摘 要：模拟实际应用环境利用PLC实现对水塔水位控制，该系统可对水塔水位进行远距离控制，并实时显示系统的当前状态及故障信息，便于操作人员掌握系统信息，及时处理故障，提高控制程序和人机交换的灵活性。
关键词：PLC；水塔；水位控制
引言
可编程序控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC，是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等各类操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。实际工业环境中的水塔水位人工控制困难，难以远距离控制，通过PLC的水塔水位模拟控制系统克服了继电接触控制系统中的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，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
1 水塔水位模拟控制要求
1.1 水塔水位控制模拟电路板
利用PLC实现对模拟电路板上水塔水位进行控制，模拟电路板如下图1，其中各限位开关定义如下：S1定义为水塔水位上部传感器（ON：液面已到水塔上限位、OFF：液面未到水塔上限位）、S2定义为水塔水位下部传感器（ON：液面已到水塔下限位、OFF：液面未到水塔下限位）、S3定义为水池水位上部传感器（ON：液面已到水池上限位、OFF：液面未到水池上限位）、S4定义为水池水位下部传感器（ON：液面已到水池下限位、OFF：液面未到水池下限位）。M为搅拌电机，Y为水池注水阀。
1.2 控制要求
当水位低于S4时，阀Y开启，系统开始向水池中注水，5S后如果水池中的水位还未达到S4，则Y指示灯闪亮，系统报警，表示阀Y没有进水，出现故障。S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）；当水池中的水位高于S4、水塔中的水位低于S2，则电机M开始运转，水泵开始由水池向水塔中抽水；当水塔中的水位高于S1时，电机M停止运转，水泵停止向水塔抽水。
2 控制系统的设计
2.1 PLC控制系统硬件
2.1.1 上位机：上位机采用机型为品牌联想机，主要参数为CPU：E6700/G41主板/2GDDR3 /500G 7200转 SATA2 /DVD光驱/集成高性能显卡/集成千兆网卡/集成声卡/抗菌防水键盘/光电鼠标/20寸宽屏液晶显示器。
2.1.2 PLC：采用西门子S7-200PLC，主要参数为CPU224 PLC（AC/DC/RELAY）主机，集成数字量I/O（14路数字量输入/10路数字量输出）、RS-485通信口、6路高速计数器； EM235模拟量模块，集成模拟量I/O（4路模拟量输入/1路模拟量输出）；EM277 PROFIBUS-DP通信模块；配套PC/PPI编程电缆。
2.1.3 输入/输出（I/O）接口：I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。外部设备接口可将打印机、条码扫描仪，变频器等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。
2.1.4 编程装置：编程装置是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑连接，并利用专用的S7编程软件进行电脑编程和监控。
2.1.5 电源：图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。
2.2 控制系统软件
系统采用西门子Step7编程软件编制程序。程序编制就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。编程时要使用到各种编程元件，编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。PLC可提供无数个动合和动断触点，最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言。梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。
2.3 通信设置
通过PC＼PPI通信电缆通信，通过PC＼PPI通信电缆通信时，硬件只需用通信电缆的接口连接PC的COM口和PLC的PPI口即可。使用PC/PPI连接时，可以接受安装STEP 7-Micro/WIN时在“设置PG/PC接口”对话框中提供的默认通讯协议。否则，从“设置PG/PC接口”对话框为个人计算机选择另一个通讯协议，并核实参数（站址、波特率等）。如果成功地在网络上的个人计算机与设备之间建立了通讯，会显示一个设备列表（及其模型类型和站址）。
3 水塔水位模拟控制控制系统的实现
3.1 根据控制要求进行端口分配及接线
3.1.1 I/O端口分配功能表（表1）
3.1.2 根据控制接线图3断电接线（图3）
3.2 编程
根据控制要求编程并画出梯形图（见图4）
3.3 调试运行，观察现象
将编译无误的控制程序下载至PLC中，并将模式选择开关拨至RUN状态。将各限位开关拨至以下状态：S1=0、S2=0、S3=0、S4=0，观察阀门Y的状态是Y 有输出，表示阀门打开向水池注水；5S后如果S4仍然未拨至ON状态，则Y状态为报警闪烁，表示5S后水池水位没有达到下限位，阀门Y没有打开进水，出现故障；将S4拨至ON，S2为OFF时观察抽水机M的状态是抽水机M动作，表示水池水位超过下限位S4，并且水塔水位低于下限位S2时，抽水机M抽水；继而将S1拨至ON，观察抽水电机M停止，表示抽水后水塔水位达到上限位，抽水机停止抽水。
4 结束语
通过PLC对水塔水位模拟控制系统与实际工业环境中水塔水位控制系统功能一致，整个系统性能稳定、可靠性高、自动化程度高，具有较强的抗干扰能力，并且可利用PLC与组态软件相结合的监控方式，监控功能完善，操作方便灵活，可实时显示系统的当前状态及故障信息，便于操作人员掌握系统信息，及时处理故障，并进行远距离控制。
参考文献
[1]田效伍.电气控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2012.05-207.
[2]王立春.可编程控制器原理及应用[M]，北京：高教出版社，2000.38-64.
[3]赵武，马建伟.基于S7-200的智能楼宇实验系统构建[J].实验室研究与探索，2008，27（8）：228-230.
[4]布挺，王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息，2009，15：70-72.
[5]周丽荣.基于S7-200PLC的水塔水位自动控制系统设计[J].科学之友，2012，06：12-13.
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