基于LOGO的水位自动控制--毕业论文.doc

第1章 绪论

1.1 选题背景
1.1.1 现今水泵控制方式发展状况
随着国民经济的飞速发展，科技的进步以及生活水平的逐步提高，水塔水泵在许多工业生产中都是非常重要的设备，人们对水塔水位自动控制的要求也越来越高，要求水泵能够根据水位的变化迅速做出反应，从而能达到方便、迅捷以及安全的控制效果。而在当前的水塔水位自动控制系统中有很大一部分电机是不变速拖动系统，其电能大多消耗在适应供水量的变化而频繁的开停水泵中，并且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。这样不但使电机工作在低效区，减短电机的使用寿命，而且电机的频繁开停，使设备故障率很高，导致水资源严重浪费，系统的维护、维修工作量较大，并且能够使主备泵的工作量比较而现在电机的控制方式主要有两种，即手动控制和自动控制。但是这两种控制方式都有各自不同的优缺点。
1.手动控制
资金投入小，操作简单，但是可靠性不强，反应不够迅速，且人为因素太多。
2.自动控制
可靠性强，反应迅速，控制精准，但是要求技术高，资金投入大，且控制方式不够灵活，一旦固定不可轻易改变。
通过对以上两种控制方式的比较，发现每种方式都有各自的特点和优缺点，如果能把这两种方式优势结合起来，扬长避短，就能设计一款集自动、手动、急停控制于一体且节能、节约管理费用、减少维修费用的水位自动控制系统，而其关键是在保证安全和可靠的同时，选择一款适合的工业控制器。
1.1.2 可编程序逻辑控制器的发展现状
在控制系统中选择合适控制器非常重要。目前市场上提供了各种各样的控制器，主要包括：硬连线可编程控制器(VPS，即可编程继电器模块)、可编程逻辑控制器(SPS，即PLC)以及逻辑模块。
VPS的优点可浅显易懂地描述为：当控制任务不很多时，该系统比较便宜。缺点是：布线费用的增加与接触器的数量不成比例；查找故障麻烦费力；技术资料必须使用耗时费力的程序以手工方式编制；必须更改布线才能进行变更或者扩展升级。
SPS的特点是：故障诊断方便迅速；自动制作技术资料；有丰富的指令；实时特性；复杂的数学函数以及相对于其它系统的开放式通讯功能。与这种灵活性相背的是：要求操作工具有丰富的知识；必须将各个运算组成复杂的函数；解决方案不很复杂时，相对价格较高。
LOGO!是可编程序控制器(PLC)的新一代超小型控制器，亦称可编程通用逻辑控制模块，与以往的PLC相比具有以下优点：
1.编程操作简单。不管哪家公司的PLC，都必须使用编程工具(如编程器或计算机加编程软件)，而LOGO!编程可在本机上直接操作。
2.编程语言简单。对PLC编程，必须学习编程语言(梯形图和语句表)，还要了解PLC的内部地址分配，而LOGO!编程是将需要实现的功能所对应的功能块连接起来，就像用时间继电器、中间继电器通过导线连接一样简单和方便。
3.输出电流大。PLC输出端所能承受电流一般为2A (继电器输出，阻性负载)，而L0GO!输出端可以承受电流达10A (继电器输出，阻性负载)。
4.自带显示面板、参数设置方便。PLC自身不带面板，如要显示或修改内部参数就必须增加额外的显示面板，甚至还要对面板进行编程和组态，而LOGO!不需要增加任何辅助设备，可直接在自带面板上设置、更改和显示参数。
5.具有通信功能。带AS-I总线功能的LOGO!可作为远程I/O (输入/输出)使用。
6.价格低廉。与同点数的小型PLC相比，LOGO!具有更低的价格和更高的性价比。
7.面向大众、方便用户。LOGO!不需要专门编程训练，只要懂得一些电路知识就行；工厂的电工十分容易掌握它的使用。LOGO!主要控制功能有：开关量输入和输出；友好操作界面和显示面板；由6种基本功能块和11种特殊功能块来实现各种控制任务。
目前市场中提供了各种各样的控制器，主要包括：基于单片机控制的、纯逻辑芯片为核心控制的、继电器控制、可编程控制器和可编程序逻辑控制器。这几种控制器优缺点如表1.1所示。

表1.1各种控制器的比较
控制器名称
优缺点
基于单片机控制的
优点：能实现较为复杂的逻辑控制，应用范围广泛
缺点：抗干扰能力差，编程复杂，繁冗
纯逻辑芯片为核心控制的
优点：能应用于大功率的控制开关
缺点：控制方式复杂，容易出现错误
继电器控制
优点：设计简单，直观
缺点：线路复杂，成本高，维修工作量大，线路容易老化
可编程控制器（PLC）
优点：可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、便于维护
缺点：编程和操作都比较复杂，系统的开发成本高，不经济划算
可编程序逻辑控制器
优点：可靠性高，抗干扰能力强，使用寿命长，维修方便，便宜
缺点：内存小.编程复杂，控制有限

综合以上表格分析比较，由于可编程序逻辑控制器在同等控制要求上是最经济划算、可靠性高、抗干扰能力强、使用寿命长、维修检测也方便，所以选择可编程序逻辑控制器作为控制核心是最好的选择。
继电器控制是一种传统的电机控制方法，它主要运用于具有较小至中等控制要求电气设备的电机之中。图1.1所示为继电器控制柜。
图1.1 继电/接触器控制系统

在继电器控制中由于是采用继电器元件控制设备运转，各种功能的实现均依靠辅助触点完成，故障点多，一旦某一个继电器损坏，甚至一个继电器的某一个触点接触不良，都会影响整个系统的运行。除此之外，生产环境所造成的机械振动、工业粉尘等诸多因素都会引起继电器故障，常常造成设备不起车、二次不吸合等故障，严重时甚至导致电机烧毁，直接影响到生产安全，增加了生产成本。所以随着控制要求的不断提高，继电器已经越来越难以胜任大功率电机的控制了。
PLC是继继电器之后出现的一种新型的控制器，于1969年在美国问世。它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算数运算功能，用来对各种生产过程进行控制。在PLC中，控制时首先会询问控制器输入端的信号状态0或者1，接着由程序对这些状态进行处理，通过输出端将处理结果发送给执行器。图1.2为PLC的控制柜。

图1.2 PLC控制柜

相对于继电器，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、灵活性好、功能齐全等优点。但是PLC编程比较复杂，要求操作人员掌握丰富的综合知识。此外，具有强大数学运算功能的PLC更适合进行复杂的工业控制，对于一般的大功率电机控制而言，使用PLC显得大材小用。
逻辑模块是在PLC的基础上发展而来的一种微小型PLC，它的出现填补了继电器和PLC之间的技术空白。逻辑模块采用整体式结构，内部集成了丰富的逻辑功能模块、操作与显示单元、电源、I/O接口、扩展接口等，具有功能多、通用性好、体积小、使用方便等特点。经过十多年的发展逻辑模块现在已经发展成为了模块化的标准组件产品，涵盖了传统继电器的大部分功能，在某种程度上，用户可以将逻辑模块理解成为“智能的继电器”。由于逻辑模块本身具有多种定时器、计数器功能块，它可以省去系统设备的控制柜中的多种低压电器元件。同时，由于逻辑模块的继电器输出点具有较大的电流承载能力（最大可高达10A），它还可直接连接各种执行元件，如小电机、照明设备等。与传统继电器方案相比逻辑模块的解决方案具有减少连接配线、缩短设备配线时间、节省控制柜空间、便于维护等优点。基于这些特点，逻辑模块在家庭和安装工程中得以广泛使用，例如用于楼梯照明、室外照明、遮阳蓬、百叶窗等控制；也可在开关柜和机电设备中使用，如门控制系统、空调系统或水泵恒压供水控制系统。逻辑模块还用于暖房或温室等专用控制系统以及各种小型机械设备、电气装置等一系列应用。在软件方面，逻辑模块使用功能模块图（FBD）进行编程，使用简单，特别便于操作人员掌握，与PLC相比大大地节省开发周期和开发成本。
根据工作原理、性能等方面的区别，几种控制器的性价对比如表1.2所示。
表1.2 控制器性价对比
控制器类型
可靠性
可维护性
操作性
价格
继电器
差
差
差
低
可编程逻辑控制器
好
好
一般
较高
可编程逻辑模块
好
好
好
一般

无论从控制效果，设备维护，还是成本来说逻辑控制模块都比其它两种控制器更具有优势。正是基于以上的这些优势逻辑模块被越来越多的运用于各种电机控制领域，正逐渐成为现阶段电机的主要控制方式之一，被广泛的应用在照明、车库门、风机、水泵等控制系统中。
当前主要的生产逻辑模块的厂家主要有两家：三菱和西门子。其中西门子LOGO!于1996年面世，一经面世便凭借其高性能、高质量的特点得到了广泛的应用。本设计采用的就是西门子公司的LOGO!。
LOGO!即可编程序逻辑控制器，是可编程序控制器(PLC)的新一代超小型控制器，亦称可编程通用逻辑控制模块，它于1996年在德国西门子公司问世，同年投入市场。LOGO!的出现，填补了继电器与PLC之间的技术空间。为这一市场细分中的用户提供了简单灵活、得心应手的解决方案。用户可以随心所欲地设计程序，轻松完成各种控制任务。图1.3 为LOGO!编程控制器。
图1.3 LOGO!编程控制器

LOGO!不是PLC，不具备数学运算功能，但它在很多方面优于PLC。LOGO!本身集成了编程能力，编程操作简单，自带显示面板、参数设置方便，而且编程可在本机上直接操作，用户只需使用LOGO!面板上的键盘与屏幕，就可轻松编写控制程序并可随时修改程序以及调整参数设置。LOGO!的输出电流大，继电器输出的LOGO!的承载电流高达10A，无需中间继电器与接触器，可直接接入负载。LOGO!提供了12V、24V和115~240V三种工作电压等级，可适用于各种不同的应用场合。同时，LOGO!具有通信功能，价格低廉，面向大众，方便用户。
LOGO!也不是继电器，而更加优于传统的继电器。它的外部接线极其简单，只需要连接输入和输出，由于内部集成了多种继电器功能，通过小小的一块LOGO!就可实现复杂的继电器控制任务。对于较小型的控制任务，用LOGO!控制不但能达到预期的高性能，而且能够简化控制线路，优化控制性能，使结构紧凑，易于操作，达到较高的性价比。各种参数选择，可以满足在程序设计中的每一个要求。
自LOGO!问世以来，西门子公司不断在提高和增加其内外部的功能。目前市场的已经是第五代产品。LOGO!内部集成了8个基本功能模块和26个特殊功能模块。包含了12个定时功能、3个继电器触发功能、5个模拟量功能以及计数器、信息文本和移位寄存器等多种功能。如果客户使用LOGO!编程软件，只需在计算机上，通过简单的拖拽和连线功能，即可完成控制程序的编写。它的离线模拟功能可检测程序执行结果或模拟现场控制。
LOGO!编程软件不仅提供了功能块的编程方式，还提供了梯形图的编程模式，两种模式之间可随意切换，无须担心，LOGO!轻松软件会自动实现两种不同编程语言的转化，从而方便了熟悉PLC编程方式的技术人员对LOGO!的使用。 LOGO!支持EIB、LON和AS-i三种通讯方式，可方便地将其连入到各种网络之中，构成楼宇控制系统中的I/O子站和机械控制系统中的I/O子站。
高质量的LOGO!几乎取得了世界上所有主要的质量认证，如CE、UL、CSA、FM等。LOGO!投入市场近十年来，被广泛地应用于各种行业。在全世界的各个角落都可以找到LOGO!的身影。在中国，LOGO!也同样为广大工业领域和民用领域的用户所接受，在楼梯照明、门控系统、包括控制系统、水泵控制系统以及特殊车辆控制系统等众多行业中大显身手。
1.2 研究方案、技术措施及应用前景
1.2.1 研究方案
运用现代数字电子控制技术，利用LOGO!通用逻辑控制模块及其计算机辅助设计软件，主要采用LOGO!230RC扩展型通用逻辑控制模块、锁存热继电器、延时继电器等来设计出稳定实用、节能性高、操作简单方便的水位自动控制系统，进而满足工农业生产的需要。
在本设计中将按照：规划设计→LOGO!选型→硬件设计→程序设计→软件仿真→程序验证的方法进行。首先按照客户的要求制定设计规划。在完成设计规划后，根据控制对象的实际情况和控制要求选择适合型号的LOGO!作为控制器，依照所选用型号的LOGO!设计相应的硬件电路。硬件电路的设计主要由主电路设计和控制电路设计组成。其中控制电路设计包括LOGO!的接线和I/O端口的功能分配。硬件设计完成后，将开始软件设计。采用LOGO!的配套编程软件在PC机上开发控制系统程序，并进行仿真调试。如果仿真出错，将根据错误的类型重新进行软件编程或硬件设计，直至仿真成功。最后把仿真好的程序下载到LOGO!主机上进行运行验证，直到控制系统能够正常运行，完成使用文档，最终交付用户使用。
1.2.2 技术措施
本设计主要采用了以下措施：
1.设计工艺流程及控制线路
本设计水泵数量为2台，工艺流程为：硬件部分设计水塔水泵控制主电路；软件部分设计手动、自动和急停等电路图。
2.控制逻辑设计
控制LOGO!的各项功能是通过其内部的各种模块的组合来实现的，这些模块包括基本功能模块和特殊功能模块，基本功能模块包括与门、非门、或门等，来实现简单的基本连接操作。特殊功能模块包括脉冲继电器、延时继电器、RS触发器等，对于记忆功能和程序中使用的各种参数选择，可以满足在程序设计中的每一个要求。
1.2.3 应用前景
本设计所涉及的基于LOGO!实现水位自动控制系统，达到了智能化的设计要求，不但结构简单操作简便，而且提高了控制系统的可靠性和使用寿命。我们正处于一个工业、电力迅猛发展的时代，如果能用这一变频调速系统取代以前的不变速拖动系统，将能达到节约用电、注意环保的目的，且其更强的自动控制功能能节约大量的人力物力，经济效益显著，具有相当广阔的市场。

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第2章 设计方案与要求

2.1 设计方案
本设计摒弃原有使用继电器控制的方法，采用全新的逻辑模块控制法，即使用LOGO!作为系统的控制器。所以在本设计中将以LOGO!为基础制定设计方案。首先根据控制对象的实际情况和控制要求选择适合型号的LOGO!作为控制器。确定好要选用型号的LOGO!后，就要设计相应的硬件电路。硬件电路的设计包括主电路的设计和控制电路的设计。
其中，在设计控制电路时，要根据所选LOGO!的型号确定接线方式，同时还要根据具体的控制要求对LOGO!的输入和输出端口进行功能分配。完成硬件设计后，将开始软件设计。采用LOGO!的配套编程软件在PC机上开发控制系统程序，并进行仿真调试。最后把程序下载到LOGO!主机上进行验证。整个设计流程如图2.1所示。

图2.1 控制器设计的总体方案
2.2 设计要求
随着现代工业的发展，水塔水位自动控制在机械、水利、冶金、农业等各方面的作用越来越显著，其中用得最多的一种就是一主一备用泵组成的循环系统。它要求系统能在水塔中水位处在高水位不需要注水时，两个水泵都能停止工作，而且当需求量大，一个水泵不能满足时主、备泵能同时运行，还有为了延长水泵的寿命，两个水泵隔日循环轮流作为主水泵。此外，考虑到运行安全和便于维护等方面的因素本系统还需具有急停和手动控制功能。该系统工作示意图如图2.2所示。

图2.2系统工作示意图

根据以上特点，对该水位自动控制系统的具体要求如下：
1.自动控制
（1）在07:00-22:00时间段，两台水泵都工作，当水位到达中水位时只有主水泵在工作，而当水位到达高水位时主备泵都停止工作。
（2）在22：00-07：00时间段，备用水泵工作，当水位到达中水位时也只开备用水泵，当水位到达高水位时主备用水泵停止工作。
（3）为了提高水泵的工作效率和延长水泵的使用寿命，采取两个水泵隔日轮流作为主水泵。
2.手动控制
在水泵处于停止工作状态时，能够分别对主泵、备用泵进行启动和停止控制且不互相影响。
3.急停
在紧急的情况下，无论该水位控制系统中有一台还是两台水泵正在运行，都能把整个系统强行停机。

第3章 LOGO!可编程逻辑控制模块

LOGO!是一种可编程逻辑控制器。它于1996年在德国西门子公司问世，同年投入市场。LOGO!的出现填补了继电器与PLC之间的技术空白。为这一市场细分中的用户提供了简单灵活、得心应手的解决方案。用户可以随心所欲地设计程序，轻松完成各种任务。
LOGO!不是PLC，不具备数学运算功能，但是它在很多方面优于PLC。LOGO!本身集成了编程功能，用户只需使用LOGO!面板上的键盘和屏幕，就可以轻松编写控制程序并随时修改程序以及调整参数设置。
LOGO!也不是继电器，但更优于传统的继电器。它的外部接线极其简单，只需连接输入和输出，由于内部集成了多种继电器功能，通过小小的一块LOGO!就可以实现复杂的继电器控制任务。
自LOGO!问世以来，西门子公司不断增加和提高其内外部功能。目前市场上的已经是第五代的产品。LOGO!内部集成了8个基本功能模块和26个特殊功能模块。包含了12个定时功能、3个继电器触发功能、5个模拟量功能以及计数器、信息文本和移位寄存器等多种功能。如果客户使用LOGO!编程软件，只需在计算机上，通过简单的拖曳和连线功能即可完成控制程序的编写。它的离线模拟功能可以检测程序执行结果或模拟现场控制。LOGO!编程功能软件不仅提供了功能块的编程方式，还提供了梯形图的编程模式，两种模块之间可以随意切换，无须担心，LOGO!轻松软件会自动实现两种不同编程语言的转化，从而方便了熟悉PLC编程方式的技术人员对LOGO!的使用。
高质量的LOGO!几乎得到了世界上所有质量的认证，如CE、UL、CSA、FM等。LOGO!投入市场近十年以来，被广泛应用于各种工业和民用领域，在楼梯照明、自动门控制系统、水位控制系统以及特殊车辆控制系统等众多行业中大显身手。
3.1 系统功能
LOGO!通过主机模块与品种繁多的扩展模块相结合，LOGO!能够满足大量的自动化控制要求，如今已在楼宇智能、水处理、包装机械、纺织机械、水泵行业、货运装备、食品处理机械、木料加工机械、电梯控制、特殊车辆控制等领域都有广泛的应用。
LOGO!系统功能集成有：
1.输入和输出，取决于设备的类型；
2.数字量和模拟量标志；
3.带背景光的显示面板和操作键；
4.用于扩展模块的接口；
5.通讯模块；
6.存储卡（橙色）接口和PC电缆；
7.定时器；
8.计数器；
9.文本显示；
10.预组态的标准功能，例如接通∕断开延时继电器、脉冲继电器和软件；
11.移位寄存器。
3.2 LOGO!硬件
3.2.1 本机模块
首先按照客户要求制定设计规划。在完成设计规划后，根据控制对象的实际情况和控制要求选择合适型号的LOGO!作为控制器，依照所选用型号的LOGO!设计相应的硬件电路。硬件电路的设计主要由主电路设计和控制电路设计组成。其中控制电路设计包括LOGO!的接线和I/O端口的功能分配。硬件设计完成后，将开始软件设计。采用LOGO!的配套编程软件在PC机上开发控制系统程序，并进行仿真调试。如果仿真出错，将根据错误的类型重新进行软件编程或硬件设计，直至仿真成功。最后把仿真好的程序下载到LOGO!主机上进行运行验证，直到控制系统能够正常运行，完成使用文档，最终交付用户使用。目前提供的LOGO!本机模块有两大类：基本型和经济型型。基本型带显示面板，经济型不带显示面板。如图3.1所示。
图3.1 本机模块

1.带显示面板：LOGO!12/24RC、LOGO!24、LOGO!24RC、LOGO!230RC。
2.不带显示面板：LOGO!12/24RCo、LOGO!24o、LOGO!24RCo、LOGO!230RCo。
LOGO!本机模块的电源有3个电压等级：
1.等级1，12V：例如LOGO!12/24RC、LOGO!12/24RCo。
2.等级2，24V：例如LOGO!12/24RC、LOGO!24、LOGO!24RC、LOGO!12/24RCo、LOGO!24o、LOGO!230RCo。
3.等级3，115～240V：例如LOGO!230RC、LOGO!230RCo。
其中LOGO!12/24RC、LOGO!24和LOGO!12/24RCo、LOGO!24o只能适合直流电压，LOGO!24RC、LOGO!24RCo和LOGO!230RC、LOGO!230RCo可适合交直流电压。
LOGO!12/24RC、LOGO!24和LOGO!12/24RCo、LOGO!24o的I5和I6数字量输入可作为高速输入，I7和I8即可以作为数字量输入又可以作为模拟量输入，作模拟量输入只能用0～10V的信号。
LOGO!本机模块可以提供一下的型号，如表3.1所示。
表3.1 LOGO!模块的型号
类型
名称
供电电压
输入
输出
特征
带显示
LOGO!12/24RC
12/24 V(DC)
8个数字量
4个继电器（10 A）
有时钟
LOGO!24
24 V（DC）
8个数字量
4个晶体管（24 V/0.3 A）
没有时钟
LOGO!24RC
24 V（DC/VC）
8个数字量
4个继电器（10 A）
有时钟
LOGO!230RC
115～240 V(DC/AC)
8个数字量
4个继电器（10 A）
有时钟
LOGO!12/24RCo
12/24 V(DC)
8个数字量
4个继电器（10 A）
有时钟
不带
显示
LOGO!24o
24 V(DC)
8个数字量
4个晶体管（24 V/0.3 A）
没有时钟
LOGO!24RCo
24 V(DC/AC)
8个数字量
4个继电器（10 A）
有时钟
LOGO!230RCo
115～240 V(DC/AC)
8个数字量
4个继电器（10 A）
有时钟
3.2.2 扩展模块
LOGO!扩展模块有三种：数字量模块，模拟量模块、通讯模块。
1.数字扩展模块：LOGO!DM8 12/24R、LOGO!DM8 24、LOGO!DM8 24R、LOGO!DM8 230R。如图3.2所示。

1-电源 2-输入 3-输出 4-带盖板的模块槽 5-控制面板（不适用于RC0）
6-LCD（不适用于RC0） 7-运行/停止指示灯 8-扩展接口
9-机械编码插针 10-机械编码插座 11-滑板
图3.2 DMB 12/24R模块图

2.模拟量扩展模块：LOGO!AM2、LOGO!AM2 PT100。如图3.3所示。

1-电源 2-输入 7-运行/停止指示灯 8-扩张接口 9-机械编码插针
10-机械编码插座 11-滑板 12-PE端子，用于接地和模拟量 测量电缆的屏蔽
图3.3 AM2模块图

3.通讯模块：KNX、LON、AS-i。如图3.4所示。

1-电源 2-连接EIB总线 7-运行停止指示灯 8-扩展接口
9-机械编码插针 10-机械编码插座 11-滑板 12-EIB/KNX状态指示灯 13-编程按钮
图3.4 KNX模块图

数字量扩展模块相对于LOGO!本机也有3个电压等级：
1.等级1，12V：例如LOGO!DM8 12/24R支持；
2.等级2，24V：例如LOGO!DM8 12/24R、LOGO!DM8 24、LOGO!DM8 24R支持；
3.等级3，115～240V：例如LOGO!DM8 230R 支持。
其中LOGO!DM8 12/24R、LOGO!DM8 24只适合于直流电压，LOGO!DM8 24R和LOGO!DM8 230R交直流电压均可。
3.2.3 I/O配置
当LOGO!本机模块的I/O点数不足以满足控制要求时，可以用扩展模块对本机进行扩展。LOGO!本机模块和扩展模块的搭配也不是随意的，总结有如以下两条规则：
1.数字量扩展模块只能链接到相同电压级的LOGO!本机模块和相同电压等级的扩展模块上；
2.模拟量扩展模块和通讯模块可以链接到任何电压的设备上。
LOGO!系统最多可以有24个数字量输入、16个数字量输入、8个模拟量输出。
1.若LOGO!本机模块没有模拟量的输入，则可以接4个数字量扩展模块和4个模拟量扩展模块；
2.若LOGO!本机模块有2个模拟量输入，则可以接4个数字量扩展模块和3个模拟量扩展模块。
3.2.4 系统最大资源
LOGO!系统最大可以使用130个功能模块、60个REM、24个数字量输入、16个数字量输出、24个数字量存储标识、8个模拟量输入、2个模拟量输入、6个模拟量存储标识、10个文本显示、2000个程序存储容量、64个块名、16个开放的连接器、4个光标键、1个移位寄存器及8个移位寄存器位。如表3.2所示。
表 3.2 LOGO!系统资源一览表
可使用功能块数
130
REM
60
数字量输入
24
数字量输出
16
数字量存储标识
24
模拟量输入
8
模拟量输出
2
模拟量存储标识
6
文本显示
10
程序存储容量
2000
功能块名
64
开放的连接器
16
光标键
4
移位寄存器
1
移位寄存器位
8
3.3 LOGO!软件
3.3.1 软件特点
西门子公司专门为LOGO!所开发了一系列版本的编程软件，并且功能再不断地加强。本设计采用LOGO!soft Comfort V6.0版。该软件采用图形用户界面，操作界面简洁明了，便于操作者进行简单快速的编写程序。图3.2为LOGO!soft Comfort的编程界面。

图3.2 LOGO!soft comfort 编程界面

更重要的是LOGO!soft Comfort软件具有十分丰富的功能模块。主要分为基本功能模块（GF）和特殊功能模块（SF），其中特殊功能模块中有包含了接通延时器、脉宽触发继电器、边缘触发脉冲继电器、异步脉冲触发器、随机发生器等大量的功能模块，借助于这些功能强大的模块就可简单轻松的创建你所需要的梯形图或功能块图。
3.3.2 编程方法
LOGO!编程常用的编程方法有两种：功能块图法（FBD）和梯形图法（LAD）。
1.功能块图法（FBD）
功能块图类似于普通功能逻辑图，它沿用了半导体逻辑电路的逻辑框图的表示方式。一般用一种功能方框表示一种特定的功能，框图内的符号表示了该功能块图的功能。功能块图是图形化的高级编程语言。通过软件连接的方法把所需的功能模块图连接起来，用于实现系统的控制。功能块图的表示格式有利于程序的跟踪。图3.3所示即为功能块图。
图3.3 功能块图

2.梯形图法（LAD）
梯形图是与电气控制电路图相呼应的图形语言，它与西门子的PLC梯形图设计类似。它沿用了继电器、触点、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。梯形图是融逻辑操作、控制于一体，面向对象的、实时的、图形化的编程语言。梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂，很适合电气工程人员使用。在LOGO!soft Comfort软件中梯形图与功能块图之间可以随意进行切换。图3.4所示即为梯形图。
图3.4 梯形图
本设计采用的是功能块图法（FBD）。

第4章 硬件系统的设计

4.1 主电路的设计
根据设计要求，选用230RC系列的LOGO!作为控制核心，主电路由2台电机以及相关的保护型空气开关、断路器、接触器、热继电器等电气元件构成。其中QS、QS1、QS2为空气开关；KM1、KM2、为接触器；FU1、FU2为熔断器；FR1、FR2为热继电器。如图4.1所示。

图4.1 主电路图

4.2 控制电路的设计
本设计是基于LOGO!的水位自动控制系统，利用LOGO!通用逻辑控制模块及其计算机辅助设计软件，来实现对水位的控制。LOGO!本机模块按照电压等级可以分为：12V、24V、115~240V。其中不同的电压等级中按照供电电压的类型不同可分为直流型和交流型。在该水泵系统中，采用电压等级为115~240V的LOGO!本机模块，且还要求能够使用交流电进行供电。参照西门子LOGO!的产品列表，本设计采用LOGO!230RC型本机模块。
在本控制系统中，需要5个数字输入量，2个数字输出量。本机模块LOGO!230RC为8个数字量输入，4个继电器输出，完全能够满足控制要求。控制电路如图4.2所示。
图4.2 LOGO!230RC的输入输出接线

LOGO!的输入输出分配表如表4.1
表4.1 输入输出分配表
输入

输出

端口
功能
端口
功能
I1
高水位，主备泵都停车
Q1
主水泵运行

I2
中水位，主泵自动开启(在22:00-07:00时间段只开备泵)

Q2

备用水泵运行
I3
手动控制主水泵

I4
手动控制备用水泵

I5
急停

4.3 控制面板设计
如图4.3所示，控制面板主要由3个输入组成，分别为手动控制主水泵、手动控制备用水泵和急停。其中急停用醒目的红色按钮，方便紧急情况时能快速按下急停。

图 4.3 控制面板

第5章 软件设计

5.1 设计特点
本程序是通过西门子LOGO!soft comfort v6.0版本编程软件设计的，整个程序通过功能块逻辑图表示出来。在程序中大量使用与门、或门、RS锁存器、接通延时开关等逻辑功能模块。
1.采用非、与功能模块实现优先级高低的控制。
如图5.1所示，设置急停I7的优先级最高，无论水位处于何种状态一旦I7动作，所有水泵都立即停止工作。程序中I7经过取反与I1，I2，I3分别相与，当I7为1时，经取反变为0与I1，I2，I3分别相与，使与门B001、B002、B003输出为0，达到了使I7优先级最高的要求。

图5.1优先级的实现

2.采用RS锁存器、与、或功能模块实现隔日循环控制。如图5.2所示。

图5.2隔日循环控制

3.采用与门模块实现各个功能之间的互锁。
如图5.3所示，与门B002实现I4、I5对I3的锁定。当I4、I5中任意一个置1时，I3都无法执行启动或者关断的功能。

图5.3 互锁电路

4.本设计主程序
如图5.4所示，在以上三个基本程序的基础上延伸出的本设计主程序不仅实现了系统设计要求中的自动控制、手动控制和急停各项功能，而且还保证了无论是在自动启动的过程中操作人员误触了调试按钮还是在调试过程中误触了启动按钮都会关闭优先从而保护了系统，进一步提高了系统的可靠性。

(a)

(b)

(c)
图5.4 程序设计逻辑图

梯形图设计见附录。
5.2 程序分析
下面将根据以上程序逻辑图，对控制程序进行详细说明。
1.自动控制
（1）当在07:00-22:00这时间段周定时器输出为1，使与门B002和B005输出为1，水泵Q1和Q2都启动，当水位为中水位时，与门B003输出1，主水泵Q1启动，当水位到达高水位时，与门B002、B003、B009和B005输出0，水泵Q1和Q2都停止工作。
（2）当在22:00-07:00时间段，与门B009输出1，备用水泵Q2启动，当水位为中水位时，与门B009输出1，与门B017输出0，备用水泵Q2启动，当水位为高水位时B002、B003、B005、B017输出0，水泵Q1和Q2都停止工作。
（3）水泵Q1和Q2隔日循环轮流作为主泵，当标志位M输出1时，或门B014输出1，Q1作为主泵，当标志位M输出0时，或门B015输出1，Q2作为主泵。
2.手动控制
（1）I3置1，使或门B023置1，与门B024输出1，水泵Q1启动。
（2）I4置1，使或门B027置1，与门B028输出1，水泵Q2启动。
3.急停
急停在系统程序中急停的优先级最高，设置I5为开关。急停的工作原理是对水泵Q1和Q2的输入信号的锁定。I5置1，使与门B024、B028输出0，主备用水泵都停机。
5.3 软件仿真
LOGO!soft comfort v6.0不仅具有软件编程功能，还具备了强大的软件仿真功能。借助于软件仿真功能，可以直接在PC机上对程序进行调试。下面将利用该功能对本设计中的控制程序进行仿真。图5.5即为本程序的仿真界面。

图5.5 程序仿真界面

图中左下角的5个绿色按钮分别代表I1、I2、、I3、I4、I5。按钮右侧的3个小灯泡分别表示M1、Q1、Q2、的工作状态。灯亮表示启动，灯灭表示停止。
1.自动控制
（1）在07:00-22:00这时间段Q1、Q2都工作，如图5.6所示，当水位到达中水位时，主泵Q1工作，如图5.7所示，当水位到达高水位，两台水泵都停止工作如图5.8所示。
（2）在22:00-07:00时间段备用泵Q2工作如图5.9所示，中水位时，只有备用泵Q2工作，如图5.10所示，高水位时两台水泵都停止工作，如图5.11所示。
（3）两台水泵隔日轮流作为主水泵，如图5.12和如图5.13所示。

图5.6 07:00-22:00时间段Q1、Q2都工作

图 5.7 07:00-22:00时间段中水位时主水泵Q1工作

图5.8 07:00-22:00时间段高水位时Q1、Q2停机

图 5.9 22:00-07:00时间段备用水泵Q2工作

图 5.10 22:00-07:00中水位时备用泵Q2工作

图5.11 22:00-07:00 时间段高水位时Q1、Q2都停机

图5.12 主水泵Q1工作

图5.13 主水泵Q2工作

2.手动控制
（1）手动开启I3，灯Q1亮，主水泵启动，如图5.14所示。
（2）手动开启I4，灯Q2亮，备用水泵启动，如图5.15所示。

图5.14手动控制水泵Q1

图5.15手动控制水泵Q2

3.急停
开启急停开关I5，主水泵备用水泵都不启动，如图5.16所示。

图5.16 急停

通过软件仿真，程序实现了自动启动、自动停机、手动控制、紧急停机。接下来将对程序进行验证。
5.4 程序验证
把经过仿真后的程序通过LOGO!专用数据传输线下载到LOGO!主机中接通电源，启动LOGO!系统按照程序的设定开始运行。进过反复实际验证，系统能过完全实现设计要求中的各项控制功能，满足了设计要求，至此本设计基本完成。

结 论

毕业设计是本科学习阶段难得的一次锻炼自己的机会，通过这次对水位控制系统的设计，我了解了西门子LOGO!的工作原理和其应用前景，掌握了LOGO!soft comfort软件的使用方法，提高了对数字逻辑电路的分析能力以及利用逻辑功能模块设计具有一定逻辑功能的数字电路的能力，同时也提高了我查阅资料和解决实际问题的能力。论文完成过程中，主要的工作有：
1.规划设计：对水位自动控制系统进行全面分析，根据控制要求，初步确定