即更换，以减少因故障带来的损失。2.2.2 PLC的性能指标（1）I/O总点数I/O总点数是衡量PLC接入信号和科输出信号的数量。PLC的输入输出有开关量和模拟量两种。（2）存储器容量这个指标代表的是PLC中能够存储我们编写的程序的能力。一般情况下我们默认以字来计量他的大小。每1024个字为1千字。PLC中通常以字为单位。（3）编程语言编程语言是PLC厂家为用户设计的用于实现各种控制功能的编程工具，它有多种形式，常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言，另还有逻辑图编程语言、布尔代数编程语言等，它的功能强否主要取决于该机型指令系统的功能与否。一般来讲，指令的种类和数量越多，功能越强。（4）扫描时间这个时间指的是读取并完成1000条指令要花费的时间。通常来讲这个过程一共消耗10ms左右。（5）内部寄存器的种类和数量PLC里面的寄存器有好多种不同的分类，且不同的PLC所拥有的数量也会不同，这是判断PLC好坏的标准之一。（6）通信能力这个能力指的是PLC与同类之间的信息相互递送的能力，也包括PLC与电脑连接后相互递送信息的能力，它是工厂自动化的必备基础。现在所有的已经生产出来的PLC无论类型如何，功能好坏，几乎全带有通信口，最少一个，无上限数量。（7）智能模块智能模块是那些自身具有处理器的能独立完成某些任务的立方体。它并不是整个系统完整动作的不可或缺的一部分，也不再循环中，是独立的。但它的意义在于执行PLC的命令，完成特殊的动作。如常见的位置模块、温度模块、PID模块和模糊模块等等。2.2.3 PLC的分类及应用PLC可从多种角度进行分类：（1）按控制规模分：输入输出量，开关量是这样分类的评判标准，都是按照路数来分类。有了点数的区别，也就有了不同点数的PLC。根据点数由少到多PLC也就有微小中大超大之分，这区分依据就不在此一一赘述，有兴趣可以查阅下相关资料。（2）按结构组成分：通过上文我们了解了完整PLC有几大部分组成，把这几大部分分别独立的割裂开来，然后再一一连接，这就是模块化的。将这些组成部分直接集成在一个立方体中，这就是箱式的。如OMRON公司，原来小型机都是箱体式，现在的CQM1则为模块式的。箱体的PLC把电源、CPU、内存、I/O系统都集成在一个小箱体内。整个四方体就能实现全部的功能。通常这个小箱子是不符合设计需要的，这就需要在另外连接小箱子，达到目的。模块式的PLC是把PLC的组成结构一部分一部分的单独割裂开来，然后加以连接，组成完整的系统。类型比较大的设备需要的模块用不着很强，所以与之相匹配的模块类型就很有选择性。今后这种潮流定会十分流行。在自动化的今天，凡是机器取代了人力用作工业生产的领域，就会有PLC的存在。PLC就是取代人类劳动的机器人，有了它，人类文明的进步速度迅猛加快。PLC的应用之广，几乎遍布我们社会活动的所有方面。工业上完全依赖PLC作为生产控制的中枢，接收信息处理数据并传达指令，使工业生产能高效，有序，稳定的运行，全靠PLC的作用。这些行业所有设备的连续生产运行，总存在许多的监控点和大量的实时参数，而要监视、控制、和采集这些流程参数和相关的工艺设备，也必须依靠PLC这个大脑来完成，当然传统叫法也有DCS，尽管设计之初的理念不一样，但现技术路线已逐渐融合。凡是与工业挂钩的地方，有机器参与生产，这么说吧，只要是通过耗电来搞生产的地方，就有PLC的存在！可能我们还不是很了解PLC，但它已经悄无声息的存在于我们日常生活的各个角落。只要是我们应用的各种物品，是人类后续加工出来的产品，不是直接获取自大自然的任何东西，都离不开PLC的身影，我们方便快捷的享受着的物质生活都是PLC的功劳。2.3 SIEMENS S7-200系列PLC2.3.1 S7-200系统组成S7-200系列PLC的CPU有四种型号，当然功能价格也有所差异，功能最弱的是221,当然价格也最便宜，最高端的是226的。PLC的扩展模块也有几种供用户选择，根据需要的不同，分为输入模块，输出模块，还有输入输出合体的高级模块。表2-1 S7-200基本单元2.3.2 S7-200内存结构2.3.3 S7-200寻址方式（1） 编址方式计算机中数字采用二进制运算，1字节为8位二进制数，1个字由两个字节组成，1个双字由2个字组成。存储器里储存的数据可以用位作为存储的标准，也可以用字节来作为衡量的标准，也可以是用字来作为衡量的标准，也可以是用双字来作为衡量的标准，编写地址的数据方式也可以是上述单位。存储单元的地址由区域标识符、字节地址和位地址组成。位编址：寄存器标识符字节地址位地址。如I0.0、M0.1、Q0.2等。字节编址：寄存器标识等字节长度B字节号。如 IB1、VB20、QB2等。字编址：寄存器标识等字长度W起始字节号。双字编址：寄存器标识等双字长度D起始字节号。如 VD20表示VB20到VB23这4个字节组成的双字。位，字节，字，双字编址如图2-4所示。图2-4 编址数据类型：S7-200 PLC的数据类型有布尔型（BOOL）、整数型（INT）和实数型（REAL）3种。表2-2给出了字节、字、双字所表示的数值范围。表2-2 字节、字、双字的数值范围数据大小无符号整数范围有符号整数范围十进制十六进制十进制十六进制字节B（8位）02550FF-128127807F字W（16位）0655350FFFF-327683276780007FFF双字（32位）065535*655370FFFFFFFF-21474836482147483647800000007FFFFFFF（2） 寻址方式寻址的方式有立即寻址、直接寻址、间接寻址三类:立即寻址：立即数寻址的数据在指令中是以常数的形式出现。常数的长度由二进制的位数决定，常数的格式有二进制、十进制、十六进制、ASCII码等。如:二进制数：2#1001十进制数：20047十六进制数:16#3EB5直接寻址方式：存储器或寄存器都有自己所在位置的地址编号，通过直接查找这些唯一的位置地址，就能到你想要的地点识别或写进数据。间接寻址：操作数利用一个指针来提取数据，这个指针是指向你要寻找数据所在的地址的一个针。2.3.4 S7-200控制指令（1）顺序控制指令顺序功能能捕捉运行过程中输出量的不同，自动用一些步来构成一个工作周期。（2） 步将系统的工作过程分为若干个阶段，这些阶段称为“步”。（3） 转换条件步与步之间的转换条件，用小短线表示，转换条件可以是一个或多个，当条件满足，转换得以实现。上一步的动作结束，下一步动作开始。系统处于的当前步称为“活动步”。通常用状态继电器的位S0.0S31.7代表程序的状态步。表2-3 顺序控制继电器指令表梯形图LAD语名表功能操作码操作数LSCRn当顺序控制继电器位为1时，SCR（LSCR）指令被激活，标志着该顺序控制程序段的开始SCRTn当满足条件使SCRT指令执行时，则复位本顺序控制程序段，激活下一顺序控制程序段nSCRE执行SCRE指令，结束由SCR（LSCR）开始到SCRE之间顺序控制程序段的工作。注：顺序控制继电器位n必须寻址顺序控制继电器S的位。不能把同一编号的顺序控制继电器位用在不同的程序中。在SCR段当中禁止使用JMP随意跳入，也禁止使用LBL随意跳出。第三章 液位控制系统硬件设计3.1 PLC选型PLC的选择需要考虑诸多因素，结构形式、容量、性能、指令系统、编程语言、市场价格等等都是必须考虑的重要因素。对于PLC的选择有个通用的惯例，那就是首先你选的机型要适合你的控制要求，并且靠谱，而且运行期间的保养维护也要便捷，在达到上述要求的同时，再去比较同类型产品的市场价格，择优录取。由于本设计相对简单且输入输出少，加之本人对西门子PLC略有接触，因此选择西门子S7-200型PLC。S7-200型PLC集成性好，也不算贵，非常实用，尤其是控制一些低端系统，很受人们的青睐。Siemens公司生产PLC的历史很长，可以说是鼻祖了，它生产的产品质量信得过，安全可靠，各种扩展功能及其完善，很适合用户自行开发扩展功能，是我们的不二选择。我们的系统设计的选择PLC要富裕出一定量的输入输出端口，以便日后系统升级扩展之用，所以选择输入输出点数最多的CPU，226是功能比较强大的CPU了。扩展模块选定EM235。3.2 液位传感器（YWCGQ）选型液位传感器是一种测量液位的压力传感器，有多种类型可供选择。一类是期间直接与液体相接触。第二类是器件不与液体接触，采用声波或光波测量。输出信号的标准方式有三种420mA、 05v、 010mA，我们根据实际目的，技术要求的不同来自行选取。我们选用的投入式传感器其采用先进的密封技术，不会漏水。且其中间能有气管与外界相通，使之能与外界气压对比从而工精确地测量压力大小。投入式液位传感器见图3-1。图3-1 投入式液位传感器3.3 变频器及PLC连接易能电气的EDS1000系列变频调速器提供串行通讯技术的支持。它所支持的串行通讯技术包括标准RS-485、PROFIDRIVE、LONWORKS在内的多种现场总线方式。其中，RS-485通讯方式为用户提供了无需附加任何用度的、最为廉价实用的串行通讯方式。独立的变频器都有与之相匹配的，预先规定好的通讯数据结构，字的格式，要想完成与其他器件的连接，事先了解其通讯协议，就能实现我们所要达到的通信目的。图3-2易能变频器本变频器与PLC的连接接线方式如图3-3所示。通过PLC的R485通讯口相连。PLC为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯。图3-3 变频器与PLC配线图我们采用EDS1000系列变频器的串行通讯作为与PLC的连接方式。简要介绍一下，这个变频器的通讯方式为异步半双工的方式。PLC与EDS1000构成主从关系，主机的作用就是传达命令给从机，PLC里存有控制变频器的指令，PLC连续发出这些指令的地址给变频器，等待变频器动作。PLC自身最多能连接多达31台像变频器这样的从机，也可以扩展到连接126台。通讯时，传输的默认格式和传输速率为：8-N-1，9600bps。3.4 电机水泵电机（pump motor）按结构分类有倒着放的，那是卧式的；也有像人一样站立的，那叫立式的。我们设计的系统里因为需要的水泵的工作特点为启动力矩不大，也不是次数很多的开关启动，基本是连续不断地运行，由于这些特征，我们选用鼠笼式异步电机。图3-4 水泵电机3.5 系统接线图（见附录图3-5）3.6 I/O地址分配信号变量名信号变量名I0.0启动按钮Q0.0液位过高报警I0.1停止按钮Q0.1液位过低报警Q0.2运行指示AIW0液位反馈值Q0.3停止指示AQW0PID频率输出Q0.4启动表3-1 I/O地址分配表开始初始化压力差0调节水泵增大频率PID控制调节水泵减小频率PID控制报警显示信息停止结束3.7 系统流程图第四章 液位控制系统软件设计本系统设计主要包括硬件和软件两大部分内容，本章介绍系统软件设计。主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STEP 7-Micro/WIN的介绍以及本项目程序设计。PLC程序的编写有多种方法。电气工作者惯用经验法，他们有着异常丰富的工作经验，因此也最适合经验法。初学者应当了解图解法，这是入门的方法。我们学习的是计算机法。当然还有许多别的方法，在此就不一一赘述。图解法图解法就是用图形进行PLC编程设计，最方便的就是梯形图编程，这与继电器电路十分相似，是一种简单易懂的编程方法。经验法运用已有的相似程序，加以修改调试，使之成为适合自己工程项目的程序。计算机辅助编程计算机辅助设计是通过PLC编程软件(比如STEP 7-Micro/WIN)在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等。现在全部都是使用编程软件进行程序的编写，计算机普及率相当广，并且方便快捷，不论是联网还是断网，都能进行程序的编写，程序的调试，并且保存方便。需要的话还可以进行文件的加密，防止窃取。4.1 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件的使用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3是专为西门子S7-200系列PLC开发的编程工具，使用该软件可根据控制系统的要求编制控制程序并完成与PLC的实时通信，进行程序的下载与上传及在线监控。4.1.1 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3的窗口组件图4-1 STEP 7-Micro/WIN的窗口组件（1）操作栏显示编程特性的按钮控制群组在操作栏中点选查看按钮，则下面弹出程序块、符号表、状态表、数据块、系统块等按钮，单击相应的按钮就能显示出相应的内容。在操作栏的下方有个工具按钮。单击后出现:指令向导、文本显示向导、位置控制向导、EM253控制面板和调制解调器扩展向导的按钮。指令树这一栏里显示的是全部目标对象以及显示当前你所编写的程序所包括的全部指令的树形界面。我们可以看到指令树中有一列排列整齐的文件夹，我们单击最上方项目里的子文件夹，可以插入POU。如果这个操作麻烦的话也可以右击你的目标POU进行你想要的编辑。右击你的目标，弹出的菜单里你可以选择打开、删除、编辑，用密码保护或重命名子程序及中断例行程序等。（3）交叉参考允许用户检视程序的交叉参考和组件使用信息。（4）数据块允许用户显示和编辑数据块内容。（5）状态图窗口允许用户将程序输入、输出或变量置入图表中，以便追踪其状态。您可以建立多个状态图，以便从程序的不同部分检视组件。每个状态图在状态图窗口中有自己的标签。（6）符号表全局变量表窗口我们在编写程序的时候可能会用到全局符号，这个符号表就是专门为我们分配和编辑全局符号所设计的窗口。符号表根据我们的需求可以任意添加，有我们自己做主。由于我们选定了PLC的型号，可以在此处添加一个方便我们使用的符号表，这样做省去了不少的麻烦。（7）输出窗口当用户将程序录入完毕，进行编译时，本窗口能显示一些实时的消息。假如程序运行过程中存在错误，在本窗口中就会及时的显示程序的失败。为了方便用户的修改，在窗口里用鼠标双击错误，光标会自动追踪定位到错误所在的程序网络中。当您编译程序或指令库时，提供信息。（8）状态条提供用户在STEP 7-Micro/WIN中操作时的操作状态信息。（9）程序编辑器窗口这个窗口里有程序视图以及局部变量表。这里的程序视图及局部变量表都是用于该项目的编辑器的。如果需要，用户可以拖动分割条，扩展程序视图，并覆盖局部变量表。当您在主程序一节（MAIN）之外，建立子程序或中断例行程序时，标记出现在程序编辑器窗口的底部。可点击该标记，在子程序、中断和OB1之间移动。（10）局部变量表包含用户对局部变量所作的赋值（即子程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的POU。（11）菜单条这里可以用鼠标点击或者敲击键盘来控制，如果不满意这里的工具菜单栏，我们可以根据自己的需求增加或者删除里面的快捷操作按钮。（12）工具条为最常用的STEP 7-Micro/WIN操作提供便利的鼠标访问。用户可以定制每个工具条的内容和外观。4.1.2 控制程序（1）打开新项目双击STEP 7-Micro/WIN图标，或从开始菜单选择SIMATICSTEP 7 Micro/WIN，启动应用程序。会打开一个新STEP 7-Micro/WIN项目。（2）打开现有项目从STEP 7-Micro/WIN中，使用文件菜单，选择下列选项之一： 打开允许浏览至一个现有项目，并且打开该项目。 文件名称我们点开文件出现下拉菜单，在这下拉菜单里我们可以醒目的看到下方有我们最近使用过的文件名称，在此我们可以方便的打开我们已经打开过的文件。进入编程状态单击左侧 查看 中的 程序块，进入编程状态；选择编程语言找到菜单栏，再找到查看按钮，按下弹出下拉菜单，可以看到有编程语言的选择，有梯形图、STL、FBD这三种选择可供用户根据需要自行选择。（5）建立PC及PLC的通信连接线路并完成参数设置 联接电脑：将电脑的COM端口联接PC/PPI电缆的PC端，然后将电缆的另一端：PPI端与PLC的PORT0或PORT1端口相连，完成此番步骤，PLC与PC的硬件连接就完成了。 参数设置：首先找到PC/PPI电缆小盒中的DIP开关，这个开关是调节通讯波特率的，调节这个小开关，将其设置为9.6K。找到PLC的方式开关，将其设置成“停止”，注意是设置完此步再给PLC进行上电处理；之后打开STEP 7软件，单击菜单栏中的PLC-类型，弹出一个选择PLC类型的对话框，在窗口中单击读取PLC按钮，可以检测是否成功。还有一种检测通信是否成功的方法就是从下拉菜单中选择CPU226,单击通信，在弹出的窗口中双击电缆图标，也能实现相同的功能。图4-5检测通信是否成功（1）图4-6检测通信是否成功（2）图4-7检测通信是否成功（3）（7）运行和调试程序。 将CPU上的RUNSTOP开关拨到RUN位置；CPU上的黄色STOP状态指示灯灭，绿色指示灯亮； 在STEP 7软件中单击菜单里的命令“RUN（运行）”和“STOP（停止）”，或者工具栏按钮和改变CPU的运行状态； 接通I0.0对应的按钮，观察运行结果。建立符号表在“引导条”单击“符号表”图标，或“查看”菜单“组件” “符号表”项，打开符号表，将直接地址编号（如I0.0）用具有实际含义的符号（如正向起动按钮）代替。4.1.3 控制程序通信可选用以下3种方式进行程序上传：（1）点击“上载”按钮。（2）选择菜单命令文件 上载。（3）按快捷键组合 Ctrl+U。在确认硬件连接没有问题，硬件设备本身也没有故障的前提下，上传程序才会顺利的进行，PLC才会正常进行信息的交流。我们要保存已上载的程序，需要先选好需要的块，包括各种块，比如程序块，数据块等，然后上载程序，软件就能自动的从PLC中复制程序到我们现在已经打开的项目中。4.2 程序设计主程序：图4-8 主程序（1）图4-9 主程序（2）图4-10 主程序（3）图4-11 主程序（4）图4-124.3 S7-200仿真编写好程序就该检验程序的正确与否了。我们采用的S7-200的仿真软件是有人为了方便的使用PLC特意编写的用来服务PLC的程序。我们采用中文版来加以学习。这款软件的V3.0版可以对使用STEP 7编写程序的用户按照其要求进行仿真。虽然这款程序功能并不完善，也不强大，但基本的操作都具备，作为学习之用已经是很不错的了。我们应该好好利用。直接打开老师提供的文件夹里的“S7-200仿真汉化版.EXE”文件，不用任何复杂的步骤，只需轻轻一按，就可以开始我们的模拟工作。用鼠标左键轻击两下后在弹出的方框中键入6956,再按动键盘的回车键，然后就开始了。打开软件，自动的在界面里弹出提个醒目的PLC的CPU模块，这款软件默认的是打开老型号的CPU 214。我们需要修改CPU的型号，具体操作是鼠标单击执行菜单命令“配置”“CPU型号”，在打开的对话框中选中CPU的型号，在这里我们需要用到的是CPU 226。图4-15中能清楚明了的看见CPU 226模块。在CPU模块下的那一排小开关板是用来输入数字量信号的。在小开关板的下面我们可以看到能用来规定SMB28和SMB29的元件，那就是所谓的直线电位器。将鼠标移到CPU右边的空四边形上，与此同时按动两下鼠标左键，就能弹出一个窗口，在这可以随意增加其它扩展模块。图4-15由于仿真软件自身的局限性，设计还不是很完善，所以他不能直接接收PLC的程序代码。要想将编好的PLC程序写进仿真软件，必须用编程软件的“导出”功能将STEP 7里你已经编写好的程序保存成扩展名为“awl”的ASCII文本文件，只有经过这样的复杂过程，程序就可以轻松地下载到仿真软件中。然后就可以进行下一步的工作了。在编程软件STEP 7-Micro/WIN中打开主程序OB1，执行菜单命令“文件”“导出”，导出ASCII文本文件。在仿真软件中执行菜单命令“文件”“载入程序”，在出现的对话框中选择下载逻辑块和Microwin V3.2,V4.0，然后点击“确定”按钮后，在出现的“打开”对话框中双击要下载的*.awl文件，开始下载。程序没有错误的下载完了，这个PLC摸型就会神奇的出现一行汉字，这字上写的是你下载的名称。与此同时也相继弹出写有代码的方块以及梯形图如下例图所示。图4-16 语句及梯形图单击“PLC”按钮，出现下拉列表，在弹出的方框里点运行二字，这样咱们自己变得程序就进行运转了。在模拟运行的过程中，要是你的编写的程序当中有系统生僻的代码或者非指令的东西存在，那么你在单击了运行之后会立即弹出未能正确接受的指令。此时程序正处于运行状态，在此状态下如果点击“确定”按钮，是不能根据需要转换到RUN模式下运行的，CPU模块左侧代表“RUN”的LED灯也不会亮起来，也就表明运行的状态没有变化。如果想要检查当前运行程序的结果是否正确，可以通过以下操作完成：首先用鼠标点击CPU模块下面的开关板上的小开关来模拟输入信号，然后观察模块上的LED的亮暗来判断输出结果。当程序工作在RUN模式的时候，用鼠标点击左侧工具栏的按键就能查看当前运行程序的运行步骤，就可以实时查看梯形图中线圈和触电的运行状态。我们点击菜单里的查看按钮，出现下拉菜单，在其下拉菜单里再单击内存监控就能弹出个方块。在这个方块里，我们就能监控V、M、T、C这些程序里内部的运算变量的值了。第五章 监控系统设计5.1 ForceContro7.0简介我们选用的是北京三维力控的一款产品，FC7.0。力控有多种功能，但这些功能都不是独立的而是联系到一起的。力控是一个用户能够随意发挥扩展的技术平台，应用模式也能尽情拓展，所有的力控体系及其它的每个产品依据一定的方式组合将一些组态元件程序结合起来。所以不用一定需要了解它单独部分的使用方法，但必须知道它组合成一个整体之后的功能和使用方法。我们采用的这款软件是力控发展的未来，并且是面向科技迅猛发展的理念来设计的监控组态软件。它广泛的与其他设备兼容，这是他的优势所在，对于用户来说，这也相当便捷。该软件也是力控技术将前端的IT技术和其在这数几年间累积的工业化及自动化经验教训相互结合的产品。5.2 ForceContro7.0作用作出整个控制系统的监控界面，并通过通信传输实现与实际设备的实时数据同步，并实现对操作的远程控制。5.3 监控系统概述通过界面上显示的实时水位信息，监控液面高度，当液位异常时能发出警报信号并自动调节页面使其恢复正常。总结通过几周连续的努力，我的毕业设计终于完成了。几周的毕业设计让我意识到自己在专业知识上的欠缺和实际运用的缺乏，改变了之前认为毕业设计就是所学知识的简单累加的片面观念，毕业设计不仅是对所学知识的一种检验，更是对自我运用知识能力的一种提高，一种磨练。这次毕业设计，使我更深刻的体会到实践是检验真理的唯一标准，通过实际应用把知识与实践结合，才能多方面的认识所学的知识。也只有通过实践才能真正检验自己是否真的学懂了专业知识，才能检验自己的水平和能力。毕业设计解决的是实际工程生产问题，它与以往的实验课程相比有着很大的不同，实验课知识简单的验证知识正确与否，而毕业设计不仅需要正确的知识储备，更需要的是运用自身知识积累去发现并解决实际难题，这对能力的提高有很大好处。本次毕业设计，也使自己清醒的看到自己的不足和欠缺。有些知识看上去明白了，实际运用起来很是生疏。通过本次设计，我更深刻的体会到学习是个永无止境的事情，学到老活到老，在以后的学习生活中，都应该不断地学习，努力提高自己的综合素质。本次毕业设计是基于PLC的水位控制系统，主要是下位机系统设计，结合力控监控组态设计，主要完成工业水位监控及调节功能。前期主要是搜集