系统简介

现在PLC广泛应用于我们生活上的多个领域。这是因为PLC具有以下特点：易学易用，使用简单，维护简单、集成高。PLC未来会往集成能力加强，低成本、低容量和更大的通信容量的方向发展。水塔水位控制采用PLC系统，可以有效提高生产力，减少劳动强度。

关键词：高集成度；通信组网；水塔水位；PLC
。

1 PLC相关介绍

1.1 可编程控制器
可编程控制器,主要应用于工业环境。微处理器是其主要部件，简称PLC。PLC拥有用来运行逻辑运算的存储器。这个存储器可以进行程序解读，在工业生产环境有着很重要的作用。继电器-接触系统是由开关、接触器等元件构成的一种控制系统，完成工业生产的各种需求，现今仍广泛应用于各个领域，工作顺序条理有序。继电器-接触系统的产生影响着可编程控制器。非常适用于要求比较单一的领域，至今仍有广泛的用途。如果改变工作模式，就其硬件系统和接线等都会有等同的变化，这种变动的改造时间比较长久，价格也比较昂贵，所以客户会选择丢掉旧控制，选择使用另一个新控制柜。
由于当今工业生产的发展越来越迅速，在市场上的竞争力也越来越激烈，很多产品刚上架不久就必须更换新一代的产品以供应当前的需求，生产模式已经发生翻天覆地的变化，跟以往的生产模式完全相反，变得更实用方便，品种越来越多，批量越来越小。例如美国GM公司就发现了继电器的更新的速度慢，不符合当前的社会需求汽车公司（GM公司）。他们采用持续跟新，满足客户的需求，向世界提供一种标准，共同创造一种全新的工业控制装置，即GM10条。

以上就是PLC的最基本功能，PLC有着“更容易与工业控制系统形成一体”和“更好地扩大功能”的特点，与普通计算机大有不同。可变控制器受到了比继电器-接触器的控制更广泛地应用，这是因为可变控制器具有可靠性强，计算机功能丰富，具有逻辑控制能力，大量减少了设计接线的步骤，可变控制器操作简单，通俗易懂，就算不了解计算机的使用者也可以使用，大量减少了工作人员在编程上花费的时间，把精力集中于该怎么发挥装置的功能，很多地方都需要这种技术，比如输入、输出电平。采用编程控制，可实现控制功能，具有灵活性。硬盘驱动器的设计和跟踪程序该控制器使用先进的计算机语言和面向过程控制和面向问题的编程语言。它的符号语言对不熟悉计算机的人来说很方便。因此，员工不需要花太多的精力来编程，他们只需要专注于如何使用设备。作品输入和输出连接到主电源，可以很容易地在一个控制系统。因此，公司广泛应用于工业的各个领域。随着科技的发展，大量其他装置不断出现，PLC的核心微处理器一直在更新，变得更加方便，使得PLC的发展很快。在二十世纪九十年代初，PLC几乎应用于所以工业控制领域。
1.2 PLC的基本结构
PLC也是一种计算机，但是它的原理跟普通的计算机不一样。它的核心是工业控制。不过硬件组成部分跟普通计算机差不多。如图1-1所示：

图1-1PLC控制系统示意图

2 用户程序存储区

系统程序存储区：即存放类似于计算机系统类的系统程序，由商家固定在可擦除存储器中，使用者无法直接获取该系统，这跟硬件共同决定了PLC的功能指标。
系统RAM存储区:包含了各种软设备和输入输出映像区，如：累加器、高速计数器、模拟量输入映像寄存器、模拟量输出映像寄存器、计时器等等
系统软设备存储区：该区有两种不同的存储区域，其中一种是当电源关闭时，数据仍能保持的存储区，电源关闭时由锂电池提供电能；另外一种时当电源持续开着时，那保存数据的存储区，但电源关闭时数据会被清除。
输入输出映像区：需要一定量的RAM去存放输入输出的数据内容，才能够将数据送到对应的设备。即存储数据的内容的单元。开关量和模拟量占据大小不一样。分别是1bit和16bit。
用户程序存储区：把客户的程序传送到该区，用户可以随时修改。
3.输入/输出模块
输入/输出模块是连接可编程控制器和工业生产流程的连接口，需要将接收到的输入量全部转换成标准电平和可以处理的数字信号，才能将输入量传送到可编程控制器，输出模块将接受的数据转换成可用信号，比如电动机、继电器。其形式也有很多种，数字类型就是其中的一种形式。在现代工业生产都有广泛地应用。这些模块还可以分为电流、电压、直流、交流等不同模块，这些模块都具有电平转换、过滤波信号等功能，可以更方便地处理出无期望的干扰噪音，有易于PLC内部对信号的处理。设计数字量模块的光合电路，其目的是分开PLC和外部电路，增强抗干扰功能。因为工业生产控制系统存在一些不断更改的模拟量，所以这些模拟量都需要通过模拟量输入/输出模块与可控制编程器的CPU连接，驱动特殊的信号，方便执行动作。在模拟电压或电流的标准化后，量子模块转换成八位、十位或十二位数字信号系统。将模拟CPU模块。标准电流范围内的电压或输出信号的二进制数字信号
4.扩展模块
随着科学技术的发展，现如今已经有很多厂家开发了一系列智能的接口模块，这样就可以避免PLC单元的1/0点数不够用的情况，可以更方便地使用PLC，使PLC的功能更加强大，提高工作效率。高速技术模块、阀门控制模块、智能存储模块等都使现今智能1/-接口模块的一部分。
5.编程器
编程器使可编程控制器一个重要的外部装置，编程器将客户数据传送到PLC的客户数据存储器，对数据进行加工处理、履行监控程序的步骤。目前按结构分，编程器有以下3中类型。简易编程器实用于较单元可编程控制的需求，简易编程器方便携带，运用命令形式缓存程序，根据一系列指令，然后显示器将结果显示出来。图形编程器通常用液晶显示器或者阴极射线管当作屏幕。把缓存的内容和给予输入输出和辅助继电器的占据状态、程序内各种数据内容，然后在履行程序和查找程序过程中将程序出现的错误显示出来。图形编程器可以于录音机、收音机、显示器等设备连接，有比较强的监控能力，由于它的价格比较昂贵，所以通常应用于中、大型可编程控制器的编程要求。通用计算机编程器也可以直接绘画成梯形图，具备很强的监控能力。编程和监控是编程器的主要工作方式，当PLC机器停止工作时，则进行编程工作，编程工作的主要内容是输入新的程序内容，或者将原本所存储的数据程序进行修改。监控工作则是对编程器的工作状态就行监视和跟踪，当某一装置停机时，监控工作则将进行跟踪，但也有一部分器件是监控工作无法进行操作的，比如搜索、监视和跟踪。所以有了编程器的监控功能，PLC中新输入数据和程序调试运行都得到很大的便利。显示部分和键盘部分是编程器的结构。液晶显示器作为编程器的显示部分，键盘有多种功能键，分别是单和双功能键。当今时代许多产品已越来越模块化，各种厂家、型号的PLC其输入/输出点数都不一样，当客户选择的PLC输入/输出点数不够时，就应该运用到对扩展系统，每个PLC都会有相应的扩展模板，客户可以根据这种模板做出选择。扩展模板主要有以下：模拟输入/输出模板、热点释扩展模板、电偶模板等等。运用扩展模板扩展系统，还有以下好处：
扩展模板扩展系统，可以节省经济消费，达到客户需要的各种功能和控制精度，可以随时进行升级系统，提高工作效率，更快达到目的。未来的模板会往智能模板发展，会更强大地提高控制精度，提高可靠性等等。
6.电源
由于系统的性能指标不一致，所以各种种类的电源的地线也就不一样。
电源的工作任务是把外部电源改变成运行时的电压。电源通过PLC内部固有的一个稳压电源，把电源转换，得到PLC自身电路所需的工作电源（直流5V、±15），并输出24V大小的电源供给外部元件。促使PLC负载的电源由工作人员提供。
PLC电源种类：
1、+5V、±15V直流电源
2、锂电池
3、高压大电流的功率电源
1.3 PLC的控制原理
最早发明制造的PLC主要是用于替代最先发明的接触器控制设备，但这两个的工作原理是有很大的不同。
继电器的控制装置有着独特的运行方式，这跟PLC的工作原理大有不同。逻辑和程序一起进行的模式是继电器的特点。当线圈停止供电时，继电器上的所以触点都会立即运行。而PLC的CPU跟这种工作原理不同，即使线圈停止供电，所有触点也不会立即运行，是等到运行到那个触点才会运行。
因为继电器控制装置和PLC分析用户程序运行时间存在差异，PLC采取了一种与一般计算机工作原理不一样的技术去解决继电器和PLC两者因工作原理不一样造成的差异，这种技术叫做扫描技术。这种技术完美解决了应I/O响应要求不高的情况下，PLC与继电器控制装置都可以使用的情况。
如下图所示，该图是PLC扫描周期图，在整个工作过程中，PLC按一定的运行速度重复周期运行，直到完成工作。

图1-2 PLC扫描周期图
1、输入采样阶段
PLC在输入过程中的应用一步一步地读取所有的状态数据通过扫描序列存储在I-A图像区域对应的单位。在用户输入完整的预览，运行和出口恢复阶段被转移。在这两个步骤中，即使输入一步一步的数字，在一个区域中的对应的数字不改变。月亮的变化因此，如果输入脉冲信号，脉冲宽度必须大于主轴电路，以确保数据可以读取
2、用户程序执行阶段
当PLC结束输入采样阶段时，数据传送到用户程序执行，PLC的运行总是自上往下地识别客户所传入的程序，进行一系列的步骤。PLC会刷新客户输入的程序，按照梯形图的方式进行扫描。首先会扫描控制路线，按照从上到下、从左往右的规则进行解读程序，最终得到理想得逻辑结果。然后得到这个输出线圈在I/O区得结果。这个过程种，即使输入点在I/O映像区的数据发生变化，最终得到的结果也不会有所改变。但是不在这个区内的变化就会随着改变。梯形图造成影响不会发生变化的只有输入点在I/O映像区的数据。
3、输出刷新阶段
完成上面两个阶段后，就会进行输出刷新阶段。PLC真正的输出是得到I/O映像区的控制电路，然后通过电路装置得到对应的外设。
如下图所示代表着PLC的周期，每一个步骤的运行时间总和就是周期时间。如图1-3所示

图1-3 PLC扫描周期示意图
1.4 PLC的特点
1、高可靠性
采用严格的生产制造
采用性能指标完美的电源
采取了抗干扰能力强的模块
采用滤波时间短的滤波器
拥有极强的诊断功能，当PLC出现故障时，CPU会自动有效解决故障以避免出现更大的异常
中型PLC不仅仅只有一个CPU，还可以两个CPU，运行速度更快，安全性高，可靠性强。
2、丰富的I/O接口模块
拥有多种不同的输入输出接口模块，在不同的工业生产上有不同的选择，比如：交流或直流、阻抗或感抗，模拟量或开关量；高电平或低电平，脉冲或点位等等。有对应的I/O模块与，比如：衔铁；电磁线圈；继电器；控制阀等直接连接。
3、采用模块化结构
随着时代的发展，现如今已经使用模块化结构去适应各种工业控制需要，单元式的小型PLC就不用采用这种结构。PLC的各个器件，CPU，电源，输入输出都使用模块化结构，然后通过机架与电缆将各模块连接起来，最好通过客户的需求进行组合。
4、编程简单易学
编程简单易学，即使不是对计算机有一定理解的用户都可以弄懂原理，PLC的编程大部分是采取类似于继电器控制线的梯形图样式，所有容易被工程技术人员所掌握。
5、安装简单，维修方便
安装PLC不需要相应的机房，能够在各种工业生产环境下直接操作。使用者可以简单清楚地了解运行情况和排查故障。

3 水塔水位控制系统PLC硬件设计

2.1 水塔水位控制系统设计要求水塔水位控制
原理图如图2-1所示：

图2-1水塔水位控制原理图
水塔水位的运行原理
系统开始运行，首先判断水池水位是否比下限低，如果不是，则系统结束运行。如果是，将打开电磁阀，开始注水。4S后再判断水位是否高于下限，如果不是，系统会报警。如果是，分两种情况进行。第一种情况是水池继续进水，等到水池水位比上限高时，电磁阀则会关闭，结束运行。另一种情况是继续判断水塔水位是否比下限低，如果不是，则结束运行。如果是，水泵启动，往水塔注水。注水注到水塔水位高于下限，继续注水，当水位高于上限时，水泵停止，结束运行。或者当水池水位低于下限时，结束运行。
2.2 水塔水位控制系统主电路
水塔水位控制系统主电路如图2-2所示：

图2-2水塔水位控制系统主电路图

4 水塔水位控制系统PLC软件设计

3.1 程序流程图
下图是根据要求设计的水塔水位控制系统的PLC控制。

图3-1水塔水位控制系统的PLC控制流程图

结论

经过这段时间的付出，我的毕业设计完成了。毕业设计不仅仅是对大学时期所学知识进行总结，更重要的是通过毕业设计找到自己的不足，检验自己各方面的能力。通过这次毕业设计让我对PLC和组态软件的知识有了更深的认识，也是通过这次机会，提高了我的动手能力和解决问题的能力。PLC的基本结构、PLC的工作原理、PLC未来的发展等等有了更加深刻的认识，更加理解了水塔水位的运行方式，在理论知识方面也有了更深刻地理解。在运用组态软件时，一开始有一些细节没处理好，导致得出得结果不理想，通过网上学习和向同学老师请教，逐一解决这些问题，最后得到理想得结果。