项目五 水塔水位控制（课件）《PLC应用技术》（机械工业出版社）同步精品课堂

项目五 水塔水位控制 《PLC应用技术》（机械工业出版社） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 1.准确阐述通用型、掉电保持型辅助继电器以及 100ms 定时器、10ms 定时器的功能与特性 3.合理进行 I/O 点分配，列出详细的 I/O 分配表 4.完整绘制水塔水位控制系统梯形图，且能条理清晰地讲解其执行原理 2.熟练确定水塔水位控制系统中的输入、输出设备 新知学习 情景导入 同学们，想象一下咱们学校的水塔。如果水塔水位过低，会导致全校停水，大家课间就没法洗手、冲厕所，多不方便；要是水位过高，水又会不断溢出，造成水资源浪费。其实，学校的水塔有一套水位控制系统在默默运作。那这个系统是怎么精准调控水位的呢？这背后就涉及到一系列有趣的知识，像辅助继电器如何发挥作用，定时器怎样把控时间，还有整个控制流程是怎么通过输入输出设备和梯形图来实现的。接下来，咱们就一起深入探究水塔水位控制的奥秘。 新知学习 一、学习任务 1.项目任务 本项目的任务是安装与调试水塔水位PLC控制系统。系统控制要求如下： (1)进水控制 如图4-1所示，当水池水位低于低水位界(SL4为ON)时，电磁阀YV打开进水;当水位高于水池高水位界(SL3为ON)时，电磁阀 YV 关闭。 新知学习 一、学习任务 (2)进水及报警显示。进水阀打开时，指示灯 HL点亮;如果电磁阀打开 4s后，SL3 仍为OFF，表示没有进水，出现故障，此时系统关闭电磁阀，指示灯HL按0.5s亮灭周期闪烁。 (3)抽水控制。当SL4为OFF且水塔水位低于低水位界(SL2为ON)时，电动机M起动运转，开始抽水；当水塔水位高于高水位界(SL1为 ON)时，电动机M停止运行，抽水完毕。 (4)保护措施。系统具有必要的短路保护和过载保护。 新知学习 一、学习任务 2.任务流程图 本项目的任务流程如图4-2所示。 新知学习 二、辅助继电器 辅助继电器的用途与继电器电路中的中间继电器相似，常用于中间状态的存储及信号类型的变换，用作程序辅助运算，例如通用型辅助继电器和掉电保持型辅助继电器。 (1)通用型辅助继电器 1)编号范围。三菱FX3U系列PLC通用型辅助继电器 的编号范围为MO~M499(500点)、采用十进制编号。 2)符号。辅助继电器的符号如图4-3所示。 新知学习 二、辅助继电器 与输出继电器一样，辅助继电器的线圈只能由程序驱动。编程时，其触点可以任意使用，但不能用它直接驱动输出设备。 3)应用举例。以图4-4为例，X000动合触点接通，M5动作且保持，Y000动作。X001动作，M5失电复位，Y000复位。一旦PLC掉电，通用型辅助继电器的状态复位。 新知学习 二、辅助继电器 (2)掉电保持型辅助继电器 掉电保持型辅助继电器具有记忆功能，即PLC掉电时它保存原有的状态；待恢复供电后，它继续保持掉电前的状态。 1)编号范围。三菱FXu系列PLC掉电保持型辅助继电器的编号范围为M500~M7679(7180点)，采用十进制编号。 新知学习 二、辅助继电器 2)应用举例。以图4-5为例，PLC的电源正常时，掉电保持型辅助继电器M500与通用型辅助继电器的应用功能一样。不同的是，M500具有掉电保持功能。如图4-5b动作时序所 示，PLC掉电后，M500保存掉 电前的动作状态，当PLC恢复 供电后，M500仍接通(无需重 新起动 X001)，继续驱动 Y000 动作。 新知学习 三、定时器 定时器相当于继电器电路中的时间继电器，在程序中主要用作时间控制。(1)100ms 定时器 1)编号范围。三菱 FX3U系列 PLC的 100ms定时器编号 范围为TO~T199(200点)，采用十进制编号。 2)符号。定时器的符号如图 4-6所示。 3)定时时间的计算。定时时间t=100ms*K?(K?称为设定值)，其中K?的设定范围为0~32767。如设定值为K20，则定时时间t=100ms*20=2s。 新知学习 三、定时器 4)应用举例。以图4-7为例，X000接通，M0动作且保持；T0线圈接通，开始计时(定时时间t=100ms*100=10s)。定时10s后，T0动作、Y000动作。当X001动作时，MO、TO、Y000均复位。 新知学习 三、定时器 (2)10ms定时器 1)编号范围。三菱FX;u系列 PLC的10ms定时器编号范围为T200~T245(46点)，采用十进制编号。 2)定时时间的计算。定时时间(=10msxK?(K?为设定值)，其中K?的设定范围为0~32767。如设定值为K20，则定时时间t=10msx20=0.2s。 新知学习 三、定时器 3)应用举例。以图4-8为例，X000接通，MO动作且保持，Y001动作；T200线圈接通，开始计时(定时时间 t=10msx100=1s)。定时1s后， T200动作，Y000动作、Y001复 位。X001动作时，MO、TO、 Y000 均复位。 新知学习 四、分析控制要求，确定输入、输出设备 1.分析控制要求 项目任务要求该系统具有水位控制功能，控制要求有三点: 1)进水控制。SL4为ON，YV动作:SL3为ON，YV释放复位。 2)进水及报警显示。YV动作时，HL点亮;当YV动作4s、SL3为OFF时，HL按0.5s 闪烁报警。 3)抽水控制。SL4为OFF、SL2为ON时，M起动运行;SL1为ON时，M停止运行。 新知学习 四、分析控制要求，确定输入、输出设备 2.确定输人设备。根据上述分析，系统有4个输人信号：水塔高水位、水塔低水位水池高水位、水池低水位检测信号。由此确定，系统的输人设备有4个检测水位的开关PLC需用4个输人点分别与它们的动合触点相连(过载保护通过硬件连接实现)。 3.确定输出设备。系统由电磁阀YV控制进水、电动机 M 抽水、HL指示灯报警显示。由此确定系统的输出设备有1只电磁阀、1只接触器和1只指示灯，PLC需用3个输出点分别驱动它们。 新知学习 五、I/O 点分配 根据确定的输人/输出设备及输人输出点数分配 I/O点，见表4-2。 新知学习 六、系统梯形图 图 4-9是水塔水位控制系统梯形图，其执行原理如下： 1.水池进水及计时。当水池的水低于低水位界时，X003为ON，Y001动作打开阀放水，T0开始计时4s。X002为ON或4s后，Y001复位停止放水。 新知学习 六、系统梯形图 2.进水及报警显示。M2为报警显示的中间状态。 4s时间到且SL3不动作，X002为OFF，M2动作， 启动振荡报警程序。定时器T1和T2组成0.5s 脉 冲振荡器，其动作时序如图 4-10 所示。Y001动作，Y002动作，驱动HL显示正常进水;若出现故障，T以0.5s周期间断控制 Y002 接通与断开，HL按0.5s闪烁报警。 3.水塔抽水。当SL4为OFF且水塔水位低于低水位界时，X001为ON，X003为OFFY000动作抽水。X000动作，Y000复位，抽水完毕。 新知学习 七、系统线路图 1.电路图。图4-11是水塔水位控制系统电路图，其电路组成及元件功能见表4-3。 新知学习 七、系统线路图 2.接线图。图4-12是水塔水位控制系统接线图。 新知学习 八、操作指导 1.安装电路 (1)检查元器件。根据表配齐元器件，检查元件的规格是否符合要求，检测元件的质量是否完好。 (2)固定元器件。 (3)配线安装。 新知学习 1)板上元件的配线安装。 2)外围设备的配线安装。 八、操作指导 (4)自检 1)检查布线。对照线路图检査是否掉线、错线，是否编、错编，接线是否牢固等。2)使用万用表检测。按表4-5，使用万用表检测安装的电路，如测量阻值与正确阻值不符，应根据线路图检查是否有错线、掉线、错位、短路等。 新知学习 八、操作指导 (5)系统通电，观察PLC的指示。经自检，确认电路正确和无安全隐患后，在教师监护下，按表4-6，通电观察PLC的指示LED并做好记录。 新知学习 八、操作指导 2.输入梯形图 启动 GX Developer 编程软件，输入梯形图。 (1)启动GX Developer 编程软件；(2)创建新文件，选择PLC的类型为FX3U；(3)输入元件按照项目二所学的方法输人元件，新元件的输入方法如下：① 定时器线圈的输入。单击功能图窗口中的线圈按钮，在弹出的对话框中输入“TO K40”后回车确认。②竖连线的输入。将光标移至竖连线处，单击功能图窗口中的竖连线按钮即可完成；(4)转换梯形图；(5)保存文件将文件赋名为“项目4-1.pmw”后确认保存。 新知学习 八、操作指导 3.通电调试、监控系统 (1)连接计算机与PLC用SC-09编程线缆连接计算机COM1串行口与PLC的编程接口。 (2)写入程序 1)接通系统电源，将PLC的RUN/STOP开关拨至“STOP”位置。 2)进行端口设置后，将程序“项目4-1.pmw”写入PLC。 新知学习 八、操作指导 (3)调试系统。 将PLC的RUN/STOP开关拨至“RUN”位置后，按表4-7操作，观察系统的运行情况并做好记录。如出现故障，应立即切断电源、分析原因、检查电路或梯形图后重新调试，直至系统实现功能。 新知学习 八、操作指导 (4)监控梯形图 1)进人梯形图监控状态。执行[在线]→[监视]→[监视开始]命令，进入梯形图监控状态。 2)动作 SL4，观察 T0当前值的变化。按下SL4后，T0开始计时，其当前值由0开始递增。 3)监控振荡器。4s后，M2动作且保持，振荡器开始工作，T1以0.5s为周期间断接通和断开。 4)动作 SL3，停止报警显示。 5)重新操作，监控梯形图。 6)停止梯形图监控。执行[在线]→[监视]→[监视停止]命令，退出梯形图监控状态。 新知学习 八、操作指导 (5)运行结果分析 1)定时器具有定时功能。定时器线圈接通后，其当前值从0开始递增；当其当前值等于设定值时，其触点动作，起到定时控制作用。一旦定时器线圈断开，其当前值复位为0由于当前值不等于设定值，所以其触点复位，停止动作。 2)两个定时器可以组成振荡器，产生脉冲输出。改变定时器的设定常数，就可改变振荡频率。振荡器通常用于闪烁、报警电路，在PLC 控制的工程问题中，还可以用于移位寄存器的移位脉冲输入及其他场合。 新知学习 八、操作指导 4.学习指令 打开指令表窗口后，阅读指令表，各指令功能见表4-8。 新知学习 八、操作指导 5.改变报警显示频率 改变振荡器的振荡频率，实现报警显示 HL 以点亮 2s、熄灭 1s 的周期闪烁。 1)打开文件“项目4-1.pmw”的梯形图，将梯形图中的定时器T1的设定值修改为K20，定时器T2的设定值修改为K10。 2)转换梯形图后，将文件赋名为“项目4-2.pmw”确认另存。 3)将程序“项目4-2.pmw”写人PLC，运行、监控系统，观察报警显示频率。 新知学习 八、操作指导 6.操作要点 1)PLC使用时，不同电源类别或等级的负载不能共用同一组输出端。 2)由于T2的动作时间只有一个扫描周期，时间非常短，所以监控不到T2 动断触点的断开状态。 3)改变振荡器T1和T2的设定值，可以得到不同频率的脉冲输出。 4)通电调试操作必须在教师的监护下进行。 5)训练项目应在规定的时间内完成，同时做到安全操作和文明生产。 新知学习 随堂练习 01 简述通用型辅助继电器和掉电保持型辅助继电器的区别。 02 说明 100ms 定时器和 10ms 定时器在水塔水位控制中的应用场景有何不同。 课堂练习 1.水塔水位控制系统中，当水位低于下限水位时，水泵应（ ）​ A. 停止工作 B. 启动工作 C. 不确定 D. 先停止再启动 答案：B​ 解析：水塔水位低于下限水位时，为保证水塔有足够的水，水泵应启动工作进行补水。 课堂练习 2.以下属于水塔水位控制系统输入设备的是（ ）​ A. 水泵电机 B. 接触器 C. 水位传感器 D. 指示灯 答案：C​ 解析：水位传感器用于检测水塔水位，将水位信号输入到控制系统，属于输入设备；水泵电机是执行设备，接触器用于控制电路通断，指示灯用于显示状态，都不是输入设备。 课堂练习 3.通用型辅助继电器在 PLC 断电后，其状态会（ ）​ A. 保持断电前状态 B. 置为 ON C. 置为 OFF D. 不确定 答案：C​ 解析：通用型辅助继电器在 PLC 断电后，其状态会被复位为 OFF，不具有掉电保持功能。 课堂练习 4.掉电保持型辅助继电器在 PLC 断电后，其状态会（ ）​ A. 保持断电前状态 B. 置为 ON C. 置为 OFF D. 不确定 答案：A​ 解析：掉电保持型辅助继电器具有掉电保持功能，在 PLC 断电后，其状态会保持断电前的状态。 课堂练习 5.在梯形图中，定时器的符号是（ ）​ A. T B. C C. M D. Y 答案：A​ 解析：在 PLC 梯形图中，T 通常表示定时器，C 表示计数器，M 表示辅助继电器，Y 表示输出继电器。 课堂练习 6.若要实现水塔水位低于下限水位 3 秒后启动水泵，定时器的设定值应为（ ）​ A. 3 B. 30 C. 300 D. 3000 答案：B​ 解析：如果使用 100ms 定时器，3 秒换算为毫秒是 3000ms，3000÷100 = 30，所以设定值应为 30。 课堂练习 7.水塔水位控制系统中，为了防止水泵频繁启动，可采用（ ）​ A. 增加水泵数量 B. 调整水位上下限 C. 加入延时环节 D. 更换大功率水泵 答案：C​ 解析：加入延时环节，比如在水位到达控制界限后，不立即启动或停止水泵，而是经过一定延时，可有效防止水泵频繁启动；增加水泵数量、调整水位上下限、更换大功率水泵都不能直接解决水泵频繁启动的问题。 课堂练习 8.水塔水位控制系统中，控制水泵电机的输出设备一般是（ ）​ A. 热继电器 B. 接触器 C. 熔断器 D. 时间继电器 答案：B​ 解析：接触器用于控制水泵电机的电源通断，实现电机的启动和停止；热继电器用于电机过载保护，熔断器用于短路保护，时间继电器用于定时控制，它们都不是直接控制水泵电机工作的输出设备。 课堂小结 感谢观看 $$