基于PLC与组态的液位控制系统设计

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摘要

随着现代社会生产的发展和技术的进步，现代工业自动化水平的日益提高，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，以便能更快更方便的完成一些任务，在生产过程中，经常需要对液位的来进行控制，而对于这控制，因PLC的功能特点，所以非常适合来控制液位的高低。本次毕业设计的课题是基于PLC与组态的液位控制系统。在设计中，主要是对PLC控制程序的设计和组态王的画面设计。

本文的主要内容包括：PLC的产生和定义，以及在未来PLC控制的发展，三菱FX2N系列的可编程控制器的掌握，液位控制结构示意图，工作流程图及原理分析，I/O分配表、接线图及PLC程序，利用组态软件来设计液位控制画面。

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The liquid level control system based on PLC and

Configuration

Abstract

With the development of modern social production and technological progress,the level of modern industrial an increasingly rapid development of microelectronics technology machine,the relay control system based on a new generation of technology and the reality of some of the problems exposed in order to be more efficient and more convenient to complete some tasks in the industrial and agricultural production process.The subject of graduation design is based on PLC and Configuration,liquid level control system design.In the design,the auther is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design,so the design used in the paper referred to was more control program design of PLC and picture design of Configuration.

Main contents of this article: PLC creation and definition,process control,level development,and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis,FX2N series PLC hardware control,the liquid level control structure schematic diagram, the flow chart and theory analysis, I/O distribution table, the wiring diagram and PLC program, using the configuration software to design level control screen.

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基于PLC与组态的液位控制系统设计

目录

第一章 绪论 ................................................................................................................................. 1

1.1 课题研究背景和意义 ...................................................................................................... 1 1.2 主要研究内容及章节安排 .............................................................................................. 1

1.2.1 主要研究内容 ....................................................................................................... 1 1.2.2 章节安排 ............................................................................................................... 2

第二章 FX2N系列PLC与控制 ................................................................................................... 3

2.1 PLC的产生和定义........................................................................................................... 3

2.1.1 PLC的产生............................................................................................................ 3 2.1.2 PLC的定义............................................................................................................ 3 2.2 三菱PLC控制系统 ......................................................................................................... 3 2.3 PLC的构成 ...................................................................................................................... 4

2.3.1 CPU模块 ............................................................................................................... 4 2.3.2 I/O模块.................................................................................................................. 5 2.3.3 电源模块 ............................................................................................................... 5 2.4 PLC的特点和功能........................................................................................................... 5 2.5 梯形图设计 ...................................................................................................................... 6 第三章 系统软硬件设计方案 ..................................................................... 错误！未定义书签。

3.1 系统硬件的设计 .............................................................................................................. 8

3.1.1 变频器的选型和接线 ........................................................................................... 8 3.1.2 PLC的选型............................................................................................................ 9 3.1.3 电磁阀门的特性 ................................................................................................... 9 3.1.4 组态王软件概述 ................................................................................................. 10 3.2 系统软件设计 ................................................................................................................ 11

3.2.1 水箱液位控制装置图 ......................................................................................... 12 3.2.2 设计要求 ............................................................................................................. 13 3.2.3 系统控制流程 ..................................................................................................... 13 3.2.4 系统控制结构 ..................................................................................................... 15

第四章 PLC控制程序 ................................................................................................................ 17

4.1 水箱液位控制的I/O接口分配表 ................................................................................. 17 4.2 PLC接线 ........................................................................................................................ 18 4.3 PLC程序设计梯形图 ..................................................................................................... 19 4.4 PLC程序设计对应的指令 ............................................................................................. 20 4.5 组态王软件设计界面 .................................................................................................... 21 第五章 总结与展望 ..................................................................................................................... 23

1.总结 .................................................................................................................................... 23 2.展望 .................................................................................................................................... 23 参考文献 ....................................................................................................................................... 24 致谢 ............................................................................................................................................... 25

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基于PLC与组态的液位控制系统设计

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

为了解决人工控制的控制准度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们现在就引入了工业生产的自动化控制。在自动化控制的工业生产过程中，一个很重要的控制参数就是液位。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列中途的问题。随着现在工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经不能满足工业生产控制的需求，所以我们就又引入了可编程逻辑控制（又称PLC）。引入PLC使控制方式更加集中、有效、更加的及时。

液位控制系统是以液位为被控参数的系统，是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程，一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否，生产效率的高低，能源是否能得到合理运用等一系列问题。而传统的液位控制多采用单回路控制，并采用传统的指针式仪表来显示液位值，使液位控制的精度和显示的直观性受到限制，而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高，要求液位控制系统有高的控制精度，即准确稳定的液位，一般的得自动化控制方式已不能满足工业生产控制的要求。

液位控制由于其应用极其普遍，种类繁多，其中不乏一些大型的复杂系统。它主要有以下几个特点:1、时滞性很大，2、时变性，3、非线性。

这几个特点，都严重影响PID控制的效果，在实际生产中而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高，要求液位控制系统有高的控制精度，即准确稳定的液位，一般的得自动化控制方式已不能满足工业生产控制的要求，为了使系统具有直观准确的显示功能，我们采用PLC和组态软件对液位进行控制。

1.2 主要研究内容及章节安排

1.2.1 主要研究内容

一、一个系统是否能达到预想的控制效果，其中系统的总体控制框架很重要，能够知道设计中那些的不足之处。

二、在液位控制系统中，调节阀是否与所控制的液体发生化学反应，兼容性问题等，这个直接影响到控制结果。

三、控制方案的选取，一个好的控制方案会使系统更加完美，所以控制方

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案的选取是相当重要的环节。

四、PLC和组态软件知识的掌握。本次课题研究都是已PLC和组态为基础，所以这两方面都是至关重要。

五、具有水位过高、过低报警和提示用户功能。

六、变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上。

1.2.2 章节安排

第一章是绪论来介绍本课题研究的背景和意义。

第二章主要介绍FX2N系列PLC的产生，定义及PLC的原理图。

第三章是介绍系统的设计方案，包括系统控制结构图，控制流程，控制流程图。

第四章是介绍PLC控制液位，程序，I/O接口分配表，接线图。 总结和展望是对本次的设计做出的心得，对所涉及到的内容与所学的知识想结合，做出看法。

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第二章 FX2N系列PLC与控制

2.1 PLC的产生和定义

2.1.1 PLC的产生

在20世纪60年代，世界技术改造的冲击下，要求寻找一种比继电器更加可靠，功能更加齐全，响应速度更加快的新型工业控制器，在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。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 GM （通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，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序控制器，称 Programmable Controller （ PC ）。个人计算机（简称 PC ）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller （ PLC ），现在，仍常常将 PLC 简称 PC 。

2.1.2 PLC的定义

国际电工委员会（ IEC ）对 PLC 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2.2 三菱PLC控制系统

FX2N系列的PLC是三菱公司在1991年继F、F1、F2系列之后推出的产品，是目前运行速度最快的小型PLC之一。下面介绍FX2N系列的PLC的硬件组成。图2.1为PLC的原理图。

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EPROM 储存器 外存接口其他计算机 接口 其他设备

A/D,D/A RCM 中央处理器CPU RAM 输入接口光耦合 输出接口晶体管开关 键盘与显示 图2.1 PLC原理图

2.3 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。

2.3.1 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。

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2.3.2 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。

2.3.3 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。

2.4 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。

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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16-25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16-256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2.2 三菱FX2N系列

2.5 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

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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。

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第三章 系统软硬件设计方案

3.1 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。

3.1.1 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FR-A540系列变频器， 其接线图3.1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。

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图3.1 变频器接线图

3.1.2 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FX2N-16MR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，由机架及电缆将各个模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合，PLC的编程绝大多数采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对我们来说不具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

3.1.3 电磁阀门的特性

质气，液态或混合状态分别选用不同品种的电磁阀，例ZQDF用于空气，ZQDF—Y用于液体，ZQDF—2(或-3)用于蒸汽，否则易引起误动作。ZDF系列多功能电磁阀则可通通于气.液体。最好订时告明介质状态，安装用户就不必再调式。

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介质温度不同规格产品，否则线圈会烧掉，密封件老化，严重影响寿命命。介质粘度，通常在50cSt以下。若超过此值，通径大于15mm用ZDF系列多功能电磁阀作特殊订货。通径小于15mm订高粘度电磁阀。介质清洁度不高时都应在电磁阀前配装反冲过滤阀，压力低时尚可选用直动膜片式电磁阀作例如CD—P。介质若是定向流通，且不允许倒流ZDF—N和ZQDF—N单需用双向流通，请作特殊要求提出。根据介质流向要求及管道连接方式选择阀门通口及型号。例如，用于一条管道向两条管道切换的，小通径的选CA5和Z3F，中等或大通径请选ZDF—Z1/2。又如控制两条管道汇流的，请选ZDF—Z2/1等。根据流量和阀门Kv值选定公称通径，也可选同管道内径。请注意有的厂家未标有Kv值，往往阀孔尺寸小于接口管径，切不可贪图价低而误事。最低工作压差在0.04Mpa以上是可选用间接先导式；最低工作压差接近或小于零的必须选用分步直接式。如图3.2所示

图3.2 电磁阀门

3.1.4 组态王软件概述

组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：

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画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：(1)图形界面的设计，(2)构造数据库，(3)建立动画连接，(4)运行和调试。

3.2 系统软件设计

水箱液位系统控制电路图，如图3.3所示

图3.3 水箱液位主电路图

热继电器(FR)是利用电流的热效应原理工作的保护电路，它在电路中的用作电动机的过载保护。

熔断器（FU）是电路中的一种简单的短路保护装置。使用中，由于电流超过允许值产生的热量使串接于主电路中的熔体熔化而切断电路，防止电气设备短路和严重过载。

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3.2.1 水箱液位控制装置图

图3.4 水箱液位控制图

在系统通电后，要保持水箱内部的水位在S1-S2之间，当水箱液位低于下限液位开关S2,控制下限的压力传感器P3，把液位低的信息传递给PLC，PLC来控制流程，此时S2开关为开，电磁阀门打开，开始往水箱里面注水。本设计在电磁阀门打开的瞬间开始计时为6S，在这6S内，水箱里面的液位要超过所设定的下限液位开关S2，如果在6S后，水箱里面的液位没有超过下限液位开关则系统发出警报；如果此时，水箱液位已经超过所设定的下限开关时，则系统运行正常，而此时的下限液位开关关闭，控制下限的压力传感器P3关闭。当水箱内部的液位高于所设定的上限值时，控制上限液位的压力传感器工作，把高于上限值的信息传递给PLC，让PLC来控制系统，而此时电磁阀门也就关闭，停止往水箱里面注水。而同时蓄水池里面的液位也是保持在S3-S4之间，当蓄水池的液位低于下限值时，控制下限液位的压力传感器P1工作，抽水电机运转，把水箱内部高于上限液位的水通过抽水电机往蓄水池里排，直到水箱里面的液位在S1-S2之间。

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3.2.2 设计要求

1．可以能够直观了解设备的工作状态及水位的变化。 2．具有水位过高、过低报警的功能。

3．要可以自行设置水位的高低，以控制变频器的启动停止。 4．保持水箱液位在S1-S2之间，保持液位平衡。

5．能够在水位高于所设定的上限值时，系统能够停止运行。

6．在水位低于所设定的下限值时，系统能够通过控制流程那样运行操作。 7．在6S内往水箱内注水，液位必须超过所设定的下限值。

3.2.3 系统控制流程

在系统通电之前，必须先检查各个硬件设备是否可以正常工作，确保选定的硬件设备可以正常工作后，首先保持水箱液位在S1-S2之间，当水箱液位低于下限液位开关S2，此时S2为开，电磁阀门打开，开始往水箱里面注水，设定的时间为6S，6S内水箱的液位必须超过所设定的下限值，超过水箱下限液位开关S2时，而此时水箱水位下限开关S2为关，表示水箱水位已经高于所设定的下限水位。当水箱里面的液面高于所设定的上限水位S1时，此时S1为开。在系统通电后，在接收到系统启动信号时，通过压力传感器，根据实际液位和设定液位的误差来调节变频器的输出频率和控制电机的转速，当实际液位达到设定值，即进水量与出水量相平衡时，转速才稳定到某一定值，这期间电机工作在调速运行状态。系统程序会判断液位是否低于下限，如果发生低液位，则发出低水位报警，并通过调节变频器控制进水量；如果液位偏高，则调节出水流量，并发出高液位报警，电磁阀关闭，停止向水箱进水，如图3.5所示

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检查设备 Y 低水位报警 系统通电启动 N 水箱液位＜下限值？

Y 电机、变频、阀门启动运行 6S时间水箱注水 上限值≥水箱水位≥下限值？ N 水箱继续加水 Y 水箱水位＞上限值？ Y 电机、变频、阀门关闭 N

水箱水位在设定值范围内，即

下限值和上限值之间，水位平 停止运行

衡。

高水位报警 图3.5 系统控制流程图

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为了能够更加了解本设计的控制流程，通过组态王软件来设计出大致的结构示意图，如图3.6所示

图3.6 控制流程示意图

3.2.4 系统控制结构

由一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC进行单个对象的控制，只要适当的选用高性能的PLC,完全能够胜任此功能。PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范围、高精度的调速性能。通过变频器的频率来调节水箱液位的高低，调节抽水电机从蓄水池那里抽水的速度，确保使得水箱的水

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位能够保持平衡，达到所设定的数值，在进水量与出水量都可以在水箱完成，假如水箱的液位满了，而此时的可编程控制器能够控制对变频器的调节频率，甚至可以把变频器的一些水位高低的信息能够反应到PLC上，以保持水箱里面的液位平衡。系统控制结构图3.7所示

压力传感器

报警 PLC 变频器

液位显示 组态软件 水泵

图3.7 系统控制结构图

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第四章 PLC控制程序

4.1 水箱液位控制的I/O接口分配表

本设计的水箱液位PLC控制的I/O接口分配表，如4.1表所示：

表 4.1 水箱液位控制I/O接口分配表

类别 电气元件 控制开关SB 蓄水池上限液位开关SB1 蓄水池下限液位开关SB2 水箱下限液位开关SB3 水箱上限液位开关SB4 电磁阀门YV 接触器KM，接通抽水电机 水箱下限指示灯HL1 水箱上限指示灯HL2 输出（O） 蓄水池下限指示灯HL3 蓄水池上限指示灯HL4 报警器指示灯HL5 Y4 Y5 Y6 PLC元件 X0 X1 X2 X3 X4 Y0 Y1 Y2 Y3 输入（I）

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4.2 PLC接线

4.2 PLC液位控制接线图

输入/输出接口分配是硬件设计中的一个重要环节，输入接口通常是开关量输入模块，它的工作电压等级主要根据现场检测元件与模块之间的距离来选择，该设计控制距离不是很远，选择24V 即可。工作过程中，假设蓄水池和水箱的水位初始状态都是空的，4个液位指示灯全亮，当执行系统程序流程时，扫描到水箱的液位低于所设定的下限值时，电磁阀打开，开始往水箱里面进水，时间为6S，如果在这6S内水箱的水没有超过下限值，则说明系统出现故障，报警灯亮，自动报警。若在6S内按照规定的设计程序运行，则说明系统正常，当超过水箱液位下限值时，下限的指示灯HL1灭。此时，水箱的液位已经超过了下限位置，系统检测到这个信号后，由于蓄水池的液位现在还是处于初始状态中，低于蓄水池的下限位置，则抽水电机开始运行，从水箱那里向蓄水池供水，当水箱的液位超过了上限液位时，水箱上限指示灯HL2灭，高水位报警，电磁阀就关闭，停止向水箱进水。

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4.3 PLC程序设计梯形图

通过水箱液位控制的I/O接口分配表和系统设计的PLC接线图，可以写出PLC程序梯形图，如图4.3所示：

图4.3 PLC程序梯形图

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4.4 PLC程序设计对应的指令

由PLC梯形图那里可以得到所对应的PLC程序指令:

LD X0 OR Y0 ANI X4 OUT Y0 LD X3 ANI X4 OUT Y1 LD Y0 ANI X3

OUT T0 K60

LD T0 ANI X3 OUT Y6 LDI X3 OUT Y2 LD X4 OUT Y3 LD X1 OUT Y5 LD X2 OUT Y4

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4.5 组态王软件设计界面

水箱液位的控制在组态王软件设计中，当系统开始通电运行时的界面，如图4.4所示，电磁阀门的颜色绿色为打开，红色为关闭。

图4.4 系统开始运行

水箱液位在高于上限值时，抽水电机往蓄水池进水，如图4.5所示

图4.5 水箱液位达到上限值

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电磁阀门在打开之前的界面，水箱都为初始状态，如图4.6所示

图4.6 水箱的初始状态

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基于PLC与组态的液位控制系统设计

第五章 总结与展望

1.总结

通过本次毕业论文的创作，我认识到了液位控制系统在生活中的重要性，

也在设计的过程中加深了对自己所学基础理论、专业知识和基本技能的理解，也培养了我分析和解决问题的能力。基于PLC和组态软件的液位控制系统能让工业控制变得安全化、智能化，具体化。相对于前人以前的所做的液位控制系统，本系统更加的人性化，可以直观的将液位显示在组态软件上，系统更加安全，可靠，直观。但本论文有许多不足之处，在PLC的编程方面做得不够理想，也未能实现具体的硬件调试，希望大家能给与指正。本论文研究的是水箱液位控制系统。液位控制系统以PLC为核心进行设计，借助于PLC强大而灵活的控制功能和变频器优良的变频调速性能，来控制电机的转速，实现了水箱液位的控制，代替了原有的手动启动、阀门控制系统。

通过这次的设计实践，让我更熟悉掌握了三菱PLC软件的简单编程方法，对于三菱的PLC工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。刚开始学习三菱PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了，转换成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来了，同样也看清了自己的不足之处。

2.展望

现有系统实现了水位控制系统的工况控制、调节和设备状态监控功能，将来还可以通过对更多现场数据的采集与传输，如电压、电流、功率、水压、水位、水流量等，通过开发上位机的数据管理系统，实现具有综合功能的水位自动化控制与管理系统，提高后勤管理能力.这部份工作有待在以后的学习与工作中来进一步开展下去。

随着各方面技术的发展以及网络技术被广泛的应用，与此同时能量却日益紧缺，在这种情况下，一些容器的水位系统的使用肯定会越来越普及，当然以后对水位控制技术将提出更高的要求。如对系统采用基于GPRS 的无线方式进行数据的传输、通过网络对系统进行远程诊断和维护等。

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福建电力职业技术学院毕业论文

参考文献

[1] 汤自春.PLC原理及应用技术.高等教育出版社，2006 [2] 龚仲华.三菱FX/2N系列PLC应用技术.人民邮电出版社，2006

[3] 吴建强、姜三勇.可编程控制器原理及应用.哈尔滨工业大学出版社，2000 [4] 秦春斌、张继伟.PLC基础及应用教程.机械工业出版社，2011 [5] 张万忠、刘明芹.电器与PLC控制技术.北京化学工业出版社，2003 [6] 张桂香.电气控制与PLC应用.北京化学工业出版社，2003 [7] 易传禄.可编程序控制器应用指南.上海科学普及出版社，2003

[8] 赵跃华.可编程序控制器原理及应用[M] .成都：电子科技大学出版社，1998

[9] 李建兴.可编程控制器应用技术.机械工业出版社，2004

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基于PLC与组态的液位控制系统设计

致谢

对于这次毕业设计的顺利完成，我首先要感谢苏老师，是他细心的给我讲解了许多关于PLC、水位平衡原理相关的知识，并在设计过程中所遇到的难题都给了非常重要的意见，本次设计能够有较好的主体框架也得益于苏老师的指导，导师渊博的知识、严谨的治学态度、崇高的敬业精神与为人师表的风范，使我受益匪浅，在此，谨向苏老师表示我最衷心的感谢。我要感谢关心我们毕业设计的系领导和各位老师，感谢你们三年来为我们付出的辛勤汗水；还要感谢学院图书馆给我们提供的各种资料。同时在此感谢四年来自动化各位老师的孜孜教诲和母校的细心培养，让我能有今天的进步，在以后的人生道路中上实现自己的价值！最要感谢的是我的父亲，母亲，一直以来对我的信任和支持，给与了我不断进步的勇气。在不久的将来，我希望用我的实际行动去回给他们同样的爱。鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计。在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各位老师给予批评和指正。

学生签名：张敬涛

日期：2012年1月

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