课程设计说明书
课程名称: 电气控制PLC课程设计
课程代码:
题目: 水塔水位控制系统设计
学生姓名: 学号: 年级/专业/班: 2012级机电1班
学院(直属系): 指导教师:
课程设计指导教师成绩评定标准及成绩评定表
学生姓名：学号：年级/班：
所属学院(直属系)：所在专业：
项目分值
优秀
(100≥x≥90)
良好
(90>x≥80)
中等
(80>x≥70)
及格
(70>x≥60)
不及格
(x<60)
评分
学习
态度15
学习态度认真，
科学作风严谨，
严格保证设计时
间并按任务书中
规定的进度开展
各项工作
学习态度比较认
真，科学作风良
好，能按期圆满
完成任务书规定
的任务
学习态度尚好，遵守
组织纪律，基本保证
设计时间，按期完成
各项工作
学习态度尚可，能
遵守组织纪律，能
按期完成任务
学习马虎，纪
律涣散，工作
作风不严谨,
不能保证设
计时间和进
度
技术水平
与实际能力25
设计合理、理论
分析与计算正
确，实验数据准
确，有很强的实
际动手能力、经
济分析能力和计
算机应用能力，
文献查阅能力
强、引用合理、
调查调研非常合
理、可信
设计合理、理论
分析与计算正
确，实验数据比
较准确，有较强
的实际动手能
力、经济分析能
力和计算机应用
能力，文献引用、
调查调研比较合
理、可信
设计合理，理论分析
与计算基本正确，实
验数据比较准确，有
一定的实际动手能
力，主要文献引用、
调查调研比较可信
设计基本合理，理
论分析与计算无
大错，实验数据无
大错
设计不合理，
理论分析与
计算有原则
错误，实验数
据不可靠，实
际动手能力
差，文献引
用、调查调研
有较大的问
题
论文(计算书、图
纸)撰写质量60
结构严谨，逻辑
性强，层次清晰，
语言准确，文字
流畅，完全符合
规范化要求，书
写工整或用计算
机打印成文；图
纸非常工整、清
晰
结构合理，符合
逻辑，文章层次
分明，语言准确，
文字流畅，符合
规范化要求，书
写工整或用计算
机打印成文；图
纸工整、清晰
结构合理，层次较为
分明，文理通顺，基
本达到规范化要求，
书写比较工整；图纸
比较工整、清晰
结构基本合理，逻
辑基本清楚，文字
尚通顺，勉强达到
规范化要求；图纸
比较工整
内容空泛，结
构混乱，文字
表达不清，错
别字较多，达
不到规范化
要求；图纸不
工整或不清
晰
成绩评定：
指导教师签名：年月日
电气控制PLC课程设计任务书
学院名称：应用技术学院专业：机电一体化技术年级：2012级
水塔水位控制系统设计
一、选题背景及题目来源
实际模拟项目，可在天科TKPLC-A实验装置水塔水位控制区完成本实验。
二、训练目的
（1）用PLC构成水塔水位自动控制系统；
（2）绘制电气原理图及接线图；
（3）选择电气元器件；
（4）设计模拟系统；
（5）完成模拟实验。
三、要求实现的功能
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，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，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。
四、实验设备
1、安装了STEP7-Micro/WIN32编程软件的计算机一台
2、天科TKPLC-A实验装置
五、设计任务
（1）根据控制要求分析控制及动作过程，设计硬件系统；
（2）绘制电气原理图及接线图；
（3）设计软件系统；
（4）组成控制系统；
（5）进行系统调试，实现（三）所要求的控制功能，完成模拟实验。
（6）撰写课程设计说明书。
六、推荐参考资料
1、天科TKPLC-A实验装置实验手册
2、《S7-200可编程序控制器手册》，西门子技术服务中心，四川省机械研究设计院，2000.9
3、《现代电器控制及PLC应用技术》第2版，王永华，北京航空航天大学出版社，
指导教师徐全日期 2013 年 11 月 25 日
摘要
本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。
目录
概述.................................................................... - 1 - Abstract ................................................................ - 1 - 第一章水塔水位系统控制方案设计
1.1 方案设计原则 ................................................... - 2 -
1.2 系统的整体设计要求 ............................................. - 2 -
1.3 控制系统的设计 ................................................. - 3 -
1.3.1继电器控制系统 ........................................... - 3 -
1.3.2单片机控制 ............................................... - 3 -
1.3.3工业控制计算机控制 ....................................... - 3 -
1.3.4可编程序控制器控制 ....................................... - 3 - 第二章水塔水位控制系统硬件设计
2.1 PLC的基本结构.................................................. - 5 -
2.2 PLC 机型选择 ................................................... - 6 -
2.3PLC 容量选择 .................................................... - 8 -
2.4 I/O 模块的选择 ................................................. - 8 -
2.5 电源模块的选择 ................................................. - 9 -
2.6水塔水位的工作流程：........................................... - 10 - 第三章水塔水位控制系统软件设计
3.1PLC输入 /输出信号及地址分配.................................... - 12 -
3.2主电路的设计................................................... - 13 -
3.3水塔水位控制系统的PLC控制流程图............................... - 14 -
3.4PLC水塔水位的控制程序.......................................... - 16 -
3.5水塔水位控制语句表............................................. - 18 -
3.6系统调试....................................................... - 19 -
总结................................................................... - 20 - 感想 .............................................................. - 20 - 发现的问题 ........................................................ - 20 - 参考文献............................................................... - 22 - 致谢............................................................... - 23 -
概述
可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身也取得了显著的进步。水塔水位的监测和控制，再也不需要人工进行操作。实践证明，自动化操作，具有不可替代的应用价值。水塔水位自动控制器，具有适应各种液体液位的检测和控制的功能，设计中分析了利弊，考虑了各种液体的阻值大小，是可以投入实际生产的产品。
关键词: 可编程逻辑控制器（PLC）自动控制系统水塔水位
Abstract
In the modern time, the Full-automatic washer is entering every family. The article introduces a new decelerating clutch, which is used in fully-auto washing machine, it can improve the current technology, simplify structure, it is also helpful to reduce cost and increases reliability.The thesis simply discusses the application research on water tower water level auto control system. It analyzes the limitation on the pre-designation of water tower water level auto control system, and devises the advanced plan. To be proved in the practice, the water tower water level auto control system is compatible for all kinds of liquids, and can throw into the effective production.
Keywords: programmable logic controllers (PLC) Auto Control System, Water Level Water Tower
第 1 章水塔水位控制系统方案设计
1.1 方案设计原则
整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件：工程对电气控制线路提供的具体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。
对于本课题来说，液体混合系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高。人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。
要实现整个液体混合控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以
及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样
的方法来确定系统方案。
1.2 系统的整体设计要求
在水塔水位控制过程中，整体控制要求如下：
当水池液体位于下限液位开关S1，S1此时为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当4S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限位开关S4为OFF，表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S2为ON，电磁阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S3为ON，水泵开始工作，向水塔供水，当S3为OFF时，则水塔上限水位S4为OFF，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。
1.3 控制系统的设计
1.3.1继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护。系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。
1.3.2单片机控制
单片机作为一个超大规模的集成电路，机构上包括 CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部 I/O 信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和 I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。
1.3.3工业控制计算机控制
工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。
1.3.4可编程序控制器控制
可编程控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自己设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器的硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和接线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
可编程控制器(PLC)从上个世纪 70 年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30 多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大
增强了其功能。现在 PLC 已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择PLC来实施本次设计。
1．开关量的逻辑控制
这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2．运动控制
PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
3．闭环过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。4．数据处理
现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
5．通信及联网
PLC通信含 PLC间的通信及 PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视 PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC 都具有通信接口，通信非常方便。根据本控制系统的控制要求应该选择可编程序控制器控制。
第 2 章水塔水位控制系统的硬件设计
2.1 PLC的基本结构
PLC是以微处理器为核心的计算机控制系统。如图2.1.2所示
图2.1.2
1、中央处理单元（CPU）
PLC的中央处理器与一般的计算机系统一样，是PLC的控制中枢，其性能决定了PLC的性能。它按PLC中程序赋予的功能有条不紊地进行工作。
2、存储器（RM/ROM）
存储器是具有记忆功能的半导体电路，主要用来存放系统程序、用户程序和工作数据等。PLC中使用的存储器由只读存储器(ROM)、只读存储器(ROM)及可擦除只读存储器（EPROM）组成。存储器是衡量PLC性能的一个重要指标。
3、I/O接口
输入接口一般由数据输入寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路构成，负责微处理器及外部设备交换信息。它接受来自现场检测不见（如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关）以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过模数变换进入机内）等各种状态控制信号，并存入输入映像寄存器。
输入接口采用光电耦合电路将PLC与现场设备隔离起来，以提高PLC的抗干扰能力。输入接口电路通常有两类：一类为直流输入型，另一类是交流输入型。
输出接口模块是PLC与现场设备之间的连接部件，用来将输出信号送给控制对象。其作用是将中央处理单元送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号并输出，以驱动电磁阀、接触器、电动机等被控设备的执行元件。
4、I/O扩展接口
小型的PLC输入输出接口都是与中央处理单元CPU制造在一起的。为了满足被控设备输入输出点数较多的要求，常需要扩展数字量输入输出模块；为了满足模拟量控制的需要，常需要扩展模拟量输入输出模块，如A/D、D/A转换模块等。I/O扩展接口就是为连接各种扩展模块而设计的。
5、通讯接口
通讯接口用于PLC与编程器、计算机、变频器、触摸屏以及其他PLC等智能设备之间的连接，以实现PLC与智能设备之间的数据传送。
6、编程器
编程器主要有两种。一种是PLC专用编程器，有手持式和台式等。另一种是基于个人计算机系统的PLC编程器。
7、电源
电源部件将交流电源转换成供PLC内部需要的直流电源。它的好坏直接影响PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC均采用开关式稳压电源供电，同时还向各种扩展模块提供24V直流电源。
2.2 PLC 机型选择
机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。
1．结构合理
对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的 PLC；否则，选用模块式结构的 PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的 PLC 能够达到要求。
2．功能强、弱适当
对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的 PLC，西门子公司的 S7-200 系列机或欧姆龙公司的 COM1。
3．机型统一
PLC 的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的 PLC 功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用 PLC 时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的 PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台 PLC 联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的 PLC。
4．是否在线编程
PLC 的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。PLC 的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的 PLC，其主机和编程器共用物料混合控制系统采用离线编程。5．PLC 的环境适应性
由于 PLC 是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种 PLC 都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。一般 PLC及其外部电路（I/O 模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作：
温度：工作温度 0～55℃，最高为 60℃
储存温度： -40℃～＋85℃
湿度：相对湿度 5%～95%(无凝结霜)
振动和冲击：满足国际电工委员会标准
电源：交流 220V，允许变化范围为-15%～＋15%，频率为 47～53Hz
瞬间停电保持 l0ms
环境：周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体
对于需要应用在特殊环境下的 PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。
2.3PLC 容量选择
PLC 容量包括两个方面：一是 I/O 的点数；二是用户存储器的容量（字数）。PLC 容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，
在选择存储容量时，一般按实际需要的10%～25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量 I/O乘以 8；对于有模拟量控制功能的 PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。 I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的 PLC价格也较高，若备用的 I/O点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%～15%考虑备用量。
2.4 I/O 模块的选择
PLC 是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器又通过 I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的 CPU所处理的信息只能是标准电平，所以 I/O接口模块还需实现这种转换。PLC 从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC 的 I/O 接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC 相应有许多种 I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。
1确定 I/O点数
I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便地对功能进行扩展。对一个控制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O点数就可能有所不同。
2．开关量 I/O
标准的 I/O接口用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备
（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流I/O信号为 24～240V （AC），直流I/O信号为 5～24V（DC）。
3．选择开关量输入模块主要从下面两方面考虑：一是根据现场输入信号与PLC 输入模块距离的远近来选择电平的高低。一般 24V 以下属于低电平，其传输距离不宜太远。如 12V 电压模块一般不超过 10m，距离较远的设备选用较高电压模块比较可靠。二是高密度的输入模块，如32 点输入模块，能允许同时接通的点数取决于输入电压和环境温度。一般同时接通的点数不得超过总输入点数的 60%。
4．选择开关量输出模块时应从以下三个方面来考虑：一是输出方式选择。输出模块有三种输出方式：继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出。其中，继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力强，且有隔离作用。但继电器有触点，寿命较短，且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交／直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过 1Hz。晶闸管输出（交流）和晶体管输出（直流）都属于无触点开关输出，适用于通断频繁的感性负载。感性负载在断开瞬间会产生较高反电压，必须采取抑制措施。二是输出电流的选择。模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动时，应增加中间放大环节。对于电容性负载、热敏电阻负载，考虑到接通时有冲击电流，要留有足够的余量。三是允许同时接通的输出点数。在选用输出点数时，不但要核算一个输出点的驱动能力，还要核算整个输出模块的满负荷负载能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大允许电流值。
2.5 电源模块的选择
电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。以下步骤为选择电源的一规则：
1．确定电源的输入电压；
2．将框架中每块 I/O 模块所需的总背板电流相加，计算出 I/O 模块所需的总背板电流值；
3．I/O模块所需的总背板电流值再加上以下各电流：
1）框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值；
2）当框架中带有远程适配器模块或扩展本地I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。
4．如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理；
1）列出将来要扩展的 I/O模块所需的背板电流；
2）将所有扩展的 I/O模块的总背板电流值与步骤。
5．在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。
6．根据确定好的输入电压要求和所需的总背板电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。具体应考随着 PLC 技术的发展，PLC 产品的种类越来越多，而且功能也日益完善。PLC 的种类繁多，其结构、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等各有不同，当然使用场合也有所不同。因此选择合理的PLC对提高 PLC控制系统技术经济指标意义重大。因此在选择机型时不仅要满足其功能要求及维护等方面的虑：
1）合理的结构形式
2）安装方式的选择
3）相当的功能要求
4）系统可靠性的要求
综上所述，根据控制系统要求选择 S7-200 系列 PLC，S7-200 系列 PLC属于小型整体式结构的 PLC，本机自带 RS485 通信接口，内置电源和 I/O 接口，它的结构小巧，运行速度快，可靠性高，具有极其丰富的指令系统和扩展模块，实时性和通信能力强大，便于操作，易于掌握，性价比高，是中小规模控制系统的理想控制设备。
2.6水塔水位的工作流程：
当水池液体位于下限液位开关S1，S1此时为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当4S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限位开关S4为OFF，表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S2为ON，电磁阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S3为ON，水泵开始工作，向水塔供水，当S3为OFF时，则水塔上限水位S4为OFF，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。如图2.1.1
第3章水塔水位控制系统软件设计
3.1PLC输入 /输出信号及地址分配
根据上述水塔水位控制要求的分析，PLC的输入信号有蓄水池水位上下限液位传感器信号，水塔水箱水位上下限液位传感器信号。PLC的输出信号有进水口阀门控制电磁阀、水泵电机控制接触器、蓄水池和水塔水箱水位故障报警信号灯。由上述PLC输入 /输出信号分析可知，选择S7-200系列的PLC即可满足控制要求，其输入 /输出地址分配如表1所示。
表1 I/O分配图
输入信号输出信号
Q0.0
名称地址进水口阀门控制电磁
阀
系统启动按钮I0.0 水泵电机控制接触器Q0.1
Q0.2 水塔水位上限液压传感器S1 I0.1 蓄水池水位故障报警
灯
Q0.3 水塔水位下限液压传感器S2 I0.2 水塔水箱水位故障报
警灯
I0.3
蓄水池水位上限液位传感器
S3
I0.4
蓄水池水位下限液位传感器
S4
系统停止按钮I0.5
I0.6
蓄水池水位故障报警复位按
钮
水塔水箱水位故障报警复位
I0.7
按钮
3.2主电路的设计
3.3水塔水位控制系统的PLC控制流程图
根据设计要求，控制流程图如图所示
辽宁工程技术大学 电气控制技术与PLC 课程设计 设计题目水塔水位PLC自动控制系统 指导教师 院（系、部）电气与控制工程学院 专业班级 学号 姓名 日期
电气控制技术与PLC课程设计任务书
摘要 随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工业控制装置——可编程控制器。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。 本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS 组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置 关键词：PLC(Programmable Logic Controller)、自动化、水塔水位
目录 1概论 .................................. 错误！未定义书签。 1.1 可编程序控制器简介............... 错误！未定义书签。 1.2 PLC的工作原理.................... 错误！未定义书签。 1.3 PLC的特点 ....................... 错误！未定义书签。 1.4 PLC的选择 ....................... 错误！未定义书签。 2 水塔水位自动控制系统方案设计.......... 错误！未定义书签。 3 水塔水位自动控制系统硬件设计.......... 错误！未定义书签。 3.1水塔水位控制系统设计要求.......... 错误！未定义书签。 3.2 水塔水位控制系统主电路........... 错误！未定义书签。 3.3 水泵电机的选择................... 错误！未定义书签。 3.4 水位传感器的选择................. 错误！未定义书签。 3.5 PLC I/O接口分配.................. 错误！未定义书签。 3.6 PLC控制电路原理图............... 错误！未定义书签。 4 水塔水位自动控制系统PLC软件设计...... 错误！未定义书签。 4.1 程序流程图....................... 错误！未定义书签。 4.2 梯形图程序....................... 错误！未定义书签。 4.3 指令表........................... 错误！未定义书签。总结................................ 错误！未定义书签。参考文献................................ 错误！未定义书签。
水塔液位控制系统课程设计
集美大学 机制专业课程设计论文 （机电方向） 基于FX1N– 60MR可编程控制器的水塔液位控制系统 专业：机械设计制造及其自动化（09级） 姓名：陈剑民 班级：机械0995（机电方向） 学号：2009934139 指导教师：弓清忠雷慧
集美大学机械专业（机电方向）课程设计任务书 姓名：陈剑民院（系）：集美大学诚毅学院 专业：机械工程及其自动化班级学号：机械0995班2009934151 任务起至日期：2012 年12 月 3 日至2012 年12 月21 日 课程设计题目： 基于FX1N– 60MR可编程控制器的自动售货机控制系统 立题的目的和意义： 现代制造业要求生产设备和自动化生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的。它已经成为当代工业自动化的三大支柱之一。《可编程控制器原理及其应用》课程是培养学生具有机电一体化设计能力的技术基础课，其专业课程设计是本课程的重要实践环节，是本专业方向第一次较全面的设计训练。专业课程设计要达到的如下主要目的： 1）培养学生综合运用本课程及其它有关先修课程的知识，去分析、解决实际工程问题的能力，深化、扩展本课程的理论知识； 2）能够对原有的继电器接触控制系统进行改造和设计新的控制系统； 3）使学生掌握可编程控制器系统设计的一般方法和步骤，培养学生独立的工程设计能力，树立正确的设计思想，为今后工作打下良好的本专业工程基础。 通过绘制完整的电器原理图，端子接线图，控制流程图，编制相应程序，进行系统调试等环节，掌握PLC系统软、硬件设计方法，了解这项技术的最新发展动态，熟悉国家标准，培养学生的基本技能，从而为接下来的毕业设计打下良好的
水塔水位P L C自动控制系统 (总33页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除
电气工程学院课程设计说明书 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统系别：电气工程及其自动化 年级专业： 13级应电2班 组员：贾猛、孟令军、修圣虎、李晶指导教师：郭忠南
摘要 随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工业控制装置——可编程控制器（PLC）。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。 本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。 关键词：PLC(Programmable Logic Controller) 自动化水塔水位三菱PLC
目录 第一章研究背景 (1) 1.1可编程控制器的产生及发展 (1) 1.2PLC的基本结构 (2) 1.3PLC的特点 (5) 1.4PLC的工作原理 (6) 1.5梯形图程序设计及工作过程分析 (8) 第二章水塔水位自动控制系统方案设计 (10) 第三章水塔水位自动控制系统硬件设计 (12) 3.1水塔水位控制系统设计要求 (12) 3.2水塔水位控制系统主电路 (12) 3.3水泵电机的选择 (13) 3.4水位传感器的选择 (13) 3.5可编程序控制器的选择 (14) 3.6PLC I/O口分配 (14) 3.7PLC控制电路原理图 (16) 第四章水塔水位自动控制系统软件设计 (17) 4.1程序流程图 (17) 4.2梯形图 (18) 第五章设计总结 (24)
一、水塔水位 1、系统描述及控制要求 1.1 国内外发展现状调查 1.1.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。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，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 西门子S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 西门子S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
一．绪论 1.1可编程控制器的产生 可编程控制器是20世纪70年代发展起来的控制设备，是集微处理器、存储器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大增强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术对提高我国的工业自动化水平及生产效率都有十分重要的意义。 可编程控制器（Programmable Controller）,也称可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），是以微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC，为了避免与个人电脑（也简称为PC）相混淆，通常将可编程控制器简称为PLC。 可编程控制器的产生与继电器—接触器控制系统有很大的关系。继电器—接触器控制已有上百年的历史，它是一种用弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的优点。此种控制系统布局固定，按预先规定的时间、条件、顺序工作。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常适用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变控制系统的硬件接线，控制柜内的物件和接线都要作相应的变动，改造工期长，费用高，用户改造时宁愿扔掉旧控制柜，另作一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。 随着工业生产的迅速发展，市场竞争激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种向小批量、多品种转换，继电器—接触器控制难以满足市场需要，此问题首先被美国通用汽车公司（GM公司）提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产品的多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器—接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条，即 （1）编程简单，可在现场修改程序。 （2）维护方便，最好是插件式。 （3）可靠性高于继电器控制柜。 （4）体积小于继电器控制柜 （5）可将数据直接送入管理计算机。 （6）在成本上可与继电器控制柜竞争。 （7）输入可以是交流115V。 （8）输出可以是交流115V、2A以上，可直接驱动电磁阀。 （9）在扩展时，原有系统只要很小变更。 （10）用户程序存储器容量至少能扩展4KB。 这十项指标就是现代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。 用可编程控制器代替了继电器—接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，
水塔水位控制系统电子课程设计全文. 一、水塔水位控制系统的概述 水塔水位控制系统是一种自动水位控制系统，主要应用于水塔的水位管理，它可以自 动检测水塔的水位，并根据预设的设定值来控制水塔的水位。系统中的核心部分为水位传 感器，用于实时监测水箱的水位，上位机通过水压变送器和电磁阀控制水箱水位。水塔水 位控制系统可以有效控制低水位、高水位等水位状况，提高水塔供水效率，减少水质污染。 水塔水位控制系统主要由以下组成： 1.水位传感器：水位传感器安装在水塔内，用于实时检测水塔内水位，传感器将水位 数据转换成信号，供上位机控制体系读取。 2.水压变送器：水压变送器通过水压变频器把信号转换成变动的阀门控制电流，用于 控制水塔水位，保持在安全范围。 3.电磁阀：电磁阀用于控制水塔内水位，当水位过高时，电磁阀自动开阀引水排出； 当水位过低时，电磁阀自动关阀，停止水位控制。 4.上位机：上位机主要用于控制系统的数据采集和参数设置，实时显示水位变化，记 录水塔的水位变化，���便用户管理。 水塔水位控制系统的工作原理主要是通过水位传感器实时检测水塔水位，把水位高度 数据转换成信号，由上位机控制，再经过水压变送器，控制电磁阀的开关，一旦水位超过 预设的范围，系统将自动打开阀门，排出多余的水，当水位低于设定值时，阀门将自动关闭，以保持水位在安全范围内。 1.可实现自动控制，减少人工介入，安全性高。 2.系统运行可靠，采用传感器及计算机控制技术，精准可靠，运行稳定性高。 3.采用智能及精确控制技术，精确度高，水位控制精度可达0.1米。 4.可扩展性强，系统布线简单，无需增设其他电源，可根据实际需要，自动添加检测 和控制元件。 五、安装工作 1.根据实际水位检测点的位置安装水位传感器。 2.安装及调试水压变送器。 3.根据需要设置水位控制器参数，包括水位上、下限及低压保护阈值等。
目录 毕业论文（设计）任务书 ...................................................................................... - 1 -开题报告 .................................................................................................................. - 1 -摘要................................................................................................................... - 3 -关键词 ...................................................................................................................... - 4 -引言 .. (1) 第一章水塔水位系统方案 (2) 1.1 系统方案论证 (2) 1.2 水塔水位自动控制系统 (2) 1.3水塔水位发展与应用 (3) 第二章电路设计 (4) 2.1电路原理 (4) 2.2 系统原理框图 (4) 2.3水泵电机主控图 (5) 2.4电路的组成 (5) 2.5工作原理 (6) 2.6元件清单 (7) 第三章水塔水位自动控制电路的结构 (8) 3.1控制原理 (8) 3.2系统结构 (8) 结论 (9) 参考文献 (10) 附录 (11) 致谢 (12)
目录 摘要 (2) 1 系统组成图 (3) 2 主要单元电路设计 (4) 2.1电源电路 (4) 2.2水位检测电路和范围测量电路 (5) 2.3水泵开关电路和显示电路 (6) 2.4电源电路 (8) 2.5电路总原理图 (9) 3 设计总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (13) 主要电子元件介绍 (13) 元器件清单 (16)
摘要 在日常生活中，我们会经常看到控制水位的水塔，这种水塔简单，占地面积小，自动控制高。其原理也很简单，其中由传感器和电压比较器组成的水位计量电路实现了检测水位的功能；由稳压二极管和迟滞比较器组成的水位范围控制电路实现了延时功能即防跳闸功能。另外简易水塔水位控制电路还包括了电源电路，水泵工作电路和显示电路。该电路设计简单，易于实现，而且通过手动调节电阻实现了手动调节。
1 系统组成图 如图1.1为简易水塔水位控制电路系统组成图。 图1.1 简易水塔水位控制电路的总体框图 由上图可知本电路非常简单，由电源电路向其他四个电路提供电压，这四个电路相互联系，依次作用，现对这四个电路的功能做具体解释：水位检测电路：利用水的导电性检测水位变化，同时形成回路，形成电信号实现对水位的控制。 水位范围检测电路：利用比较器原理实现水位范围的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞性来避免跳闸现象。 水泵开关电路：完成控制电路和水泵通放水的转换。
显示电路：显示水泵状态。 电源电路：为上述所有电路提供直流电源。 2 主要单元电路设计 2.1 水位计测量电路 该电路主要有传感器、电容、电阻和电压比较器等元件组成。图2.1为压阻式压差传感器水位计测量电路。 图2.1 压阻式压差传感器水位计测量电路 由上图的电路可知组成电路的主要元件是传感器和电压比较器，其中传感器对水压变化检测，电压比较器主要是用来对信号的放大。具体工作原理是：压阻式压差传感器感压膜片上形成相应的水压强，由压力传感器的感压膜片感生出相应电压，经传感器内部的V/A变送器，压力传感器中同时测出水温并自动补偿，输出不受水温、大气压强等因素影响的4—20mA的水位模拟信号，由双芯屏蔽电缆连接到水位仪输入端，经A/D转换，再经去伪、除波等处理得出所测的水位。再进行显示、存储、传输等。对叶压力传感器本身的内阻很高，而输出能量较小，因此它的侧量电路通常需要接入一个高输入阻抗前置放大器。电荷信号放大
目录 1．设计任务与要求 (2) 2．方案比较与论证 (3) 2．1各种方案比较与选择 (3) 2．2方案证论 (3) 3．总体设计框图 (4) 4．选择器件 (5) 5．单元模块设计 (7) 5．1信号产生部分 (7) 5．2信号处理部分 (8) 5．3水位显示电路 (8) 5．4 电机控制电路 (9) 5．5 报警控制电路 (10) 6．最终电路 (12) 7．结论 (13) 8．设计总结 (13) 参考文献 (13) 附录 (15)
水塔水位控制器设计 摘要 在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与监控。水位控制在日常生活中的应用也相当的广泛，比如水塔，地下水，水电站等情况下的水位控制。而实现水位监测可以有多种方法实现，比如机械控制，逻辑电路控制，机电控制等。本文采用数字电路进行主控制。在水塔上安装一个自动测水装置。利用水的导电性能，连续地全天候地对水位进行监测，把测得的水位变化转换成相应的电平信号，主控电路根据电平信号经74LS147编码器编码后，对电机进行控制。以完成相应水位显示、故障报警等一些任务。完成对水塔水位的控制。 关键词：水位控制数字电路74LS147 编码器 1．设计任务与要求 1．1设计并制作一个水塔水位控制器该控制器具有四个水位检测输入，由低到高分别为H1、H2、H3、H4；功率为10KW的水泵电动机分别为M1、M2；控制器根据水位状态控制水泵工作。 1．2控制要求 1．水位检测，要求不受长期水泡工作环境影响； 2．当水位低于H1时，M1与M2同时工作；当水位高于H4时，M1与M2同时停机； 3．当水位由H1上升到H3时，关掉M1； 4．当水位由H4上升到H2时，打开M1； 1．3备用泵控制要求 当两台工作水泵任一台发生故障时，应能检测出故障，并使备用水泵投入工作，
PLC课程设计(论文) 题目名称:水塔水位自动控制系统设计系别: 电气信息工程学院 专业/班级：自动化10101 学号：43810612 姓名：秦海龙 指导教师：张丽杰
目录 目录 (2) 前言 (3) 1.系统方案 (5) 2.系统组成 (6) 1.1、系统工作原理框图 (6) 1.2、功能原理 (6) 3.系统电源电路设计 (7) 1.1电源电路工作过程 (7) 1.2液位传感器电路设计 (8) 1.3报警显示电路设计 (9) 4.系统电路设计 (10) 1.1系统主干电路 (10) 1.2系统手动电路 (10) 1.3系统自动电路 (11) 5.系统运行总体过程 (12) 6.水塔水位系统PLC硬件设计 (13) 1.1、水塔水位系统控制电路 (14) 1.2、输入/输出分配 (14) 7.水塔水位控制系统PLC软件设计 (14) 1.1、程序流程图 (14) 1.2、梯形图 (15) 1.3、系统程序的具体分析 (17) 8. 组态软件概述 (18) 1.1、建立WINCC组态画面 (18) 1.2 、画面演示 (19) 参考文献 (26) 致谢 (27)
前言 水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点。在水资源日益匮乏的今天，节约用水、提高水资源的利用率就显得十分必要。传统的水塔水位控制为粗放式的，基本没有对水泵的合理控制，且多为人为控制，工作强度大、危险。所以除了浪费电能外，还造成了人力资源的浪费。采用新型的PLC控制供水方式与过去旧的控制方式相比在运行中的经济性、可靠性、稳定性、等方面有显著优势，特别是在提倡低碳的情况下有很好的节能效果，且由于PLC强大的扩展性可以适应今后城市供水建设的发展。
目录 第1章课程设计目的与要求 (1) 1.1 课程设计目的 (1) 1.2 课程设计的实验环境 (1) 1.3 课程设计的预备知识 (1) 1.4 课程设计要求 (1) 第2章课程设计内容 (3) 2.1系统分析与I/O分配 (3) 2.2系统电路图设计 (6) 2.3 软件程序设计 (7) 第3章课程设计的考核 (11) 3.1 课程设计的考核要求 (11) 3.2 课程性质与学分 (11) 参考文献 (12) 第1章课程设计目的与要求 1.1 课程设计目的 本课程的课程设计实际是楼宇智能化专业学生学习完《电气控制设备》《传感器与数据采集》《可编程控制器技术》等课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对PLC控制系统开发与设计的基本方法的掌握。 1.2 课程设计的实验环境 硬件要求能运行Windows 9.X操作系统的微机系统。三菱FX可编程控制器和仿真软件、电子元件一套、工具一套。 1.3 课程设计的预备知识 熟悉常用电子元件的使用；电路电子技术中的相关内容；电气控制；传感器与数据采集；可编程控制器原理与应用。
1.4 课程设计要求 1、使用三菱FX 系列PLC 为控制核心，选择电磁阀YV 、交流接触器KM 、热继电器FR 、按钮、水位检测开关SL 等作为外围控制器件，控制水泵启动和停止。满足水位控制要求。 具体任务：（1）进水控制。当水池水位低于低水位界时，SL4为ON ，电磁阀YV 打开进水；当水位高于水池高水位界时SL3为ON ；电磁阀YV 关闭。（2）报警显示。如果电磁阀打开4s 后，SL3不为ON ，表示没有进水，出现故障，此时系统关闭电磁阀，指示灯HL 按0.5s 亮灭周期闪烁。（3）抽水控制。当SL4为OFF 并且水塔水位低于水位界时， SL2为ON ，水泵M 启动运转，开始抽水；当水塔水位高于高水位界时，SL1为ON ，水泵M 停止运行，抽水完毕。 2、查阅相关资料，要完成系统分析以及PLC 和外接设备的选择；PLC 的I/O 接点分配；系统电路图；系统流程图；系统梯形图和指令表；完成程序的仿真和调试。 3、课程设计说明书(论文)要求 内容包括： （1） 设计使用的PLC 和外围器件选择与器件介绍。 （2） 分析控制要求，绘制系统电路图 （3） 确定输入输出设备以及接点分配。 （4） 画出程序流程图和梯形图。 （5） 指令表清单 第2章 课程设计内容 2.1系统分析与I/O 分配 2.1.1水塔水位的工作流程：
课程设计说明书 课程名称: 电气控制PLC课程设计 课程代码: 题目: 水塔水位控制系统设计 学生姓名: 学号: 年级/专业/班: 2012级机电1班 学院(直属系): 指导教师:
课程设计指导教师成绩评定标准及成绩评定表 学生姓名：学号：年级/班： 所属学院(直属系)：所在专业： 项目分值 优秀 (100≥x≥90) 良好 (90>x≥80) 中等 (80>x≥70) 及格 (70>x≥60) 不及格 (x<60) 评分 学习 态度15 学习态度认真， 科学作风严谨， 严格保证设计时 间并按任务书中 规定的进度开展 各项工作 学习态度比较认 真，科学作风良 好，能按期圆满 完成任务书规定 的任务 学习态度尚好，遵守 组织纪律，基本保证 设计时间，按期完成 各项工作 学习态度尚可，能 遵守组织纪律，能 按期完成任务 学习马虎，纪 律涣散，工作 作风不严谨, 不能保证设 计时间和进 度 技术水平 与实际能力25 设计合理、理论 分析与计算正 确，实验数据准 确，有很强的实 际动手能力、经 济分析能力和计 算机应用能力， 文献查阅能力 强、引用合理、 调查调研非常合 理、可信 设计合理、理论 分析与计算正 确，实验数据比 较准确，有较强 的实际动手能 力、经济分析能 力和计算机应用 能力，文献引用、 调查调研比较合 理、可信 设计合理，理论分析 与计算基本正确，实 验数据比较准确，有 一定的实际动手能 力，主要文献引用、 调查调研比较可信 设计基本合理，理 论分析与计算无 大错，实验数据无 大错 设计不合理， 理论分析与 计算有原则 错误，实验数 据不可靠，实 际动手能力 差，文献引 用、调查调研 有较大的问 题 论文(计算书、图 纸)撰写质量60 结构严谨，逻辑 性强，层次清晰， 语言准确，文字 流畅，完全符合 规范化要求，书 写工整或用计算 机打印成文；图 纸非常工整、清 晰 结构合理，符合 逻辑，文章层次 分明，语言准确， 文字流畅，符合 规范化要求，书 写工整或用计算 机打印成文；图 纸工整、清晰 结构合理，层次较为 分明，文理通顺，基 本达到规范化要求， 书写比较工整；图纸 比较工整、清晰 结构基本合理，逻 辑基本清楚，文字 尚通顺，勉强达到 规范化要求；图纸 比较工整 内容空泛，结 构混乱，文字 表达不清，错 别字较多，达 不到规范化 要求；图纸不 工整或不清 晰 成绩评定： 指导教师签名：年月日
电气工程学院 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统 系别： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师：
电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：
摘要 目前，大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多。因此，不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题。最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的起停。要么水泵关停过早，造成水塔缺水；要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便。利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况。后来，使用水位控制装置使供水状况有了改变，但常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。因此为更好的保证供水的稳定性和可靠性，传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。 本文采用的是三菱FXZN型PLC可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位，将水位具体信息传至PLC 构成的控制模块，来控制水泵电机的动作，同时显示水位具体信息，若水位低于或高于某个设定值时，就会发出危险报警的信号，最终实现对水塔水位的自动。 关键词：水位自动控制、三菱FX2N、水泵、传感器
目录 摘要 ............................................................................................................................................................................ I 目录 ........................................................................................................................................................................... I I 第一章绪论 (1) 1.1本课题的选题背景与意义 (1) 1.2可编程逻辑控制器简述 (1) 第二章水塔水位控制系统硬件设计 (2) 2.1基于PLC的水塔水位控制系统基本原理 (2) 2.2水塔水位控制系统要求 (3) 2.3水塔水位控制系统主电路设计 (4) 2.4 系统硬件元器件选择 (5) 2.5 I/O口的分配及PLC外围接线 (6) 第三章水塔水位系统的PLC软件设计 (10) 3.1 水位控制系统的流程图 (11) 3.2 PLC 控制梯形图 (12) 3.3 水位控制系统的具体工作过程 (20) 第四章总结 (21) 参考文献 (22)
目录 第一章系统整体设计说明 (1) 第二章整体设计方案 (2) 第三章设计系统方框图与工作原理 (3) 3.1工作原理： (3) 3.2系统结构框图: (4) 第四章硬件设计及说明 (5) 4.1硬件设计说明: (5) 4.2水位控制硬件设计： (5) 4.3故障及水质监测硬件设计： (7) 4.4 水位显示硬件设计原理图： (7) 第五章软件设计与说明（包括流程图） (8) 5.1 软件设计： (8) 5.2 软件设计流程图： (10) 第六章调试步骤、使用说明 (13) 第七章设计总结 (15) 参考文献............................................................... 错误!未定义书签。附录.. (17)
第一章系统整体设计说明 现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。现代的广义智能检测系统应包括一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核心的检测设备。因此，智能检测系统包括了信息获取、信息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说，智能检测系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。 本课题研究的内容是“水塔水位控制系统”。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，我所设计的就是这方面的课题。
目录第1章概述 2 1.1 背景介绍 2 1.2 设计要求及意义 2 第2章系统方案的设计 4 2.1 总体设计方案 4 2.2 系统组成 5 第3章硬件设计 6 3.1 单片机的简要介绍 6 3.2 水位检测电路 7 3.3 水质检测电路 8 第4章软件设计 10 4.1 水位控制程序 10 4.2 水质检测程序 12 第5章系统调试及说明 15 5.1 软件调试 15 5.2 硬件调试 19
5.3 使用说明与注意事项 20 第6章总结 22 第7章致谢 23 第8章参考文献 24 第9章附录 25 9.1 源程序清单 25 9.2 总电路原理图 31 第1章概述 1.1 背景介绍 随着科学技术的发展，单片机作为嵌入式微控制器在工业测控系统，智能仪器和家用电器中得到广泛应用。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用。 水塔水位控制系统的基本要求是能够在无人监控的情况下自动进行工作，在水塔中的水位到达水位下限时自动启动电机，给水塔供水；在水塔水位达到水位上限的时候自动关闭电机，停止供水。并能在供水系统出现异常的时候能够发出警报，以及时排除故障，随时保证水塔的对外的正常供水作用。水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，通过对其水位的控制对外供水以满足需要，其水位控制具有普遍性。 不论社会经济如何飞速，水在人们正常生活和生产中起着重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失，
从而对供水系统提出了更高的要求，满足及时、准确、安全充足的供水。如果仍然使用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障，由此必须进行自动化控制系统的改造。从而实现提供足够的水量、平稳的水压、水塔水位的自动控制有设计低成本、高实用价值的控制器。该设计采用分立的电路实现超高、低警戒水位处理,实现自动控制,而达到节能的目的,提高了供水系统的质量。 1.2 设计要求及意义 水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。自动检测水位的检测系统能根据水位变化的情况自动调节。本次课题采用单片机进行主控制，利用水的导电性测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，用单片机对接收到的信号进行数据处理，完成水位的检测、控制及故障报警等功能。本次课程设计对我有以下意义: (1) 通过这次课程设计，加深对单片机理论方面的理解。 (2) 掌握单片机的内部模块的应用，如片内外存储器、A/D转换器等。 (3) 了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片器应用系统打下良好基础。 (4) 通过简单课题的设计练习，了解必须提交的工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。 第2章系统方案的设计 2.1 总体设计方案 分析课题可知应分两个电路来实现系统的功能，一是水位控制电路，二是水质检测电路，并且对于整个系统我们采用顺序控制。
编号：2013020839 某学院 《可编程控制器应用技术》 课程设计 （2013届本科） 题目：基于S7-200PLC水塔水位控制系（部）院：物理与电子工程学院 专业：电子信息科学与技术二班 某：X倩倩
指导老师：片春媛 完成日期：2016年1月6日
目录 摘要4 第一章绪论4 1.1 PLC的发展4 1.2 PLC的基本结构5
1.3PLC特点5 1.4 PLC的工作原理6 第二章水塔水位系统PLC硬件设计8 2.1要求独立完成水塔水位控制PLC系统设计与调试。8 2.2水塔水位系统控制电路9 2.3输入/输出分配9 2.3.1 列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表10 第三章水塔水位控制系统PLC软件设计11 3.1程序流程图11 3.2梯形图及语句表12 3.3外部接线图模拟仿真结果14 3.4模拟仿真结果 (18) 第四章设计总结20
参考文献21 附件：成绩评定表 [摘要]在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。 [关键词]水位控制、西门子S7-200 第一章绪论 1.1PLC的发展 虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分为三各阶段： 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这是的PLC多少由电继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置种的器件主要采用分离元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上采用广大电器工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简
电气工程学院 计题目：水塔水位PLC自动控制系统 别： 级专业： 号： 生姓名：
导教师：
电气工程学院《课程设计》任务书程名称：电气控制与PLC课程设计 层教学单位：电气工程与自动化系指导教师： 学号学生姓名（专业）班 级 设计题目水塔水位PLC自动控制系统 设 计 技 术 参 数 采用PLC构成水塔水位电气控制系统。控制要求查阅相关文献。 设计要求1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。 2) 根据控制要求，编制PLC控制程序 3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。 参 考资料2、图书馆各类期刊文献相关数据库 3、相关电气设计手册 周次第一周第二周 应完成内容完成全部方案设计： 一、二：查、阅相关参考资料 二至周五：方案设计 六、日：设计方案完善 周一、二：完成设计说明书 周三、四：绘制A1设计图纸 周五：答辩考核 指导教师签字基层教学单位主任签字
摘要 前，大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多。因此，不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题。最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的起停。要么水泵关停过早，造成水塔缺水；要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便。利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况。后来，使用水位控制装置使供水状况有了改变，但常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。因此为更好的保证供水的稳定性和可靠性，传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。 文采用的是三菱FXZN型PLC可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位，将水位具体信息传至PLC构成的控制模块，来控制水泵电机的动作，同时显示水位具体信息，若水位低于或高于某个设定值时，就会发出危险报警的信号，最终实现对水塔水位的自动。 关键词：水位自动控制、三菱FX2N、水泵、传感器
《电气控制及PLC》课程设计姓名： 班级： 学号： 成绩：
本课程设计是电气工程专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
一、工艺流程及分析 (2) 二、设备选型 (5) 三、输入输出端口分配 (5) 四、输入输出硬件接线图 (5) 五、程序设计 (5) 六、总结 (8)
一、工艺流程及分析 1. 水塔水位控制系统： 2. 水塔水位控制系统的工作方式 当水池水位低于低水位界限时（S4为OFF时表示），报警灯2报警，阀门Y 打开给水池注水；10S后，如果S4继续保持OFF状态，表示阀门Y没有进水，出现了故障，报警灯2继续报警；如果S4为ON状态，表示水池水位开始升高，报警灯2解除。 当水塔水位低于低水位界限时（S2为OFF时表示），报警灯1报警，水泵M 开始从水池中抽水；10S后，如果S2继续保持OFF状态，表示水泵M没有抽水，出现了故障，报警灯1继续报警；如果S2为ON状态，表示水塔水位开始升高，报警灯1解除。 当水塔水位低于S2时，水泵M运行并开始抽水；直至水位到达高水位界限S1。由于水塔要供水，所以水位会下降，当水塔水位介于S1和S2之间，不需要水泵M运行，避免水泵频繁启停。当水塔水位再一次低于S2时，水泵M运行
并开始抽水，直至水位到达高水位界限S1时，水泵M停止运行。 当水池水位低于S4时，阀门Y运行并开始放水；直至水位到达高水位界限S3。由于水塔要抽水，所以水位会下降，当水塔水位介于S3和S4之间，不需要阀门Y打开，避免阀门频繁开关。当水池水位再一次低于S4时，阀门Y打开并开始放水，直至水位到达高水位界限S3时，阀门Y关闭。 3.水塔供水情况分析 经过对水塔水位控制系统的工作方式的综合分析，一次完整的水塔供水情况分为以下几种： (1). 水池水位低于S4，水塔水位低于S2时，阀门Y打开，水泵M关闭； (2). 水池水位低于S3高于S4，水塔水位低于S2时，阀门Y打开，水泵M 关闭； (3). 水池水位高于S3，水塔水位低于S2时，阀门Y关闭，水泵M打开； (4). 水池水位高于S3，水塔水位低于S1高于S2时，阀门Y关闭，水泵M 打开； (5). 水池水位高于S3，水塔水位高于S1时，阀门Y关闭，水泵M关闭； (6). 水池水位低于S3高于S4，水塔水位高于S1时，阀门Y关闭，水泵M 关闭； (7). 水池水位低于S4，水塔水位高于S1时，阀门Y打开，水泵M关闭； (8). 水池水位低于S3高于S4，水塔水位低于S1高于S2时，阀门Y关闭，水泵M关闭; (9). 水池水位低于S3高于S4，水塔水位低于S2时，阀门Y关闭，水泵M 打开。
水塔水位控制毕业设计 水塔水位控制毕业设计 水塔是城市供水系统中重要的设备之一，其主要功能是储存和供应清洁饮用水。水塔水位的控制是保证供水系统正常运行的关键环节。在本文中，将探讨水塔 水位控制的毕业设计方案。 1. 设计背景 随着城市人口的增加和用水需求的不断增长，水塔的水位控制变得尤为重要。 传统的水位控制方法主要依靠人工操作，存在人为疏忽和效率低下的问题。因此，设计一个自动化的水塔水位控制系统势在必行。 2. 设计目标 本设计的目标是实现水塔水位的自动控制，确保水位在安全范围内波动，避免 水位过高或过低的情况发生。同时，设计要具备稳定性、可靠性和高效性，能 够适应不同规模的水塔。 3. 设计原理 本设计采用传感器、控制器和执行器等组件构建水位控制系统。传感器负责测 量水位，将水位信号传送给控制器；控制器根据设定的水位范围，判断是否需 要启动或停止水泵；执行器控制水泵的启停，以实现水位的自动调节。 4. 系统组成 4.1 传感器 传感器是水位控制系统的重要组成部分，常用的传感器有浮球式、超声波式和 压力式等。浮球式传感器通过浮球的上下浮动来感知水位变化，超声波式传感 器则利用超声波的反射原理测量水位，压力式传感器则通过测量水压来间接判
断水位。根据实际需求选择合适的传感器。 4.2 控制器 控制器是水位控制系统的核心部件，负责接收传感器信号并进行处理。控制器需要具备高精度、高稳定性和高可靠性，能够实时监测水位变化，并根据预设的水位范围做出相应的控制决策。 4.3 执行器 执行器是控制器的输出部分，负责根据控制器的指令控制水泵的启停。水泵的启停需要根据水位的高低来决定，当水位过低时启动水泵，当水位过高时停止水泵。 5. 系统设计 在系统设计中，需要考虑传感器的安装位置、控制器的算法设计和执行器的控制方式。传感器应安装在水塔内部，以便准确测量水位。控制器的算法设计可以采用PID控制或模糊控制等方法，以实现对水位的精确控制。执行器可以采用继电器或可编程逻辑控制器等方式，实现对水泵的启停控制。 6. 系统优化 为了提高水位控制系统的性能，可以考虑引入数据采集和云平台等技术。通过数据采集，可以实时监测水位的变化，并对系统进行调整和优化。云平台则可以实现远程监控和管理，提高系统的可靠性和可操作性。 7. 结论 水塔水位控制是供水系统中不可或缺的一环，设计一个自动化的水位控制系统对于提高供水系统的效率和可靠性具有重要意义。本文探讨了水塔水位控制的毕业设计方案，从设计背景、设计目标、设计原理、系统组成、系统设计、系