西門(mén)子S7-200系列PLC控制水塔水位(含程序)PLC
西門(mén)子S7-200系列PLC控制水塔水位
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沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
一、水塔水位
1、系統(tǒng)描述及控制要求
1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查
1.1.1 PLC及西門(mén)子 S7-200系列PLC介紹
20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使
可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特
征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相
結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，
可編程邏輯控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC）。
20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)
已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、
更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID 功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代
工業(yè)中的地位。
20 世紀(jì) 80 年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世
界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已
步入成熟階段。
20世紀(jì)80年代至 90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)
率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接
口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在
某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。
20 世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需
要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生
產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備
的配套更加容易。
西門(mén)子 S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中
的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或
相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。
西門(mén)子 S7-200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍
可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，
覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)
械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)
械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
- 1 -沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
1.1.2 水塔水位基本介紹
水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式
存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高
水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制位粗放式的，基本沒(méi)有
水泵的合理控制，且多數(shù)為人力控制，工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能
外，還造成了人員的浪費(fèi)。采用新型 PLC 控制水位的方式與過(guò)去的舊式控制相
比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在提倡低碳的
當(dāng)下，有著優(yōu)良的節(jié)能效果，且由于 PLC 強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水
建設(shè)的發(fā)展需要。
1.2 系統(tǒng)描述
隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)控制系統(tǒng)的靈敏度、
節(jié)能性、易操作性等方面要求日益提高。居民及工廠供水又是一件極為重要的工作，
傳統(tǒng)的水塔水位控制方式已經(jīng)不足以滿(mǎn)足今天的要求，所以新的方式是適應(yīng)時(shí)代要
求的。以下便是PLC 控制水塔水位的基本描述：
設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水
池下限液位時(shí)，電磁閥 Y打開(kāi)，開(kāi)始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過(guò) 8 秒，而水池液
位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 8秒之后水池
液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超
過(guò)了下限位了。系統(tǒng)檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵 M開(kāi)
始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，電磁閥就關(guān)閉，但是水
塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿(mǎn)，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，水泵繼續(xù)工作，在水
池抽水向水塔供水，水塔抽滿(mǎn)時(shí)，水塔液位超過(guò)水塔上限，但剛剛給水塔供水的時(shí)
候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，此次給水塔供
水完成。
1.3 控制要求
1.3.1 控制要求描述
1、保持水池的水位在 S4~S3之間，當(dāng)水池水位低于下限液位開(kāi)關(guān) S4，此時(shí) S4
為 ON，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里注水，當(dāng) 4S 以后，若水池水位沒(méi)有超過(guò)水池下
限液位開(kāi)關(guān) S4 時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)水池下限液位開(kāi)關(guān) S4
為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)頁(yè)面高于上限水位 S3時(shí)，則 S3 為ON，電磁閥
關(guān)閉。
2、保持水塔的水位在 S2~S1之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開(kāi)關(guān) S2 時(shí)，
則水塔下限液位開(kāi)關(guān) S2為ON，則驅(qū)動(dòng)電機(jī) M開(kāi)始工作，向水塔供水。當(dāng) S2為OFF
- 2 -沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位開(kāi)關(guān) S1 時(shí)，
則S1為ON，電機(jī) M停止抽水。
3、當(dāng)水塔水位低于下限水位時(shí)，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，電機(jī) M
不能啟動(dòng)。
1.3.2水塔水位示意圖：
圖 1-1
1.3.3 程序流程圖
水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如下：
- 3 -沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
啟動(dòng)
否
水池低于下
限？
是
電磁閥Y打開(kāi)
報(bào)警
是
8s后水池水位
水泵停止，Y閃爍
高于下限？
是
水池繼續(xù)進(jìn)水
水塔水位低于
下限？
是
水池水位高于上限 水泵啟動(dòng)，給水
否
水塔水位高于下限
電磁關(guān)閉
水塔水位高于上限 水池水位低于下限
水泵停止
結(jié)束
一、水塔水位
1、系統(tǒng)描述及控制要求
1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查
1.1.1 PLC及西門(mén)子 S7-200系列PLC介紹
20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使
可編程邏輯控制器增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特
征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的可編程邏輯控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相
結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，
可編程邏輯控制器定名為 Programmable Logic Controller（PLC）。
20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程邏輯控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)
已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、
更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID 功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代
工業(yè)中的地位。
20 世紀(jì) 80 年代初，可編程邏輯控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世
界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已
步入成熟階段。
20世紀(jì)80年代至 90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)
率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接
口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在
某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。
20 世紀(jì)末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需
要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生
產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設(shè)備
的配套更加容易。
西門(mén)子 S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中
的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或
相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。
西門(mén)子 S7-200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍
可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，
覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)
械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)
械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。
- 1 -沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
1.1.2 水塔水位基本介紹
水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式
存在控制精度低、能耗大的缺點(diǎn)。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高
水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制位粗放式的，基本沒(méi)有
水泵的合理控制，且多數(shù)為人力控制，工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能
外，還造成了人員的浪費(fèi)。采用新型 PLC 控制水位的方式與過(guò)去的舊式控制相
比在運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在提倡低碳的
當(dāng)下，有著優(yōu)良的節(jié)能效果，且由于 PLC 強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水
建設(shè)的發(fā)展需要。
1.2 系統(tǒng)描述
隨著科學(xué)技術(shù)的的不斷提高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)控制系統(tǒng)的靈敏度、
節(jié)能性、易操作性等方面要求日益提高。居民及工廠供水又是一件極為重要的工作，
傳統(tǒng)的水塔水位控制方式已經(jīng)不足以滿(mǎn)足今天的要求，所以新的方式是適應(yīng)時(shí)代要
求的。以下便是PLC 控制水塔水位的基本描述：
設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的，當(dāng)執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為液位低于水
池下限液位時(shí)，電磁閥 Y打開(kāi)，開(kāi)始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過(guò) 8 秒，而水池液
位沒(méi)有超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 8秒之后水池
液位按預(yù)定的超過(guò)水池下限位，說(shuō)明系統(tǒng)在正常的工作，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超
過(guò)了下限位了。系統(tǒng)檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵 M開(kāi)
始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過(guò)水池上限液位時(shí)，電磁閥就關(guān)閉，但是水
塔現(xiàn)在還沒(méi)有裝滿(mǎn)，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過(guò)水塔下限水位，水泵繼續(xù)工作，在水
池抽水向水塔供水，水塔抽滿(mǎn)時(shí)，水塔液位超過(guò)水塔上限，但剛剛給水塔供水的時(shí)
候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，此次給水塔供
水完成。
1.3 控制要求
1.3.1 控制要求描述
1、保持水池的水位在 S4~S3之間，當(dāng)水池水位低于下限液位開(kāi)關(guān) S4，此時(shí) S4
為 ON，電磁閥打開(kāi)，開(kāi)始往水池里注水，當(dāng) 4S 以后，若水池水位沒(méi)有超過(guò)水池下
限液位開(kāi)關(guān) S4 時(shí)，則系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)；若系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)水池下限液位開(kāi)關(guān) S4
為OFF，表示水位高于下限水位。當(dāng)頁(yè)面高于上限水位 S3時(shí)，則 S3 為ON，電磁閥
關(guān)閉。
2、保持水塔的水位在 S2~S1之間，當(dāng)水塔水位低于水塔下限水位開(kāi)關(guān) S2 時(shí)，
則水塔下限液位開(kāi)關(guān) S2為ON，則驅(qū)動(dòng)電機(jī) M開(kāi)始工作，向水塔供水。當(dāng) S2為OFF
- 2 -沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
時(shí)，表示水塔水位高于水塔下限水位。當(dāng)水塔液面高于水塔上限水位開(kāi)關(guān) S1 時(shí)，
則S1為ON，電機(jī) M停止抽水。
3、當(dāng)水塔水位低于下限水位時(shí)，同時(shí)水池水位也低于下限水位時(shí)，電機(jī) M
不能啟動(dòng)。
1.3.2水塔水位示意圖：
圖 1-1
1.3.3 程序流程圖
水塔水位控制系統(tǒng)的PLC控制流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制流程圖如下：
- 3 -沈陽(yáng)大學(xué)科技工程學(xué)院
啟動(dòng)
否
水池低于下
限？
是
電磁閥Y打開(kāi)
報(bào)警
是
8s后水池水位
水泵停止，Y閃爍
高于下限？
是
水池繼續(xù)進(jìn)水
水塔水位低于
下限？
是
水池水位高于上限 水泵啟動(dòng)，給水
否
水塔水位高于下限
電磁關(guān)閉
水塔水位高于上限 水池水位低于下限
水泵停止
結(jié)束
