用PLC实现分段液位的控制

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1、济源职业技术学院毕业设计设计任务书设计题目：用PLC实现分段液位的控制设计要求：1.根据生产的需要将液位分为多段来设定，并分段显示，当液位为最低限时自动启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并停泵。2.通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式。设计进度要求：10月8号10月23号毕业设计题目的筛选10月24号11月7号毕业设计大纲的撰写11月8号11月23号图书馆找资料及收集11月24号12月7号资料的整理及输入12月8号12月23号毕业设计的细节化修饰指导教师（签名）： 目 录摘 要3前 言41 概 述51.1 PLC的由来51.2 PLC 的定义8

2、1.3 PLC 的特点81.4 PLC 的发展阶段101.5 PLC的分类111.6 PLC 的基本结构111.7 PLC 的工作原理141.8 PLC 的I/O 系统181.9 PLC的编程语言192 分段液位控制的设计202.1 控制要求202.2 PLC选型202.3 系统硬件配置202.4 系统软件设计212.5 调试与运行26总 结28致 谢29参考文献30摘 要PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。控制系统可以根据生产的需要将液位分为多段来设定，并分段显示，当液位为

3、最低限时自动启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式，并设有试验功能。关键词： PLC 液位 监控前 言在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对液位进行监控的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），监控系统不仅自动化

4、程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。1 概 述可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）， 简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.1 PLC的由来在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制

5、，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程程序控制器。个人计算机发展起来以后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程控制器定名为PLC。自西门子创始人维尔纳冯西门子于1847年制造出全球第一台指针式电报机始，西门子一直处于全球电气工程和电子领域的发展前沿。在国际商业舞台上无数企业来去匆匆的背景下，西门子已走出157的历史，而且，

6、至今仍然保持着一股强劲的发展势头。2003年，西门子财政年度销售收入达到742亿欧元；2004年第二财政季度全球净收入12.1亿欧元，比去年同期增加5.68亿欧元。西门子的发展史，朴素地为人们揭示了其成功的经验和持续发展的本质。 （1）从小作坊到跨国公司 西门子-哈尔斯克电报机制造公司成立于19世纪中叶，当时的政治、工业和社会都处于一个革命的变革的时期。技术的进步正在以惊人的速度和从前无法想象的方式改变着人们的生活。通过他的发明和大规模的技术革新，维尔纳冯西门子在推动这一变革的过程中发挥了重要的作用他所创建的公司从一个简单的作教育局发展成一个大型企业，并于第一次世界大战前发展成为全球主要的电气

7、公司之一。 雪茄烟盒的灵感 在1846年没有人会想到雪茄烟盒、锡板、铁片和绝缘的铜线能够组装成为一台指针式发报机。然而维尔纳冯西门子却做到了这一点。他发明的这台简单、可靠的装置不仅将他引上了成功之路，而且也为西门子公司跻身于世界最大的电气公司之列奠定了基础。 维尔纳冯西门子出生于1816年，在14个子房仓中排行第四，后于1888年被封为贵族。他的前锋线早年双亡，因而维尔纳承担照顾年幼的同胞手足的责任由于家里并不宽裕，无法资助他上大学，维尔纳在1835年加入了普鲁士军队，在柏林炮兵工程学校接受了专门培训系统地掌了数学、物理、化学和弹道学等方面的确良知识。在那里有一些非常知名的教师包括数学字马丁欧

8、姆、物理学家海因里希古斯塔夫马格努斯和化学家奥托艾尔得曼等。在受训之后，维尔纳冯西门子被提长为中尉，并埋头于科研工作和技术发明。 因为在一场决斗中充当助手，维尔纳冯西门子受到短期禁闭处罚。于是他利用这段时间来做实验，并开发出一种电镀金银的方法为他在普鲁士赢得了第一项专利。他的弟弟威尔海姆，一个精明的商人和极富才华的谈判家，成功地将这一具有潜在商业价值的发明推向了英国市场。 1846年，维尔纳冯西门子产生了一个对惠斯登电报机进行改进的想法：他采用最简单的方法设计了一个指针式电报机并委托他在物理学会上的结识的机械师约翰乔治哈尔斯克来制造这一装置。哈尔斯克生于1814年，这是一位精密仪器工程师，当时

9、在柏林开有一个伯蒂歇尔-哈尔斯克工程商店。最初，他对维尔纳冯西门的这项发明表示怀疑，但这种态度很快烟消云散，他反而对这种结构简单、性能可靠的装置产生了极大的兴趣，并立刻着手对指针式发报机的机械部件进行了改进，因而为后来俩人合作成立公司奠定了基础。 1847年10月，维尔纳冯西门子和约翰乔治哈外交活动斯克在柏林创建了他们的公司：西门子-哈尔斯克电报机制造公司。维尔纳的一个富裕的表兄、法律顾问题约翰乔治西门子，提供了6842塔勒的启动资金。维尔纳冯西门子和约翰乔治哈外交活动斯克在舍内贝尔格大街19号一幢旧建筑中建立了一个小作坊，一周后他们获得了指针式电报机设计的普鲁士专利。新式电报机的生产逐步扩大

10、，年底时公司已经拥有了十名员工。此时，公司也开始把它的注意力投向了其它产品的开发。例如，用于电缆的由古干塔胶制成的无缝绝缘材料、铁路报警电铃以及水表等。 此时，新公司的发展获得了巨大的成功。于是，维尔纳于1849年离开了军队，集中精力拓展他的事业。 作为一位电气工程的先驱、天才的发明家、科学家以及慧眼独具的企事家，维尔纳冯西门子在推动19世纪下半叶科学技术的发展和引入与日常生活息处相关的广泛的革新成果方面发挥了重要的作用。 有线信息传递 19世纪，随着政治和经济的发展，人们对快速通讯手段的需求与日俱增。最初开发的系统，包括1832至1834年在普鲁干先生产的、架设在柏林与科布伦茨之间的长距离电

11、报线，也仅限于班治和军事用途。 但是当时的通讯手段在可靠性和速度方面还存在着很多不足。在确信自己有能务做得更好后，维尔纳冯西门子着手设计了指针式电报机，并在1847年成立的西门子-哈外交活动斯克电报机制造公司里进地生产。便在这处新型的电报机投入生产仅一年后，就开始面监它的第一个严峻的考验。 速度是关键问题。在柏林三月起义的几个月之后，作为国家的第一个国会，德意志国民议会在法兰克福的圣保罗教学召开了会议的进程，并很想尽快在柏林对法兰克福国民议会的决定进行讨论。 于是，在1848年夏，政府与成立不久的西门子-哈外交活动斯克电报局机制造公司签订了一项协议，在柏林和莱茵河畔法兰克福之间铺设通讯线路。电

12、报线全长500公里，这在当时的欧洲大陆上无疑是最长的。但当时维尔纳冯西门子和约翰乔治哈尔斯克的工作都十分繁忙。那时维尔纳还是一名军官，正忙于为石勒苏益格-荷枪实弹斯泰因的战争提供服务，因此他不得不离开军队，以便将精力集中于国家的这项大型订单。 当时国内革命风起云涌，政府害怕国有的电报线被人破坏。因而在作战部的授意下，电缆改为在地下铺设。但是事实证明这项计划是不切实际的，由于耗资巨大且时间紧迫，只有一半线路，即柏林到爱森纳赫之间的部分是在地下铺设的，其余部分则改在空中架设。根据原计划，整条线路包括10个电报站，18台指针工电报机。但在建造过程中，政府将合同的范围扩大，将德国北部最重要的城市也列入

13、了计划中。 1849年3月28日，指针式电报机迎来了它的具有历史意义的时刻。腓特烈威廉四世在普鲁士的先举中当德意志皇帝的消息在官方公布一小时以内就通过电报线传到柏林。这件事具有双重含义：不仅选举出一位皇帝而且选举的结果以一种令人难以置信的速度传递到很远的地方；与此同时，腓特烈威廉四世虽然拒绝了皇位，但他当年却批准了电报机的公开使用PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1.2 PLC 的定义PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会N

14、EMA（National Electrical Manufactory Association） 经过四年的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC 作了如下定义“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通

15、过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1

16、.3 PLC 的特点1.3.1 PLC 的主要特点（1）高可靠性1）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。2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4）采用性能优良的开关电源。5）对采用的器件进行严格的筛选。6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。7）大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。（2）丰富的I/O 接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开

17、关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮行程开关，接近开关，传感器及变送器电磁线圈控制阀。直接连接另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（3）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的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说不需要具备计

18、算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握（5）安装简单维修方便PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC 相应的I/O 端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行132 PLC 的功能（1） 逻辑控制（2） 定时控制（3） 计数控制（4） 步进（顺序）控制（5） PID 控制（6） 数据控制PLC 具有数据处理能力（7） 通信和联网（8） 其它PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，C

19、RT 模块。1.4 PLC 的发展阶段虽然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三个阶段：1.4.1早期的PLC（60 年代末70 年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点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。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立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

20、件编程上，采用广大电气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，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。1.4.2中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期）在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原

21、有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大。1.4.3近期的PLC（80 年代中后期至今）进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。1.5 PLC的分类1.5.1小型PLC小型PLC 的I/O 点数一般在128 点以下，其特点是体积小

22、、结构紧凑，整个硬件融为一体除了开关量I/O 以外，还可以连接模拟量I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。1.5.2中型PLC中型PLC 采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024 点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。1.5.3大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强

23、的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC 还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。1.6 PLC 的基本结构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1所示：图 1 PLC硬件结构1.6.1中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分

24、别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性，近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三CPU 的表决式系统。这样，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。1.6.2存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（1） PLC 常用的存储器类型1）RAM （Random

25、Assess Memory）这是一种读/写存储器（随机存储器）其存取速度最快由锂电池支持。2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。（2） PLC 存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般

26、包括以下三个区域：系统程序存储区系统RAM 存储区（包括I/O 映象区和系统软设备等）用户程序存储区1）系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC 的性能。2）系统RAM 存储区系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈数据寄存器计时器计数器变址寄存器累加器等存储器AI/O 映象区 由于PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设

27、。因此，它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区。一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字（16 个bit）。因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量I/O 映象区模拟量I/O 映象区B系统软设备存储区除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC 断电时，数据被清零。1） 逻

28、辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。另外，不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2）数据寄存器与模拟量I/O 一样，每个数据寄存器占用系统RAM 存储区中的一个字（16bits）。另外，PLC 还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3） 计时器4） 计数器（3）用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。1.6.3电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工

29、作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在10%（15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。1.7 PLC 的工作原理最初研制生产的PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC 的CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫

30、描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms 以上，而PLC 扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。1.7.1扫描技术当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。图 2 PLC的扫描周期（1） 输入采样阶段在输

31、入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2） 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算

32、的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O 映象区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按

33、照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC 的真正输出。比较下二个程序的异同：程序1程序2这两段程序执行的结果完全一样但在PLC中执行的过程却不一样。程序1 只用一次扫描周期，就可完成对%M4 的刷新；程序2 要用四次扫描周期，才能完成对%M4 的刷新。这两个例子说明：同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC 的扫描周期包括自诊断、通

34、讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。图 3 PLC 的扫描周期图1.7.2PLC 的I/O 响应时间为了增强PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC 采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC 得I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O 响应时间指从PLC 的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。其最

35、短的I/O 响应时间与最长的I/O 响应时间如图所示：图 4 最短I/O 响应时间图 5最长的I/O 响应时间1.8 PLC 的I/O 系统1.8.1I/O 寻址方式PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将PLC 的主要部分（包括I/O 系统和电源等）全部安装在一个机箱内。后者将PLC 的主要硬件部分分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入PLC 机架上的槽内，构成一个PLC 系统。不论采取哪一种硬件结构，都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与PLC 的I/O 映象区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对应关系所采用得方式称为I/O 寻址方式。I

36、/O寻址方式有以下三种固定的I/O 寻址方式这种I/O 寻址方式是由PLC 制造厂家在设计、生产PLC 时确定的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来说，单元式的PLC 采用这种I/O寻址方式。开关设定的I/O 寻址方式这种I/O 寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。用软件来设定的I/O 寻址方式这种I/O 寻址方式是有用户通过软件来编制I/O 地址分配表来确定的。1.9 PLC的编程语言PLC提供了较完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器的硬接线线路，这就是所谓

37、的“可编程序”。程序由编程器送到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。PLC提供的编程语言通常由三种：梯形图、指令表、功能图等。梯形图(LAD)编程语言是从继电器控制系统原理图的基础上演变而来的。PLC梯形图PLC的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别。PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的。梯形图语言简单明了，易于理解，是所有编程语言的首选。指令表（STL）编程语言类似于计算机中的助记符语言，他是可编程控制器最基础的编程语言。所谓指令表编程，是用一个或几个容易记忆的字符来代表可编程控制器的某种操作功能。顺

38、序功能流程图（SFC）编程是一种图形化的编程方法，亦称功能图。使用它可以对具有并发、选择等复杂的系统进行编程。许多PLC都提供了用于SFC编程的指令。每一种编程方法都有它的优点和缺点，根据每一种特殊的控制要求，根据编程者的熟练程度正确合理应用编程方法。2 分段液位控制的设计在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对液位进行监控的一

39、种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。2.1 控制要求控制系统可以根据生产的需要将液位分为多段来设定，并分段显示，当液位为最低限时自动启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式，并设有试验功能。2.2 PLC选型目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价

40、格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。本文介绍以四段液位控制对象为例，据对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用日本立石（OMRON）公司C20P型PLC。2.3 系统硬件配置为实现液位的手动/自动控制，需要输入口12点，输出口8点，选用C20P 20点I/O单元的PLC，输入光电隔离，输出继电器隔离，负载能力强；液位检测采用干簧管传感器，手动/自动转换、运行/试验转换和液位设定采用双位旋钮，手动启泵、停泵和确认、试验采用常开按钮；输出选用电子音响报警器和24V直流指示灯、继电器。参见图6系统硬件配置图。图6 系统硬件配置图为节省输入口数量，节省投资，本

41、系统运行/试验功能的转换采用了对I/O模块接线的优化，使PLC输入模块中1个输入节点起到2个输入节点的作用，完成PLC工作在两种方式下的I/O功能。参见图二I/O模块接线的优化。图7 I/O模块接线的优化系统正常运行时，运行/试验转换旋钮S接通1-3接点，各试验按钮不起作用，液位信号由各干簧管传感器传输给PLC；系统处于试验状态时，S接通1-2接点，各传感器输入信号不起作用，此时可用各试验按钮模拟各段液位信号传输给PLC。两种控制方式下的两个信号共用一个输入节点，成倍提高I/O端口的利用率，节省I/O点数。2.4 系统软件设计2.4.1 控制程序流程图图表 8 系统流程2.4.2 编程说明（1

42、） 本系统为液位的双位控制系统。液位可分四段设定和显示，在最低液位时自动启泵，当液位到达设定值时自动停泵。（2） 采用IL/ILC分支指令，通过0008旋钮实现手动/自动两种功能的选择，当0008旋钮闭合时，自动指示灯亮，系统执行IL/ILC分支内程序，完成自动监控；当0008旋钮打开时，手动指示灯亮，系统执行分支外程序，通过0010、0011旋钮实现手动启泵、停泵。（3） 液位由00040007旋钮分最低、较低、较高、最高四段设定，系统设置由低到高的优先权，即当多个设定旋钮同时闭合时，低液位设定优先。（4） 采用干簧管检测液位时，当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位离开检测点时其触

43、点打开，为保证相应测量段指示灯不立即熄灭及不受液位波动的影响，每段指示灯的控制均采用KEEP保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示灯才熄灭。（5）当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标1902，以1S为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报警声设计为响3S停2S，循环30S后自停，或在30S内按0009确认按钮停音响，指示灯传平光。电子音响报警和泵的启停同样考虑液位的波动影响，设计时采用KEEP保持指令和DIFU微分指令联合使用。2.4.3 PLC梯形图图表 9 PLC梯形图2.5 调试与运行（1）通过0008旋钮实现手动/自动两种功能的

44、选择，当0008旋钮闭合时，自动指示灯亮，系统执行IL/ILC分支内程序，完成自动监控；当0008旋钮打开时，手动指示灯亮，系统执行分支外程序，通过0010、0011旋钮实现手动启泵、停泵。（2）当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位离开检测点时其触点打开，为保证相应测量段指示灯不立即熄灭及不受液位波动的影响，每段指示灯的控制均采用KEEP保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示灯才熄灭。（3）当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标1902，以1S为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报警声设计为响3S停2S，循环30S后自停，或在

45、30S内按0009确认按钮停音响，指示灯传平光。电子音响报警和泵的启停同样考虑液位的波动影响，设计时采用KEEP保持指令和DIFU微分指令联合使用。（4）首次开车时，液位低于或高于最低液位时，需先手动启泵，再切换成自动运行；或先进入试验方式，按最低液位试验按钮启动料泵，再进入自动运行方式。总 结本系统主要以PLC为核心，利用PLC的强大的控制功能，实现了分段液位的控制。利用梯形图程序可以很直观的看出运行过程。利用可编程控制器控制液位，具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。调试结果表明，在适应性、精确性和可靠性方面，到达到了设计的要求，表明该设计方案是可行的。通过本设计，我学习到了很多东西，在

46、工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。致 谢本论文是在济源职业技术学院刘泽元老师的指导下完成的。在做论文的过程中刘泽元老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作精神给了我深刻的启发，也给了我很大的触动。另外，刘泽元老师经常给我讲解不懂的地方，教我怎么入手，给了我许多有利的资料，使我能尽快的完成论文。还要感谢系里其它的老师的指导，给了我很大的帮助。在此，对老师在工作和生活中给予的指导和关心致以最真诚的谢意。同时在这里还要感谢机电系给予我们的关心和帮助，感谢机房老师

47、给予我们上机实验方便。感谢系里其它的一些同学在设计中提供大量的支持和帮助。我们即将毕业，在此，向三年中在学习和生活上给予过我帮助的老师和同学致谢。参考文献1. OMRON公司编.OMRON可编程序控制器操作手册2. 扬唯实.用PLC实现水位监控.自动化仪表.2001(3)3. 廖长初编著.可编程控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社，19974. 李光弟编著.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，20005. 汪晓光、王艳丹、孙晓瑛编著.可编程控制原理及应用.北京：机械工业出版社，19946. 陈宇编著.可编程控制器基础及编程技巧.广州：华南理工大学出版社，19997. 林小峰编著.可编程控制器原理及应用.北京：高等教育出版社，19918. 朱绍祥编著.可编程控制器原理及应用.上海：上海交通大学出版社，19889. 钟肇新，彭侃编著.可编程序控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社，199230