基于 PLC 制药厂水处理的自动控制系统简述

第一篇：基于 PLC 制药厂水处理的自动控制系统简述

基于 PLC 制药厂水处理的自动控制系统简述

摘 要：近些年来随着人们对医药安全的不断担心，制药厂的安全生产和规范生产逐渐成为人们关注的焦点，因此高效稳定药厂供水系统是生产制备药品的一个关键所在。因此，如何设计出一套完整高效而有具有现代化特征的药厂水处理系统便显得十分关键了。基于PLC制药厂水处理的自动控制系统切实考虑了制药厂的用水需求。

关键词：水处理 PLC 预处理 电去离子

纯化水在医药产业中有着相当广泛应用。在药品生产中，无论是窗口洗涤，还是原料、制剂的生产都是离不开水的。随着技术的发展现在现在生产基本上都是自动化生产，于是PLC的运用就越来越广泛，在水厂这样工作量繁重的地方已经充分的实现生产自动化，可是虽然自动化已经很高了。但是依旧还是有问题，主要是在设备安全方面。全自动化就需要设备能安全的运行，如果不能安全的运行就会产生很严重的事故。容易引起这些事故发生的一些比较重要的原因还有我国生产这些机械的行业不够发达，和先进国家有着一些差距，这些差距体现在制造设备的材料，还有就是在对设备进行加工有比较鲜明的差异，就造成了在生产安全中的差距，国内自主生产的设备在实际运行的过程中比较常见的问题就是运行不稳定，总容易出现破损，成为困扰生产的主要难题之一。

PLC这种系统的优点就在于容易掌握、价格便宜，当时的控制要求可以得到满足，因而得到了广泛的应用，这也就是在一段时间内，继电接触器控制系统得以主导这个行业。不过，随着电气产业的不断发展以及大型工厂生产线的相继出现，继电器的体积笨拙、稳定性低以及功能不完善等缺点日益明显。单一的功能，复杂的控制功能难以实现，尤其是它的通用性和可移植性差，这些缺点难以适应现代企业的生产需要，因而就需要一种新的装置来替代它。它替代继电器，从而实现了逻辑控制。随着当今科技的进步，它不仅仅是逻辑控制了。

一、PLC概述

（一）PLC特点

选择PLC作为控制芯片主要是应为完善的功能具有较高的实用性；拥有较强的抗干扰能力适合在工厂复杂的环境当中进行处理做到安全可靠；丰富的接口可以对多种设备进行控制，做到真正的中心控制集中处理；在此基础上简单地开发工作非常适合工业控制的要求。软件编程设计时根据外部传感器接收的各种数据信号通过SIMATIC Manager STEP 7编程软件对控制器程序的编写，完成对水处理的流程的控制设计。编写通信程序使用的是西门子公司的WINCC软件进行编写，通过编写的软件界面实现对处理过程的显示。通过监控系统对水处理过程当中各个控制节点的参数进行实时监控，通过动态参数的分析掌握处理过程的变化趋势，达到及时发现及时处理的目的，能够在内部执行运算，还能够进行顺序控制等指令，它还能通过输入接口达到对各种设备的控制，也可以通过输出。

具有以下几个特点：

1.可靠性高，抗干扰能力强

在实际生产中往往对设备的控制要求非常的严格，还需要具有抗干扰能力，有的工作环境比较的恶劣他也能在这样的地方工作，发生事故的次数比较少。这就是PLC的一个比较明显的特点。

2.编程简单，使用方便

PLC的另一个明显的特点就是编程比较简单，基本上PLC都是用梯形图进行编程，这样既清晰大方还容易被大家所接受，与常用的汇编语言相比，更受人们的欢迎。

3.控制程序可变

PLC的程序具有普遍的适应性，不会随着设备的变化而发生明显的变化。

4.功能完善

现代PLC拥有越来越大的功能，可以不随着设备地点等变化而做过多的变化，同时向着人性化发展。

5.扩充方便，组合灵活

PLC的扩充单元也花样很多，能够满足不同要求的需要。为了满足实际中的控制需要，除了一些比较小的PLC，剩下的很多PLC都是利用模块化的结构。PLC组件的模块化设计，包括CPU，电源，然后在他们之间使用框架和电缆连接，然后组装模块可以选择。

6.丰富的I/O接口模块

为了能够和各种工业设备的相互连接，PLC不仅拥有最基本的部分（如CPU，存储器等）外，还有非常丰富的I/O接口模块。因为有着不一样的现场信号，所以就要设计出和他相匹配的I/O模块，通过这些模块跟设备连接起来。

（二）PLC分类

1.PLC的分类

按照I/O点的数量分：小型机、中型机和大型机三种；

按照结构形式分：整体式结构和模块式结构。模块式结构式由各种标准的模块单元组合而成，这些标准模块包含有电源模块、输入模块、输出模块和通信模块等各种特殊功能模块。

2.PLC的特点

（1）抗干扰能力强，可靠性高；（2）控制系统结构简单，通用性强；（3）编程方便，使用简易；（4）功能完善；（5）设计、施工和调试的周期短；（6）体积小，维护操作方便。

（三）PLC选型

PLC可以根据CPU带的I/O点数来分配，根据点数的不同可以分出几种不同的PLC。分别可以叫做小型，中型还有大型PLC。还有可以插卡式的PLC以及可以兼容的PLC，一套比较完整的的PLC有CPU模块、电源模块还有一些输入输出模块。而且这些模块都是插在一块背板上。

根据实际需要PLC我使用的是西门子S7-300系列，他的内部中央处理器为CPU315-2DP。CPU315-2DP他内部里面含有48KB的RAM，存储器的大小为80KB，如果存储空间不够的话还能够用存储卡，最多能够扩展到512KB。而且CPU315-2DP还是带有现场总线接口的CPU模块，能够扩展四个机架。

（四）PLC的应用

PLC这种系统的优点就在于容易掌握、价格便宜，当时的控制要求可以得到满足，因而得到了广泛的应用，这也就是在一段时间内，继电接触器控制系统得以主导这个行业。但是，随着社会生产力的进步和提高，继电接触器控制系统的缺陷渐渐显现出来：大体积的设备、不高的可靠性、单一的功能，复杂的控制功能难以实现，尤其是它的通用性和可移植性差，这些缺点难以适应现代企业的生产需要，因而就需要一种新的装置来替代它。PLC的应用面非常广泛，在工厂自动化和计算机集成控制系统内占有举足轻重的地位。

二、PLC的组成

不同厂家的PLC的具体结构是不同的，但是其基本的组成部分都相似，构成原理也基本相同，需要根据具体的应用去选择PLC设备的型号，需要扩展PLC子站及远程I/O模块，所以选择西门子公司的S7-200作为主机。200在对信号的处理方面更加精确，功能更加强大，组态方便，控制稳定，而且PLC200可以根据系统的具体要求随时增加各种扩展模块，维修时更换模块也很方便。从组成形式上一般分为处理器、电源、输入输出设备等。PLC的组成如图 2-1所示。

第二篇：机械手PLC自动控制系统的设计毕业设计任务书

浙 江 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计（论 文）任 务 书

分 院 电气工程分院 专 业

电气自动化技术 班 级 学 生 学 号

指导教师 陈 怀 忠

一、课题名称: 机械手PLC自动控制系统的设计

二、内容和要求: 控制要求

工件台A、B上工件的传送不用PLC控制;机械手要求按一定的顺序动作,启动时,机械手从原点开始按顺序动作.停止时,机械手停止在现行工步上,重新起动时,机械手按停止前的动作继续进行。为满足生产要求，机械手设置手动工作方式和自动工作方式两种，而自动工作方式又分为单步、单周和连续工作方式。

1.手动工作方式。利用按钮对机械手的每一步动作单独进行控制，例如按“上升”按钮，机械手上升；按“下降”按钮，机械手下降。此种工作方式可使机械手置原位.2.单步工作方式.从原点开始,按自动工作循环的工序,每按一下起动按钮,机械手完成一步的动作后自动停止.3.单周期工作方式.按下起动按钮，从原点开始，机械手按工序自动完成一个周期的动作后，停在原位。

4.连续工作方式。机构在原位时，按下起动按钮，机构自动连续的执行周期动作。当按下停止按钮时，机械手保持当前状态。重新恢复后机械手按停止前的动作继续进行工作。1：根据控制要求选择硬件。

2：分析所要用的各种输入、输出口。

3：画出流程图、通道分配图、I/O口接线图。4：根据以上所述，用逻辑指令设计梯形图程序。

三、参考资料：

[1]张进秋,等.可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004 [2]王淑英,等.电气控制与PLC的应用[M].北京:机械工业出版社，2007 [3]吴丽,等.电气控制与PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2008.[4]汤以范.电气与可编程控制技术[M].北京:机械工业出版社,2004 [5] 王兆义.可编程控制器教程[M].北京:机械工业出版社,2003.[6]高钦和.PLC用用开发案例精选（第2版）[M].北京:人民邮电出版社,2008.[7]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.[M].北京：人民邮电出版社，2004.[8]廖常初.PLC编程及应用，2002.[9]周继功.PLC在机械手中的应用研究，河北北方学院学报，2005.8.[10]杨存智.PLC在自动化生产机械手中的应用，机床电器，2006.1.[11]王丽伟等.机械手的PLC控制，机床电器，2006.3.[12]张群生.机械手的PLC控制系统，装备制造技术，2007.5.[13]熊幸明等.一种工业机械手的PLC控制，微计算机信息，2006.7.[14]孙兵等.基于PLC的机械手混合驱动控制，液压与气压，2005.3.四、起讫日期及进度安排

起讫日期： 2008 年 10 月 6 日 至 2009 年 5 月 24 日

进度安排：

2008年10月6日~2008年11月14日 查阅资料，对该课题进行认识，确定初步设计方案，完成开题报告。

2008年11月15日~2009年1月9日 根据初步编程的结果，初步完成硬件的设计,决定各部分的程序的工作情况, 初步完成该课题的主要内容，完成中期检查表。2009年2月10日~2009年5月3日 毕业实习（继续完成设计）2009年5月4日~2009年5月15日 返校，完善毕业设计材料 2009年5月16日~2009年5月22日 教师审核毕业设计 2009年5月23日~2009年5月24日 毕业设计答辩

指导教师（签名）： 年 月 日

五、教研室审核意见：

教研室主任（签名）： 年 月 日

六、毕业设计工作委员会审核意见：

主 任（签名）： 年 月 日

第三篇：反渗透膜在制药厂水处理系统处理作用

反渗透膜在制药厂水处理系统处理作用

去除热源是制药用水系统设计建造的重要目标之一。自来水的预处理开始，直到注射用水的使用点，贵阳医院水处理的许多工艺环节都考虑了去除热源的要求，如活性炭过滤、有机物去除器、反渗透、超过滤及蒸馏。

1、反渗透

反渗透膜的孔径最小，按其阻滞污染物(包括热源)的分子量大小计，一般在100~200之间。由于热源的分子量在5×104以上，其直径大小一般在1~50μm之间，因此能被有效去除。

2、超滤

超滤除热源型超纯水机技术它利用筛分、静电吸附、架桥，利用微孔滤膜拦截直径比较大的那一部分热原物质。应当指出，这种去除是很不完全的，直径比较小的热源物质会通过0.22μm的微孔滤膜，微小的热源可以透过0.025μm的滤膜，最小的热原体可以穿透所有的微孔滤膜，污染水体。由于热原分子量越大，致热作用就越强，因此利用微孔滤膜进行除菌过滤时，客观上可能会起到某些截留热原的积极作用，但它不能作为去除热源的可靠方法而单独使用。

其实超过滤、微滤和反渗透均属于膜分离技术，它们之间各有分工，但并不存在明显的界限。超滤膜孔径大的一端与微孔滤膜相重叠，小孔一端与反渗相重叠。超滤的过滤介质具有类似筛网的结构，而过滤仅限于滤膜的表面。

3、吸附法除热源

由于热源不具有挥发性。因此去除热源最有效的方法是蒸馏法。在多效蒸馏水机中，将纯化水蒸馏，无挥发性的热源仍留在纯化水中成为浓缩水，以旋风分离法进行离心分离，收集已去除热源的蒸馏水，将有热源的浓缩水排放。用这种分离方法一般可使热源的污染水平降低2.5~3个对数单位。各种型号的老式蒸馏水机去除热源的能力要差一些，但蒸馏作为一种去除热源的有效方法是可以肯定的。

第四篇：游泳池水处理系统的PLC设计

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 I 页

游泳池水处理系统的PLC设计

摘 要

在工业不断发展的今天，人们更加追求自动化的同时可编程序控制器映入了我们的眼帘，可编程序控制器在各行各业的应用不断增加，让我们看到他的应用之广泛，此次设计是在游泳池水处理自动控制方面的一个具体体现，正文介绍了可编程序控制器（PLC）、西门子S7-300 CPU313及温度传感器在游泳池水处理系统中的应用及PID调节。本设计在详细了解了S7-300 PLC的结构、用法，以及游泳池水处理系统的工艺流程的前提下，运用PLC对水处理各环节进行精确的控制。引入PLC后，比传统的游泳池更加安全、可靠，更加节省人力资源，操作简单，节省硬件等诸多优点，随着市场的开放与不断扩大许多国外的品牌不断涌入我国，我们可以选用更适合要求的产品。选用合适的PLC有利于系统的完美发挥，无论是从抗干扰能力或是其他方面PLC控制的系统都是当前最具实力的产品。

关键词：可编程序控制器；S7-300；PID温控

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 II 页

PLC designing of natatorium water processing system

Abstract With the development and advancement of industry, the Programmable Logic Controller that has been widely applied in a lot fields has become focus nowadays.This designing is a material and concrete exhibition in the aspect of natatorium water processing system.This article mainly illustrates PID regulation and the application of Programmable Logic Controller---PLC, Siemens S7-300 CPU313 and temperature sensor in the natatorium water processing system.The article has detailed introduced the S7-300 PLC structure and usage.Furthermore, it has completely complained the process of circulation water processing system and temperature regulation, as well as the concrete operation process.Comparing to the traditional one, the PLC controlling system has made the natatorium more safe and credible.Moreover, it not only can be operated easily, but also can save a lot of human resource and hardware for us too.As people have known, Programmable Logic Controller has become the developing trend of industrial automation.Due to the open and distensible market, a lot of foreign products of PLC that provide more choices for us have entered.As people have known, a good choice of PLC will make the system more perfect.Keywords：Programmable Logic Controller ；S7-300；PID temperature control

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 III 页

目 录

摘 要.........................................................................................................................................I ABSTRACT...........................................................................................................................II 1 绪 论....................................................................................................................................1 1.1 引言..................................................................................................................................1 1.2 国内外游泳池水处理方式..............................................................................................1 1.3 本课题研究主要内容......................................................................................................2 1.4 课题研究的意义..............................................................................................................2 系统概述.............................................................................................................................4

2.1 设计要求..........................................................................................................................4 2.2 控制系统简介..................................................................................................................4 2.3 控制系统要求..................................................................................................................5 2.3.1 水循环及过滤部分...................................................................................................6 2.3.2 水质检测及加投药部分...........................................................................................7 2.3.3 恒温加热系统控制...................................................................................................7 PID温度控制...................................................................................................................11

3.1 基本概念........................................................................................................................11 3.1.1 比例调节（P调节）..............................................................................................11 3.1.2 积分调节（I调节）...............................................................................................11 3.1.3 微分调节（D调节）.............................................................................................12 3.2 PLC中的PID控制实现方法........................................................................................12 西门子S7-300及硬件设计........................................................................................15

4.1 PLC的简介....................................................................................................................15 4.1.1 PLC的特点..............................................................................................................15

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 IV 页

4.1.2 PLC的分类..............................................................................................................16 4.2 PLC的基本组成............................................................................................................16 4.2.1 主机.........................................................................................................................16 4.2.2 编辑器.....................................................................................................................18 4.2.3 I/O扩展和其他外围设备........................................................................................18 4.3 PLC的基本工作原理和工作方式................................................................................18 4.4 硬件介绍........................................................................................................................19 4.4.1 数字量模块.............................................................................................................19 4.4.2 模拟量模块.............................................................................................................20 操作与软件部分.............................................................................................................22

5.1 水循环控制过程............................................................................................................22 5.2 恒温加热部分控制........................................................................................................23

结 论......................................................................................................................................24 致 谢......................................................................................................................................25 参考文献...............................................................................................................................26 附 录......................................................................................................................................27

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 1 页 绪 论

1.1 引言

随着社会的不断发展人民的生活水平也在不断提高，人民对物质、精神生活不断提出新的要求，健身、游泳、等娱乐活动不断增加，游泳逐步成为一项群众性的休闲娱乐活动。在炎炎夏日，游泳场馆更是变成了人们消暑纳凉的消费场所。特别是在暑期，热浪滚滚，酷热难耐，许多家长带着放假的孩子，兴致勃勃地嬉戏畅游在游泳池之“蓝天碧水”间。而在最热的时候，游泳场馆更是天天爆满，随之而来对这些活动的客观要求也不断提出了新的标准与要求，对游泳的环境和各方面的要求也逐步提高。近几年来，集娱乐、休闲与健身为一体的游泳场馆的需求与建设可谓方兴未艾，国家级大型游泳馆、各种公共游泳馆、家用游泳池、星级宾馆的室内游泳池等遍及全国城镇。游泳池、水上乐园像雨后春笋般涌现，其中许多游泳池已跳开古板的传统模式，摹仿国外的先进经验，设计更新颖，融健身性、娱乐性于一体，更具吸引力及生命力。

1.2 国内外游泳池水处理方式

为了节约用水，保护水资源保证水质及卫生指标，绝大多数游泳池采用循环净化给水方式。但由于我国游泳场馆的发展相对较晚(二十世纪九十年代中后期才真正开始大规模发展)，所以在运行管理方面和给排水的设计方面积累总结的经验较少，缺乏系统的分析与交流，且游泳池的实际运行与规范下的设计存在着较大的差异。就水处理系统来说，目前规范基本上是按市政给水处理厂的要求来制定的，在设计中均是按照规范中的专业比赛用连续处理运行来设计的，而在实际运行过程中，无论是水质还是投药管理等，均不同于设计与规范，造成了水处理场地及设备的极大浪费，无形中增大了建设投资费用。另外大多数游泳场馆未配制专业技术人员参与运行管理，因此，在实际运行过程中，因各种原因发生了较大的水耗、热耗及电耗，并造成了不必要的水质超标甚至恶化，给经营带来较大的负担与影响。鉴此通过对现有设备下的游泳池的研究，对于进一步节水、节能，降低运行成本有着重要的经济意义，并由此总结实践经验，进行理论分析，从而提出游泳池水处理的优化设计。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 2 页

1.3 本课题研究主要内容

现代游泳池主要分三大部分：一是循环及过滤部分，二是水质检测及加投药部分，三是恒温及加热部分。水处理循环系统是整个系统最为关键的地方，主要由两台循环水泵互为备用，循环水泵是为提供循环动力及循环处理水量而设置。循环水泵的自动过程由两台泵互为备用(1 # 泵和2 # 泵)，且8小时自动切换和非正常停泵自动起动备用泵(如加热继电器动作等)。起动过程由两台泵轮值起动，即在程序中设定一个起动泵号N(N = 1、2)，当第一次进入水循环主程序时，首先读取泵号N(并令N 加1)，决定首先开启哪一号泵，若无故障运行后，且在一个周期内要求停泵，当再次进入水循环主程序时，则起动当前泵。以此，来减小某一台泵因连续工作而引起的损耗。实际证明此方法可行且有效。当某一台泵出现故障需停机时，需等待该泵完全停止后，方可开启另一台泵，否则会出现局部回流现象，极易损坏水泵，因此，在起动另一台水泵时，有一个10s 的延时。为了补充因各种原因所造成的池水热损失及加热补充水需设置换热设备。目前，国内采用的是快速式换热器和新型板式换热器。恒温加热部分由PLC可编程序控制器来控制，恒温及加热控制主要采用PID调节，输出控制信号由PQW288输出控制伺服控制器来控制蒸汽调节阀的开启度，定量地给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。水池温度的检测通过两个途径获得：一是水池温度；二是蒸汽调节阀进水池布水口的温度。检测蒸汽进水池的温度目的是为了与水池温度相比较，不致两者温差过大，以免造成人员短时间内不适应或受伤。I2.3控制条件为紧急停止信号，由值班人员发出。水质检测都是通过检测仪器送来的模拟量检测信息，输入到模拟量模块进行处理，处理后根据水质标准确定控制量，分别控制各药剂精确计量泵，加投水处理药剂。各模拟量输入的处理及控制都基本相同。絮凝剂加投的前提是循环水泵开启，若循环水泵未开启，絮凝剂加投后，也只是在局部起作用，不仅浪费资源，更使水质变差。

1.4 课题研究的意义

本设计主要着重介绍各环节的控制和操作过程及原理，选用的控制设备也比传统的设备更为先进，目前可编程序控制器在整个电气控制领域已经占领主导地位，发展的也是非常迅速，它的控制方式采用可编程序控制器进行控制。PC或PLC，它是在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有的功能强、可靠

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 3 页

高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外以广泛应用于自动化控制的各个领域，并成为实现工业自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快。除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多的采用PC控制系统取代的继电器、接触器控制系统。国产化的小型PC性能也基本达到同类国外产品的技术指标。目前PLC已广泛用于冶金、化工、轻工、电力、建筑、交通、运输等各个行业[1]。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 4 页 系统概述

2.1 设计要求

1．循环水泵的自动过程由两台泵互为备用，8h自动切换和非正常停泵自动起备用泵。

2．温度控制精度1°C。3．采用可编程序控制器设计。4．画出原理图，编制程序。

2.2 控制系统简介

布水口游泳池布水口温度仪Ⅱ进池口水管热力蒸汽热交换伺服控制器温度仪ⅠPH仪余氯仪浊度仪出池口水管循环水泵1号过滤沙缸N过滤沙缸2号定时器絮凝剂加投消毒剂加投稀盐酸加投硫酸铜加投

图2.1 游泳池水处理工艺流程图

现代游泳观的池水处理系统类似与自来水厂的水处理系统，通过循环水泵将池水置

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 5 页

换出来检测水质，再通过化学和物理的方法调整水质，然后将达到一定水质标准的“净水”回灌进游泳池。本设计的游泳池水处理工艺流程如图2.1所示。通过循环水泵将池水置换出来检测水质，再通过化学和物理方法调整水质，然后将达到一定水质标准的“净水” 回灌进游泳池。一般检测项有浊度、过氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和pH值等。以pH值调节为例，当pH值过高，超过控制时，则通过精确计量泵加投稀盐酸以调低pH值，这就是化学的方法。再如当浊度达到一定值时，亦通过精确计量泵将絮凝剂（需搅拌）加投到循环泵前，絮凝剂可将水中悬浮物凝结成块，通过过滤沙缸把“浊水”过滤成“净水”回灌到泳池[2]。另外，沙缸还有反冲洗过程，就是当系统运行一定时间后，沙缸的沙层表面会积蓄很多的污物，使沙缸对水的阻力增大，流速减缓，过滤效果下降。因此，必须定期进行清除。清除的办法就是使水流反方向流动，如图2.2所示。温度仪I、II进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模块送到PLC，由PLC处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由PLC的PID指令控制。经PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温[3]。

进水F1F3F5F2废水F4沙缸

图2.2 沙缸反冲洗工作示意图

2.3 控制系统要求

该系统按只检测浊度、余氯、pH值和温度等几项来配置，PLC按输入/输出点数、通信接口数等技术要求选定，检测仪、泵、伺服控制器及操作系统根据工艺流程选定或按甲方要求选定。

具体硬件配置如下：西门子S7-300 CPU313一块，SM321、SM322的数字量模块各一块，SM331S、M332模拟量模块各一块；德国普罗明特温度传感器——变送器两支，辽宁科技大学本科生毕业设计

第 6 页

浊度仪、pH仪、余氯仪各一台；高温电动伺服阀一台；精确计量泵四台；循环水泵两台；大厅显示屏（自制）一台；5.7in台达触摸屏一台；控制柜（定制）一台。2.3.1 水循环及过滤部分

水循环主程序开始启动准备N手动自动？Y启动1号泵Y故障？NNNY停泵？停泵延时10s计时8小时？停泵延时10sY启动2号泵Y故障？NN计时8小时？停泵？NYY总停水循环主程序结束

图2.3 水处理主程序流程图

水循环及过滤部分主程序流程图如图2.3所示。循环水泵的自动过程由两台泵互为备用，8h自动切换和非正常停泵自动启动备用泵（如热继电器动作等）。循环水泵的手

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 7 页

动过程，只是配合自动过程的辅助手段，手动状态除操作两台泵的起/停以外，还担当过滤缸反冲洗过程的操作。

正常情况下，水流的方向是F1入F4出，其他阀门关闭。反冲洗时，水流从F2入F3出，其他阀门关闭。污物被反向的水流带走而排入污水管道。反冲洗持续时间需根据实际情况现场调整。从反冲洗结束到正常过滤状态中间有一个过渡状态，这段时间水流不应流入泳池，因为此时水流不稳且有残余杂质存在。因此这个过程的阀门状态是F1入F5出，其他阀门关闭。这个过程持续时间很短，通常在 1min 之内，需现场调整，最后，F5关闭，F4打开，反冲洗过程结束。反冲洗过程的触发条件一般有3个：压差反冲洗、定时反冲洗和手动反冲洗。这两个过程基本是物理的过程[4]。2.3.2 水质检测及加投药部分

水质检测都是通过各检测项目的检测仪器送来的模拟量检测信息，输入到模拟量模块进行处理，处理后根据水质标准确定的控制量，分别控制各药剂精确计量加投泵加投水处理药剂。各模拟量输入的处理及控制都基本相同，这里仅以浊度—絮凝剂为例说明模拟量输入及控制的基本方法[5]。浊度—絮凝剂流程图如图2.4所示。

从图2.5所示浊度控制曲线看出，要求浊度控制值在2~4NTU，5NTU为浊度报值，即当大于等于4NTU时开计量泵加投絮凝剂，当小于等于2NTU时关计量泵，大于等于5NTU报警。如果在编程时将控制值转换为程序刻度值，由于浊度仪输出范围是4~20mA。因此需分两步换算，如图2.6第一步，将2和4NTU对应的电流值求出来。第二步，由电流值计算出对应的转换值。即：

x2

4(204)2(204)410.4,x247.2（2.1）

1010

y12.3.3 恒温加热系统控制

10.4276487.22764814377,y299

53（2.2）

2020在环境温度和水温较低时，还需对池水进行加温控制。池水加温在泳池水处理中，也占有重要的地位。它是通过温度仪I、II进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 8 页

块送

浊度—絮凝剂主程序开始子程序7开始调用子程序7初始化预置采样计数器和清0调用子程序8计算平均值子程序7结束N循环水泵开？Y浊度 ≥ 4？N子程序8开始Y启动絮凝剂搅拌器从模拟量输入PIW4中取个值加到采样值中，采样计数器加1，直到最大采样数用移位求采样平均值3S后启动絮凝剂剂量泵N浊度 ≤ 2？子程序8结束Y关泵及搅拌器浊度—絮凝剂主程序结束

图2.4 浊度—絮凝剂流程图

图2.5 浊度刻度控制曲线

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 9 页

10量程/NTU27648刻度值4204y2y10x1x2I/mA(a)204x1x2I/mA(b)20

图2.6 浊度刻度值换算比例图

到PLC，由PLC处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由PLC的PID指令控制。经PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。该流程图仅介绍自动部分，如图2.7所示，该部分主要介绍池水（冬天）恒温PID调节，温度值向大厅显示屏传送的有关内容。标准PID控制允许将闭环控制器、脉冲控制器以及步骤控制器集成到用户程序中。带集成控制器设置的参数分配工具允许设置控制器，可在极短时间内优化使用。如果简单PID控制器不足以解决自动化任务，可使用模块化PID控制。可以互连所包含的标准功能块，创建几乎任何一种控制器结构。

恒温及加热系统主程序、子程序及中断部分梯形图恒温及加热系统主程序、子程序梯形图见附录。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的[6,7]。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 10 页

恒温 加热主程序开始Y模块有错？N调用温度控制模块？Y调用FB41 启动PID调节水温由PQW288输出N由I1.3启动伺服电动蒸气阀驱动电源恒温 加热主程序结束

图2.7恒温加热系统控制流程图

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 11 页 PID温度控制

3.1 基本概念

PID控制是比例积分微分控制的简称。PID控制是一种负反馈控制，在反馈控制系统中，自动调节器和被控对象构成一个闭合回路。在连接成闭合回路时，可能出现两种情况：正反馈和负反馈。正反馈作用加剧被控对象流入量流出量的不平衡，从而导致控制系统不稳定；负反馈作用则是缓解对象中的不平衡，这样才能正确地达到自动控制的目的。

PID控制具有以下优点 1．原理简单，使用方便。2．适应性强。

3．鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感 3.1.1 比例调节（P调节）

在P调节中，调节器的输出信号u与偏差信号e成比例，即：

uKCe

（3.1）式中KC称为比例增益。

比例调节的显著特点就是有差调节。采用比例调节，则在符合扰动下的调节过程结束后，被调节量不可能与设定值准确相等，他们之间一定有残差。比例调节的残差随着比例带的加大而加大。3.1.2 积分调节（I调节）

在I调节中，调节器的输出信号的变化速度du/dt偏差信号e成正比，即

duS0e

（3.2）dtt0或

uS0ed t

（3.3）式中S0称为积分速度，可视情况取正值或负值。

调节器的输出与偏差信号的积分成正比。积分调节器的特点是无差调节与P调节的

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 12 页

有差调节形成鲜明对比，只有当被调节量偏差e为零时I调节器的输出才会保持不变。然而与此同时调节器的输出却可以停留在任何数值上。这意味着被控对象在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量没有残差，而调节阀则可以停止在新的负荷所要求的开度上。I调节的另一特点是它的稳定作用比P调节差。

采用I调节时口制系统的开环增益与积分速度S0成正比。增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直到最后出现发散的振荡过程。3.1.3 微分调节（D调节）

调节器能够根据被调节量的变化速度来移动调节阀，而不要等到被调节量已经出现较大偏差后才开始动作，那么调节效果将会更好，等于赋予调节器以某种程度的预见性这种调节称为微分调节。此时调节器的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比。

即

uS2de

（3.4）dt单纯按上述规律运作的调节器是不能工作的。这是因为实际的调节器都有一定的失灵区，如果被控对象流入流出量只相差很少以至被调量只以调节器不能察觉的速度缓慢变化时，调节器并不会运作。但是经过相当长的时间以后，被调节量偏差去可以积累到相当大的数字而得不到校正，这种情况是不能容许的。

3.2 PLC中的PID控制实现方法

典型的基于数字PID的闭环控制系统。PLC的PID控制器的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再跟据离散方程进行控制程序设计。在连续系统中，典型的PID控制器的输入输出关系如下：

1M(t)Kce(t)TIT0e(t)dt1de(t) M0

（3.5）dtTD式中:M(t)为控制器的输出量，M0为输出的初始值，e(t)为给定值与被控变量的误差信号，Kc为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

将上式离散化，第n次采样时控制器的输出为：

MnKC(spnpvn)KCTST(spnpvn)KCD(pvn1pvn)

（3.6）

TITS

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 13 页

标准PID控制允许将闭环控制器、脉冲控制器以及步骤控制器集成到用户程序中。带集成控制器设置的参数分配工具允许设置控制器，可在极短时间内优化使用。如果简单PID控制器不足以解决自动化任务，可使用模块化PID控制。可以互连所包含的标准功能块，创建几乎任何一种控制器结构[8]。

FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的，用于控制开关量，其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST置位，当然也可在别的地方初始化它，关键的是要控制COM-RST；PID的调用可以在OB35中完成，一般设置时间为200MS，原理上，PID的调节节奏应该与其采样周期一致，这是数学模型应与物理过程一致的要求。这也就是FB41要在OB35中周期调用且OB35的周期要与FB41采样周期一致的原因。

当然，在OB1或其他FC、FB中调用FB41也是可以的，此时最好将OB1参数区中扫描周期作为FB41的采样周期。FB41参数的设置很灵活，可根据自己的习惯或应用的方便选择。

PVPER_ON ：是PID输入输出参数“PERIPHERAL化”的使能位，即将参数看成0~27648之间的整数。换个说法，就是PID的反馈值直接取自相应AIW通道，而PID输出则直接给出到AQW通道。参数整定由FB41完成。本设计用调节装置的启动标志来触发本位。

CYCLE ：采样周期。根据物理量变化快慢定，一般要求与FB41执行的周期一致，选择200ms。

SP_INT：PID的设定值。注意设定值与反馈值的单位一致。为了避免错误，建议将SP_INT转换为-100.0~100.0%之间无量纲的百分数，输入到FB41时，注意只取百分号之前的数即可，输入设定值38.8即23.5 ℃。

PV_PER：PID过程的反馈值，直接取自反馈量的PIW通道的A/D码。GAIN：比例系数。设定1。TI：积分时间。设定10min。

LMN_PER：PID的调节输出，直接对应调节输出AQW通道。

P_SEL： BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；选择有效。I_SEL： BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；选择有效。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 14 页

D_SEL ： BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用。

LMN_HLM：REAL：PID上极限，一般是100%。LMN_LLM：REAL：PID下极限；一般为0%。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 15 页 西门子S7-300及硬件设计

4.1 PLC的简介

可编程序控制器（Programmable Controller），简称PC或PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。近年来，国内在PC技术与产品开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越快地采用PC控制系统取代传统的继电器控制系统。国产化的小型PC性能也基本达到国外同类产品的技术指标。4.1.1 PLC的特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

为了确保PLC在恶劣的工作环境下能可靠的工作。在设计中强化了PLC 的抗干扰能力，使之能抗诸如点噪声，电源波动，振动，电磁干扰等干扰，能在高温高湿以及空气中存在有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作。PLC能承受电网电压的变化，可直接由交流市点供电，直接取自电控箱电源，即使在电源瞬间断电的情况下仍可以正常工作[9]。

电源电压： AC220 ±15% 抗振强度： 10Hz~55Hz 0.5mm 3轴方向各2h 抗冲击强度：10g 3轴方向各3次

抗干扰强度：1000Vp-p、脉宽1us、30~100Hz噪声 工作温度：0℃~55℃ 存放温度：-20℃~+70℃ 湿度：

35%~90%（不结雾）

耐压：

AC1500V 1min（各端子与接地端之间）2．编程简单，易于掌握

PLC在基本控制方面采用“梯形图”语言进行编程，这种梯形图是与继电器控制电路图相呼应的，形式简练，直观性强，广大电气工程人员容易接受，还可以采用系统流程

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 16 页

图和语句表方式编程，三种语言可有条件地相互转化，PLC这是PC优于微机的另一个特点。

3．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有机架和电缆将各模块连接起来。系统的功能模块可根据用户的实际需求自行配置，从而实现最家性能价格比。由于配置灵活，使扩展，维护方便。4．安装简便，调试方便

PLC安装简便，只要把现场的I/O设备与PLC相应的I/O端子相连就能完成了全部的接线任务，缩短了安装时间。5．网络通信

PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信 6．体积小，重量轻，功耗低。4.1.2 PLC的分类

1．按结构型式分类：整体式和模块式。

（1）整体式PLC是将电源，CPU，I/O不见都集中在一个机箱内。（2）模块式PLC是将PLC各部分分成若干个单独的模块。（3）叠装式PLC是将整体式和模块式结合起来。2．按PLC控制规模分类

（1）小型PC I/O点数在256以下，存储器容量2K步。

（2）中型PC I/O点数在256~2048点之间，存储容量是2K~8K步。（3）大型PC I/O点数在2048点以上，存储容量达8K步以上。

4.2 PLC的基本组成

从广义上说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的借口和更直接的适用与控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器，存储器，输入/输出接口，电源等[10]。4.2.1 主机

既PC本机，它就是以CPU（中央处理单元）为核心的一台专用计算机。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 17 页

1．CPU CPU在PLC控制系统中的作用类似与人体的神经中枢。是运算与控制中心。用来实现逻辑运算、算术运算，并对全机进行控制。它按照PLC中系统程序所赋予的功能，完成以下任务：

（1）接收并存储从编程器键入的用户程序和数据

（2）用扫描的方法接受现场输入设备的状态或数据，并存入输入状态表或数据积存器中。

（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等。

（4）在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读出用户的程序，经指令解释后，按指令规定的任务产生相应的信号，去启动有关控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换动作，完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。（5）根据运算结果，更新有关标志位数据寄存器和输出寄存器的内容，再由输出寄存器的位状态或数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表打印或数据通信等外部功能。（6）PLC的CPU包括三种：单片机、通用微型处理芯片、双极性位片处理芯片。2．存储器

（1）系统程序存储区

用以固化PLC生产厂家编写的系统工作程度，相当于单片机的监控程序或个人计算机的操作系统。在很大程度上它决定该种PLC的性能和质量用户无法更改或调用。（2）用户程序存储区

包括用户程序存储器（程序区）和数据存储区（数据区）两种。前者用于存放用户程序，后者用于存放用户在执行过程中使用的有关状态量或数值量以生成用户数据区。3．输入、输出单元（I/O单元）

I/O单元又称I/O接口电路，PLC程序执行过程中需调用的各种开关量（状态量）数字量或模拟量等各种外部或设定值，都是通过输入电路进入PC。而程序执行结果又是通过输出电路送到现场实现外部控制功能[11]。（1）输入接口电路

各种PC输入电路结构大都相同，其输入方式有三种： 接口输入12V或24V 交流输入100V~200V或200V~240V

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 18 页

交直流输入 交直流12V或24V（2）输出接口电路

为适应不同的负载需要，各类PLC有三种输出方式： 继电器输出 晶体管输出 晶闸管输出（3）电源单元

PLC对供电电源要求不高，可直接采用普通单相交流电。允许电源电压额定值在+10%~-15%范围内波动。4.2.2 编辑器

编辑器用作用户程序编制、编辑、调试和监视，还可以通过键盘去调用和显示PC的一些内部状态和系统参数。它接口与CPU联系，完成人机对话连接。它可分为简易型和智能型两种。前者只能用于联机编程，后者既可联机又可脱机编程。4.2.3 I/O扩展和其他外围设备

1．I/O扩展机用来扩展输入、输出点数

当用户所需的输入、输出点数超过主机输入、输出点数时，就要加I/O扩展机来扩展。

2．其他外围设备

根据系统控制的需要，PLC还可以通过自身的专用通信接口连接一些其他外围设备。[12]

4.3 PLC的基本工作原理和工作方式

PLC是采用周期性循环扫描，集中输入和集中输出的工作方式。这种工作方式的显著特点：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢，也就是说PLC以降低速度求得高可靠性。PLC处于（停止）工作状态，只进行内部处理和通信服务等内容，一旦进入（运行）状态，就采用周期性循环扫描方式执行用户程序。在正常情况下，一个用户程序扫描周期分为三个阶段组成。1．输入采样阶段

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 19 页

PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。所以一般来说，输入信号的宽度要大于一个少秒周期，否则很可能造成信号的丢失。2．程序执行阶段

根据PLC梯形图程序扫描原则，一般来说，PLC按从左到右，从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应的元件的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件的状态会随着程序而变化。3．输出处理阶段

在所有程序指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，最后经过输出端子驱动外部负载。

4.4 硬件介绍

具体硬件配置如下：西门子S7-300 CPU313一块，SM321、SM322的数字量模块各一台，SM331S、M332模拟量模块各一块；德国普罗明特温度传感器——变送器两支，浊度仪、pH仪、余氯仪各一台；高温电动伺服阀一台；精确计量泵四台；循环水泵两台；控制柜（定制）一台。

CPU313最大数字量I/O点128个，最大模拟量I/O点32个，可连接8块模板。内置20KBRAM最大可扩展512KB FLASHEPROM存储卡，64个计数器128个定时器。具有PID控制器。具有MPI通讯协议和自由方式通讯能力。4.4.1 数字量模块

S7-300有多种型号的数字量I/O模块可供选择 1．SM321数字量输入模块

SM321数值量输入模块主要有4种模块可供选择，即直流16点输入、直流32点输入、交流8点输入、交流16点输入模块。另外，还提供了直流16点输入带过程诊断和

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 20 页

中断的模块、直流8点输入带源输入模板，交流32点输入模板。2．SM322数字量输出模块

SM322数值量输出模块经过电平转换，信号可直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机，灯和电动机启动器等。按负载回路使用电源不同分为：直流输出模块、交流输出模块和交支流两用输出模块。按输出开关的种类不同又可分为：晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器触电输出方式。

SM322数字量输出模块有7种型号输出模板可供选择，即16点晶体管输出.、32点晶体管输出、16点晶闸管输出、8点晶闸管输出、8点继电器输出和16点继电器输出模块。选择模块时，因每个模块的端子共地情况不同，应根据模块输出类型和现场输出信号负载回路的供电情况选择。3．SM323数字量I/O模块

此模块有两种类型，一种是8个共地输入端和8个共地端，另一种上一带有16个共地输入端和16个共地输出端，两种模块特性相同。I/O额定负载电压DC24V，输入电压“1”信号电平为11V~30V，“0”信号电平为-3V~+5V。I/O通过光耦合器与背板总线隔离。输出具有短路保护。4.4.2 模拟量模块

1．SM331模拟量输入模块

SM331模拟量输入模块目前有三种规格型号：既8AI×12位模块、8AI×16位模块和2AI×12位模块。其中具有12位的输入模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参数设置等个方面都完全一样。

SM331输入模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路恒流源、光电隔离部件、逻辑电路组成。实际应用时可使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道。

SM331的每两个听到构成一个通道输入组，可以按通道输入组任意选择测量方法和测量范围。模块上需要接DC24V的负载电压L+，有反接性保护功能；对于变送器或热电偶的输入具有短路保护功能。2．模拟量输出模块

SM322模拟量输出模块目前有三种规格型号：既4AO×12位模块、2AO×12位模块、4AO×16位模块。其中具有12位的输出模块除通道数不一样外，其工作原理、性能、参

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 21 页

数、设置等各方面都完全一样。

这里4AO×12位模拟量输出模块为代表介绍SM332。SM332，4×12位模拟量输出模块，上有4个通道，每个通道都可以单独编程为电压输出或电流输出，输出精度为12位，模块对CPU背板和负载电压都有光隔离。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。3．模拟量I/O模块

模拟量输入/输出模块有两种规格：一种是4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为8位：另一种也是有4模入/2模出的模拟量模块，其输入、输出精度为12位。输入范围为0V~10V或0mA~20mA。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 22 页 操作与软件部分

5.1 水循环控制过程

当按下按钮SB0时，系统开始启动，按下SB1水循环自动控制系统启动，首先1号泵得电运转，当1号泵运转时，PLC内部计时器开始计时，当计时8小时后将自动切换到2号泵，当其中某一个泵运转的期间有故障非正常停泵，PLC内部设有监控装置，比如当1号泵非正常停转，PLC回在10秒钟后自动启动2号泵，当2号泵非正常停泵时，其内部指令也会在10秒钟后自动启动1好泵，两台泵互为备用。

总停开关SB2，当想停止运转整个系统时，可以通过此按钮停止所有动作，当按下此键后PLC内部有个切断两台水泵的中间继电器，当其得电时，两台水泵将失去供电而停止运转。

手动加反冲洗部分，当按钮SB3按下后2号泵会开始运转，当下按钮SB5时，可以停止2号泵，当按下按钮SB4后1号泵开始运转，如果想停止运转可按按钮SB6，则1号泵也会停止下来。按下SB8可以进行反冲洗过程，按下SB7结束反冲洗过程。

整个水循环控制过程：水循环主程序开始，启动准备，当无异常发生将进行自动控制，自动控制过程中可以切换到手动部分，由于手动操作直接简单就不在这里阐述了，当自动控制开始后首先启动1号泵，1号泵检测如果没有故障则开始进行计时当计时8小时后1号泵停转，自动切换到2号泵，2号泵也将进行检测如果没有故障也将进行计时，当8小时后自动切回1号泵，如果1号泵发生故障系统将决定是否停泵，如果停泵，经过10秒钟后切换到另一台泵继续工作，如果不需要停泵，系统将跳回启动泵的位置，重新进行检测，当整个水循环过程不需要时可以停止系统，则水循环主程序结束。

根据第二章水循环主程序流程图（2.1），写出控制梯形图程序（自动程序段），见附录。

其中T37为定时器PT为80s，1号泵和2号泵8小时长延时计时器，前8小时计时器由T37和C20组成： 80×360/3600=8h，Q0.2输出到1号泵接触器，M0.2为1号泵自动中继，M2.0为反冲洗中继，M2.2为1号泵手动中继。Q0.3输出到2号泵接触器，M0.3为2号泵自动中继，M2.0为反冲洗中继，M2.3为2号泵手动中继。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 23 页

5.2 恒温加热部分控制

当水循环过程开始运转后，可对水温进行调节与控制，当按下按钮SB9后，他通过设置在PLC内部的子程序来完成对温度的监控与显示，当发现水温发生过高或者过低时，可通过按钮SB10，系统将自动进行调节，可设置标准温度，当两个按钮都按下后，系统将很快很稳定的把温度调节在规定范围以内，由于他是不间断监控，所以调节速度会很快，SB10按钮是通过控制PLC内部的一个继电器来控制伺服蒸汽阀的，省略了人为调节过程，也避免了人为造作的超调量过高。其中SB9、SB10必须在水循环系统开始以后才可以进行调节的。

当池水温度过高或者过低时，通过出池口水温的测量，系统将根据设定标准是否报警，此系统的标准温度为23.5度，最低为20度，最高45度，如果超过45度或者低于20度，系统将发出响铃报警。

恒温及加热系统主程序、子程序及中断部分梯形图见附录。

其中I2.3由控制按钮操作，M22.3由按钮操作，开机运行中调用子程序。温度设定值=0.388对应温度值为23.5度，当PIW308≤11520时，其输出转换成温度值为20度，当PIW308≥17920时，其输出转换成温度值为45度，将这些数值编入程序，使伺服控制器定量控制蒸汽流量，使进水管与出水管温差不会过大。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 24 页

结 论

本设计通过对水处理工艺流程的研究，做出了水处理系统各环节的PLC控制程序和引入PID温度控制对恒温及加热系统进行调节，而且完成了对各环节控制程序的调试工作。PLC技术的应用使游泳池水处理的全自动可视化控制成为可能，使水处理系统的自动化水平及控制系统的可靠性、智能性和安全性都得到提高，很好地满足了人们对现代化游泳场馆的需要。同时也降低了能耗，减轻了工人的劳动强度，提高了管理效率。本系统采用 S7-300可编程控制器，很好地完成了预定的控制任务，取得了明显的经济效益和社会效益，具有非常好的推广价值和应用前景。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 25 页

致 谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里要感谢我的导师李福云老师。李老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩李老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下自动化专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢电信学院和我的母校—辽宁科技大学四年来对我的大力栽培。

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 26 页

参考文献

[1]吴中俊,黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005:67-70.[2]汪晓平.PLC可编程序控制器系统开发实例导航.北京:人民邮电出版社,2005:79-82.[3]方承诺.工厂电气控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005:56-59.[4]高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例[M].北京:人民邮电出版社,2005:90-93.[5]阚宝瑞.S7-300可编程控制器和组态王软件在游泳池水处理系统中的应用[M]．微计算机信息,2005.[6]童诗存,杨振坤,郭雪景,等.基于PLC的游泳池水处理控制系统[J].《自动化技术与应用》2006,25(2):19-21.[7]周万珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用[M].西安:电子工业出版社,2004:90-98.[8]Siemens AG.Programming with STEP 7 V5.2 [P].Manual,2003.[9]姜宝均.可编程序控制器的应用[J].水电站机电技术,1994,3:43-45.[10]史增芳,姜岩蕾.《可编程序控制器及应用》教学改革探索[J].机械职业教育,2006,1:22-24.[11]陈根正,郭庆健.可编程序控制器I/O点扩展方法研究[J].西安公路交通大学学报,1994,2:26-29.辽宁科技大学本科生毕业设计

第 27 页

附 录

OB1 游泳池水处理主程序

NETWORK 1 I0.0I0.1I0.4I0.7M0.0M0.0

NETWORK 2 M0.0ENFC100ENOFC101ENENO

NETWORK 3 I1.3M0.2I1.4M0.0M21.4M5.0M5.0M0.3

NETWORK 4 M5.0M5.1Q1.1

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 28 页

FC100 水循环系统程序 NETWORK 1 M0.1I0.3M1.0I0.4I0.5M0.3M2.0M0.2M0.2M1.6T40I0.6M1.1I0.7I0.1M0.2M2.0M0.3M0.3M1.5T38

NETWORK 2

Q0.2I0.4M0.1T39M0.4M0.4

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 29 页

NETWORK 3

T38M0.4Q0.2S_ODTSSQM4.0S5T#10STVBIT39RBCD

NETWORK 4

T39T38S_ODTSSQM4.1S5T#1STVBIT39RBCD

NETWORK 5 T38M1.1M1.5M1.5

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 30 页

NETWORK 6 Q0.3I0.7M0.1T40M0.5M0.5

NETWORK 7 M0.5Q0.2ST40M4.2S_ODTSQS5T#10STVBIT41RBCD

NETWORK 8

T41T40S_ODTSSQM4.3S5T#1STVBIT41RBCD

NET WORK 9 T40M1.0M1.6M1.6

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 31 页

NETWORK 10

T37M0.1T37S_ODTSSQM4.4S5T#1H20MTVBIT37RBCD

NETWORK 11

C20T37C21S_CDCDQM4.5M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

NETWORK 12 T37C20CDC21S_CDQM4.6M0.1SCVC#360C21PVCV_BCDRI0.0

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 32 页

NETWORK 13 M0.1C20M1.0C21M1.1

NETWORK 14 M0.1I0.1I1.1I0.4M2.2M0.2I0.2I1.2I0.7M2.3M0.3I1.3I1.4I0.4I0.5M2.0M2.0

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 33 页

NETWORK 15 M0.2Q0.2M2.0M2.2

NETWORK 16 M0.3Q0.3M2.0M2.3FC101水质检测及投药控制系统主程序 NETWORK 1 FC102ENENO

NETWORK 2 M9.0M9.1FC103ENENO

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 34 页

NETWORK 3 M0.3CMP ≤ IM5.2M0.2MW420IN1

9953IN2CMP ≤ IM5.4MW420IN114377IN2M5.4M5.2M5.5M5.5T44M5.5S_ODTSSQS5T#3STVBIT44RBCDT44M5.6

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 35 页

NETWORK 4 M5.5Q0.5M8.0

NETWORK 5 M5.6Q0.4M8.1

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 36 页

FC101 浊度平均值计算初始化

设置采样次数 NETWORK 1 I0.0M0.0PENMOVEENO0INOUTMW400ENMOVEENO256INOUTMW402ENMOVEENO0INOUTMW410ENMOVEENO0INOUTMW414ENMOVEENO0INOUTMW418

FC103 计算浊度采样平均值 NETWORK 1

M0.0ENPIW304INMOVEENOOUTMW412

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 37 页

NETWORK 2 CMP ≥ IENMW4120IN1IN20INMOVEENOOUTMW410

NETWORK 3 M0.0ENADD_DIENOOUTMD414MD410IN1MD414IN2ADD_DIENENOOUTMW400MW400IN11IN2

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 38 页

NETWORK 4

CMP ≥ IMW400IN1MW402IN2

I_DIENENOMW402INOUTMD402MOVEENENOMD414INOUTMD418DIV_DIENENOMD408IN1OUTMD418MD402IN2MOVEENENO0INOUTMD414MOVEENENO0INOUTMW400

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 39 页

OB35 PID温度控制 NETWORK 1 M5.0ENCOM_RESTMAN_ONM0.0M0.0M0.0PVPER_ONP_SELI_SELINT_HOLDI_ITL_OND_SELT#200MS3.880000e+001CYCLESP_INTPV_INPIW306PV_PERMAN1.000000e+000T#10MGAINTITDTM_LAGDEADB_W1.000000e+0020.000000e+000LMN_HLMLMN_LLMPV_FACPV_OFFLMN_FACLMN_OFFI_ITLVALDISVENOLMNLMN_PERQLMN_HLMQLMN_LLMLMN_PLMN_ILMN_DPVERPQW2889.700000e+0013.000000e+000

辽宁科技大学本科生毕业设计

第 40 页

第五篇：基于PLC的水位自动控制系统杨超

基于PLC的水位自动控制系统

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。

本文采用的是西门子S7-200PLC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、西门子S7-200PLC、水泵、传感器 Abstract At present, a large number of high living water and water gradually increased.Therefore, many units of self built water tower water reservoir to solve the water problem of the high-rise building.Initially, mostly with manual control, the artificial to accurate positioning hour monitoring of water level, it is difficult to accurately control the pump or pump stop.Shut down prematurely, resulting in water tower lack of water;or shut down late, causing water overflow, waste water, causing inconvenience to the users.The use of artificial control of the water level will cause water supply when unstable water.Later, the use of a water level control device so that the water supply situation has changed, but often using buoys or mechanical water level control Because of the failure of the mechanical device, the reliability is poor, which brings great trouble to the maintenance.Therefore, the traditional water supply control method is difficult to meet the present requirements.This is the SIEMENS S7-200PLC programmable controller as the water level automatic control system of the core function of the automatic control system of water level of demand analysis.The main method is through the actual water level sensor detects the water level, the specific information to the control module is composed of PLC, to control the water pump motor movements, and display the water level specific information, if the water level is below or above a certain value, we will send the hazard warning signal, finally realize the automatic water level.Key words: water level automatic control, SIEMENS S7-200PLC, water pump, sensor

第一章绪论

在工业生产中，电流、电压、温度、压力、液位、流量、和开关量等都是常用的主要被控参数。其中，水位控制越来越重要。在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。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。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同时，又有PID控制技术的发展，因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。

在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的水位进行自动控制。比如自动控制水塔、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操作系统中，稳定、可靠是控制系统的基本要求。因此如何设计一个精度高、稳定性好的水位控制系统就显得日益重要。采用PLC控制技术能很好的解决以上问题，使水位控制在要求的位置。第二章可编程器简介

2.1可编程控制器的产生

可编程控制器是60年代末在美国首先出现，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。控制器和被控对象连接方便。

可编程控制器的产生和继电器--接触器控制系统有很大关系。继电器--接触器控制已有百年历史，它是一种弱电信号控制电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修等优点。对于工作模式固定，要求比较简单的场合非常适用，至今仍有广泛用途。但是当工作模式改变，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件及接线都要作相应变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧的控制柜，另做一个新的控制柜使用，阻碍了产品更新换代。

随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，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求，此问题首先被美国通用汽车公司提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产品多样性的需求，公开对外招标，要求制作一种新的工业控制装置取代传统的继电器--接触器控制，对其新装置提出的要求就是著名的GM10条，即：

1.编程方便，可在现场修改程序； 2.维修方便，采用模块化结构； 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竞争； 7.输入可以是交流115V；

8.输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀； 9.在扩展时，原有系统只要很小变更； 10.用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。

1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。

PLC虽然问世时间不长，但随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。90年代以后，工业控制几户全部被PLC占领。国外专家预言，PLC将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAC/CAM）中跃居首位。

2.2 PLC的发展

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到70年代中期以后，特别是进入80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面都有了新的突破。这时的PLC已不仅仅是逻辑判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能，称之为可编程序控制器（Programmable Controller）更为合适，简称为PC，但为了与个人计算机（Persona1 Computer）的简称PC相区别，一般仍将它简称为PLC（Programmable Logic Controller）。

PLC是微机技术与传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。继电器控制系统已有上百年历史，它是用弱电信号控制强电系统的控制方法，在复杂的继电器控制系统中，故障的查找和排除困难，花费时间长，严重地影响工业生产。在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线需要作相应的变动，改造工期长、费用高，以至于用户宁愿另外制作一台新的控制柜。而PLC克服了继电器-接触器控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。由于PLC是由微处理器、存储器和外围器件组成，所以应属于工业控制计算机中的一类。

对用户来说，可编程控制器是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此如果在初步设计阶段就选用可编程控制器，可以使得设计和调试变得简单容易。从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。

我国从1974年也开始研制可编程序控制器，1977年开始工业应用。目前它已经大量地应用在楼宇自动化、家庭自动化、商业、公用事业、测试设备和农业等领域，并涌现出大批应用可编程序控制器的新型设备。掌握可编程序控制器的工作原理，具备设计、调试和维护可编程序控制器控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。

2.3 PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本与微型计算机相同，如图2-1所示：

2-1 PLC硬件结构

2.4 PLC的工作原理

循环扫描

PLC采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括五个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理，其工作过程如图所示。

当PLC方式开关置于RUN（运行）时，执行所有阶段；当方式开关置于STOP（停止）时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对PLC联机或离线编程。对于不同型号的PLC，图中的扫描过程中各步的顺序可能不同，这是由PLC内部系统程序决定的。

1）内部处理 ：在这一阶段，CPU检测主机硬件，同时也检查所有的I/O模块的状态。在RUN模式下，还检测用户程序存储器。如果发现异常，则停机并显示出错。若自诊断正常继续向下扫描。

2）处理通信请求 ：在CPU扫描周期的信息处理阶段，CPU自动检测并处理各通信端口接收到的任何信息。即检查是否有编程器、计算机等的通信请求，若有则进行相应处理，在这一阶段完成数据通信任务。

3）输入处理 ：在这一阶段，对各数字量输入点的当前状态进行输入扫描，并将各扫描结果分别写入对应的映像寄存器中。

4）执行用户程序 ：在PLC中，用户程序按先后顺序存放。在这一阶段，CPU从第一条指令开始顺序取指令并执行，直到最后一条指令结束。执行指令时从映像寄存器中读取各输入点的状态，每条指令的执行是对各数据进行自述或逻辑运算，然后将运算结果送到输出映像寄存器中。执行用户程序的过程与计算机基本相同。

5）输出处理：在这一阶段，CPU用输出映像寄存器中的数据几乎同时集中对输出点进行刷新，通过输出部件转换成被控设备的所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。可编程序控制器的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图所示：

PLC执行的五个阶段，称为一个扫描周期，PLC完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始地进行。扫描周期长短主要取决于程序的长短，它对于一般工业设备通常没有什么影响，但对控制时间要求较严格，响应速度要求快的系统，为减少扫描周期造成的响应延时等不良影响，一般在编程时应对扫描周期精确计算，并尽量缩短和优化程序代码。

2.5 PLC的主要应用

最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。

1、用于开关量控制

PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。

2、用于模拟量控制

模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的A／D、D／A单元。它也是I/O单元，不过是特殊的I/O单元。A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入PLC。D/A单元，是把PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。可读写）交换信息等等特点。这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为0～5V，0～10V，4～20mA。有的还可处理正负值的。这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。A/D、D/A有单路，也有多路。

3、用于数字量控制

实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有数字量。如机床部件的位移，常以数字量表示。数字量的控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过40％～80％，有的甚至更高。PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也完全可以用于数字量控制。

4、用于数据采集

随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如OMRON公司的PLC，前期产品C60P的DM区仅64个字，而后来的C60H达到1000个字；到了CQMI可多达6000个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去。数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中去。PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。

5、用于进行监控

PLC自检信号很多，内部器件也很多，多数使用者未充分发挥其作用。其实，完全可利用它进行PLC自身工作的监控，或对控制对象进行监控。这里介绍一种用PLC定时器作看门狗，对控制对象工作情况进行监控的思路。如用PLC控制某运动部件动作，看施加控制后动作进行了没有，可用看门狗办法实现监控。具体作法是在施加控制的同时，令看门狗定时器计时。如在规定的时间内动作完成，即定时器未超过警戒值的情况下，已收到动作完成信号，则说明控制对象工作正常，无需报警。若超时，说明不正常，可作相应处理。如果控制对象的各重要控制环节，都用这样一些看门狗“看”着，那系统的工作将了如指掌，出现了问题，卡在什么环节上也很好查找。还有其它一些监控工作可做。对一个复杂的控制系统，特别是自动控制系统，监控以至进一步能自诊断是非常必要的。它可减少系统的故障，出了故障也好查找，可提高累计平均无故障运行时间，降低故障修复时间，提高系统的可靠性。

6、用于联网、通讯

PLC联网、通讯能力很强，不断有新的联网的结构推出。PLC可与个人计算机相连接进行通讯，可用计算机参与编程及对PLC进行控制的管理，使PLC用起来更方便。为了充分发挥计算机的作用，可实行一台计算机控制与管理多台PLC，多的可达32台。也可一台PLC与两台或更多的计算机通讯，交换信息，以实现多地对PLC控制系统的监控。PLC与PLC也可通讯。可一对一PLC通讯。可几个PLC通讯。可多到几

十、几百。PLC与智能仪表、智能执行装置（如变频器），也可联网通讯，交换数据，相互操作。可联接成远程控制系统，系统范围面可大到10公里或更大。可组成局部网，不仅PLC，而且高档计算机、各种智能装置也都可进网。可用总线网，也可用环形网。网还可套网。网与网还可桥接。联网可把成千上万的PLC、计算机、智能装置组织在一个网中。网间的结点可直接或间接地通讯、交换信息。联网、通讯，正适应了当今计算机集成制造系统（CIMS）及智能化工厂发展的需要。它可使工业控制从点（Point）、到线（（Line）再到面（Aero），使设备级的控制、生产线的控制、工厂管理层的控制连成一个整体，进而可创造更高的效益。这个无限美好的前景，已越来越清楚地展现在我们这一代人的面前。

以上几点应用是着重从质上讲的。从量上讲，PLC有大、有小。所以，它的控制范围也可大、可小。小的只控制一个设备，甚至一个部件，一个站点；大的可控制多台设备，一条生产线，以至于整个工厂。可以说，工业控制的大小场合，都离不开PLC。一般讲，工业生产过程可分为两种类型；连续型生产过程（如化学工业）及非连续型，即离散型生产过程（如机械制造业）。前者生产对象是连续的，分不出件的；后者为离散的，一件件的。由于PLC有上述几个方面的应用，而且，控制的规模又可大、可小，所以，这两种类型的生产过程都有其用武之地。事实上，PLC已广泛应用于工业生产的各个领域。从行业看，冶金、机械、化工、轻工、食品、建材等等，几乎没有不用到它的。不仅工业生产用它，一些非工业过程，如楼宇自动化、电梯控制也用到它。农业的大棚环境参数调控，水利灌溉也用到它。

PLC能有上述几个范围广泛的应用，是PLC自身特点决定的，也是PLC技术不断完善的结果。

2.6 西门子S7-200系列PLC的编程元件

plc通过程序的运行实施控制的过程其实质就是对存储器中数据进行操作或处理的过程，根据使用功能的不同，把存储器分为若干个区域和种类，这些由用户使用的每一个内部存储单元统称为软元件。各元件有其不同的功能，有固定的地址。软元件的数量决定了可编程控制器的规模和数据处理能力，每一种PLC的软元件是有限的。

为了理解方便，把PLC内部许多位地址空间的软元件定义为内部继电器（软继电器）。但要注意把这种继电器与传统电气控制电路中的继电器区别开来，这些软继电器的最大特点就是其线圈的通断实质就是其对应存储器位的置位与复位，在电路（梯形图）中使用其触点实质就是对其所对应的存储器位的读操作，因此其触点可以无限次的使用。

编程时，用户只需要记住软元件的地址即可。每一软元件都有一个地址与之一一对应，其中软继电器的地址编排采用区域号加区域内编号的方式。即PLC内部根据软元件的功能不同，分成了许多区域，如输入／输出继电器、辅助继电器、定时器区、计数器区、顺序控制继电器、特殊标志继电器区等，分别用I、Q、M、T、C、Ｓ、SM等来表示。

1、数字量输入继电器（I）

输入继电器也就是输入映像寄存器，每个PLC的输入端子都对应有一个输入继电器，它用于接收外部的开关信号。输入继电器的状态唯一地由其对应的输入端子的状态决定，在程序中不能出现输入继电器线圈被驱动的情况，只有当外部的开关信号接通PLC的相应输入端子的回路，则对应的输入继电器的线圈“得电”，在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用数量（次数）不受限制。

2、数字量输出继电器（Q）

输出继电器也就是输出映像寄存器，每个PLC的输出端子对应都有一个输出继电器。当通过程序使得输出继电器线圈“得电”时，PLC上的输出端开关闭合，它可以作为控制外部负载的开关信号。同时在程序中其常开触点闭合，常闭触点断开。这些触点可以在编程时任意使用，使用次数不受限制。

3、通用辅助继电器（M）

通用辅助继电器如同电器控制系统中的中间继电器，在PLC中没有输入输出端与之对应，因此通用辅助继电器的线圈不直接受输入信号的控制，其触点也不能直接驱动外部负载。所以，通用辅助继电器只能用于内部逻辑运算。通用辅助继电器用“M”表示，通用辅助继电器区属于位地址空间，范围为M0.0~M31.7，可进行位、字节、字、双字操作。

4、特殊标志继电器（SM）

有些辅助继电器具有特殊功能或存储系统的状态变量、有关的控制参数和信息，我们称为特殊标志继电器。用户可以通过特殊标志来沟通PLC与被控对象之间的信息，如可以读取程序运行过程中的设备状态和运算结果信息，利用这些信息用程序实现一定的控制动作。用户也可通过直接设置某些特殊标志继电器位来使设备实现某种功能。特殊标志继电器用“SM”表示，特殊标志继电器区根据功能和性质不同具有位、字节、字和双字操作方式。其中SMB0、SMB1为系统状态字，只能读取其中的状态数据，不能改写，可以位寻址。系统状态字中部分常用的标志位说明如下： SM0.0：始终接通；

SM0.1：首次扫描为1，以后为0，常用来对程序进行初始化； SM0.2：当机器执行数学运算的结果为负时，该位被置1； SM0.3：开机后进入RUN方式，该位被置1一个扫描周期； SM0.4：该位提供一个周期为1分钟的时钟脉冲，30秒为1，30秒为0； SM0.5：该位提供一个周期为1秒钟的时钟脉冲，0.5秒为1，0.5秒为0； SM0.6：该位为扫描时钟脉冲，本次扫描为1，下次扫描为0； SM1.0：当执行某些指令，其结果为0时，将改位置1；

SM1.1：当执行某些指令，其结果溢出或为非法数值时，将改位置1； SM1.2：当执行数学运算指令，其结果为负数时，将改位置1； SM1.3：试图除以0时，将改位置1；

其他常用特殊标志继电器的功能可以参见S7-200系统手册。

5、变量存储器（V）

变量存储器用来存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。变量存储器用“V”表示，变量存储器区属于位地址空间，可进行位操作，但更多的是用于字节、字、双字操作。变量存储器也是S7-200中空间最大的存储区域，所以常用来进行数学运算和数据处理，存放全局变量数据。

6、局部变量存储器（L）

局部变量存储器用来存放局部变量。局部变量与变量存储器所存储的全局变量十分相似，主要区别是全局变量是全局有效的，而局部变量是局部有效的。全局有效是指同一个变量可以被任何程序(包括主程序、子程序和中断程序)访问；而局部有效是指变量只和特定的程序相关联。S7—200 PLC提供64个字节的局部存储器，其中60个可以作暂时存储器或给子程序传递参数。主程序、子程序和中断程序在使用时都可以有64个字节的局部存储器可以使用。不同程序的局部存储器不能互相访问。机器在运行时，根据需要动态地分配局部存储器：在执行主程序时，分配给子程序或中断程序的局部变量存储区是不存在的，当子程序调用或出现中断时，需要为之分配局部存储器，新的局部存储器可以是曾经分配给其他程序块的同一个局部存储器。局部变量存储器用“L”表示，局部变量存储器区属于位地址空间，可进行位操作，也可以进行字节、字、双字操作。

7、顺序控制继电器（S）

顺序控制继电器用在顺序控制和步进控制中，它是特殊的继电器。有关顺序控制继电器的使用请阅读本章后续有关内容。顺序控制继电器用“S”表示，顺序控制继电器区属于位地址空间，可进行位操作，也可以进行字节、字、双字操作。

8、定时器（T）

定时器是可编程序控制器中重要的编程元件，是累计时间增量的内部器件。自动控制的大部分领域都需要用定时器进行定时控制，灵活地使用定时器可以编制出动作要求复杂的控制程序。定时器的工作过程与继电器接触器控制系统的时间继电器基本相同。使用时要提前输入时间预置值。当定时器的输入条件满足且开始计时，当前值从0开始按一定的时间单位增加；当定时器的当前值达到预置值时，定时器动作，此时它的常开触点闭合，常闭触点断开，利用定时器的触点就可以按照延时时间实现的各种控制规律或动作。

9、计数器（C）

计数器用来累计内部事件的次数。可以用来累计内部任何编程元件动作的次数，也可以通过输入端子累计外部事件发生的次数，它是应用非常广泛的编程元件，经常用来对产品进行计数或进行特定功能的编程。使用时要提前输入它的设定值(计数的个数)。当输入触发条件满足时，计数器开始累计其输入端脉冲电位跳变(上升沿或下降沿)的次数；当计数器计数达到预定的设定值时，其常开触点闭合，常闭触点断开。

模拟量输入映像寄存器(AI)、模拟量输出映像寄存器(AQ)模拟量输入电路用以实现模拟量／数字量(A／D)之间的转换，而模拟量输出电路用以实现数字量／模拟量(D／A)之间的转换，PLC处理的是其中的数字量。在模拟量输入／输出映像寄存器中，数字量的长度为1字长(16位)，且从偶数号字节进行编址来存取转换前后的模拟量值，如0、2、4、6、8。编址内容包括元件名称、数据长度和起始字节的地址，模拟量输入映像寄存器用AI表示、模拟量输出映像寄存器用AQ表示，如：AIW10，AQW4等。PLC对这两种寄存器的存取方式不同的是，模拟量输入寄存器只能作读取操作，而对模拟量输出寄存器只能作写入操作。

10、高速计数器(HC)高速计数器的工作原理与普通计数器基本相同，它用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。高速计数器的当前值为双字长(32位)的整数，且为只读值。高速计数器的数量很少，编址时只用名称HC和编号，