項(xiàng)目九液位控制系統(tǒng)掌握數(shù)學(xué)運(yùn)算指令及應(yīng)用掌握模擬信號(hào)采集與處理的方法一學(xué)習(xí)目標(biāo)2025/3/10二知識(shí)講座9.1數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

數(shù)學(xué)函數(shù)指令用于實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)等功能。數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總見表9-1。

表9-1數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總2025/3/10二知識(shí)講座9.1數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

數(shù)學(xué)函數(shù)指令用于實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)等功能。數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總見表9-1。

表9-1數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總2025/3/10二知識(shí)講座9.1數(shù)學(xué)運(yùn)算指令

數(shù)學(xué)函數(shù)指令用于實(shí)現(xiàn)基本的加、減、乘、除、指數(shù)、三角函數(shù)等功能。數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總見表9-1。

表9-1數(shù)學(xué)函數(shù)指令匯總2025/3/10二知識(shí)講座【應(yīng)用舉例9.1】有個(gè)電暖器，有三個(gè)工作檔位，分為1000W，2000W和3000W，電暖器有1000W和2000W兩種加熱絲。要求用一個(gè)按鈕能任意選擇三種不同的檔位，按一次時(shí)，為一檔1000W；按第二次為二擋2000W；按第三次時(shí)，三擋3000W，兩種加熱絲同時(shí)工作；按第四次按鈕時(shí)，停止加熱。2025/3/10二知識(shí)講座

圖9-1中，MW10用于記錄按按鈕的次數(shù)，按一次，MW10加1。M11.0為MW10低8位中的第一位，控制1000W電熱絲的通斷；M11.1位MW10低8位中的第二為，控制2000W電熱絲的通斷。當(dāng)按第一次時(shí)，MW10=16#0001，此時(shí)M11.0為1，1000W電熱絲接通；按第二次時(shí)，MW10=16#0002，此時(shí)M11.1為1,2000W的電熱絲接通；按第三次時(shí)，MW10=16#0003，此時(shí)M11.0和M11.1均為1，1000W和2000W的電熱絲同時(shí)接通；按第四次時(shí)，MW10=16#0000，M11.0和M11.1均為0，電暖器停止工作。

圖9-1加指令示例程序2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令移位和循環(huán)指令主要用于實(shí)現(xiàn)位序列的左右移動(dòng)或者循環(huán)移動(dòng)等功能。

圖9-3右移指令示例

圖9-4數(shù)據(jù)右移2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令移位和循環(huán)指令主要用于實(shí)現(xiàn)位序列的左右移動(dòng)或者循環(huán)移動(dòng)等功能。

圖9-5左移指令示例圖9-6數(shù)據(jù)左移2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令2.循環(huán)移位指令

循環(huán)移位指令包含循環(huán)右移ROR和循環(huán)左移ROL,循環(huán)指令用于將序列、整數(shù)循環(huán)右移或者左移若干位。【應(yīng)用舉例9.2】設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)，要求通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)8盞彩燈的左移或者右移，每次亮一盞燈，時(shí)間為1S。程序段1：系統(tǒng)初始掃描，M1.0為1，分別將左移數(shù)據(jù)16#01和右移數(shù)數(shù)據(jù)16#80傳送到儲(chǔ)存器MB10和MB11中，分別作為循環(huán)移動(dòng)的初始值。其中左移初始數(shù)據(jù)16#01對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#0000_0001，分別對(duì)應(yīng)8盞燈，首先最右邊的燈亮；右移數(shù)據(jù)16#對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#1000_0000，分別對(duì)應(yīng)8盞燈，首先最左邊的燈亮。2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令2.循環(huán)移位指令

循環(huán)移位指令包含循環(huán)右移ROR和循環(huán)左移ROL,循環(huán)指令用于將序列、整數(shù)循環(huán)右移或者左移若干位?！緫?yīng)用舉例9.2】設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)，要求通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)8盞彩燈的左移或者右移，每次亮一盞燈，時(shí)間為1S。2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令2.循環(huán)移位指令

程序段1：系統(tǒng)初始掃描，M1.0為1，分別將左移數(shù)據(jù)16#01和右移數(shù)數(shù)據(jù)16#80傳送到儲(chǔ)存器MB10和MB11中，分別作為循環(huán)移動(dòng)的初始值。其中左移初始數(shù)據(jù)16#01對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#0000_0001，分別對(duì)應(yīng)8盞燈，首先最右邊的燈亮；右移數(shù)據(jù)16#對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為2#1000_0000，分別對(duì)應(yīng)8盞燈，首先最左邊的燈亮。2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令2.循環(huán)移位指令

程序段2：M0.7為系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖，周期為2S，每1S會(huì)檢測(cè)到上升沿信號(hào)，執(zhí)行一次左移或右移指令，I0.0為選擇開關(guān)SA。2025/3/10二知識(shí)講座9.2移位和循環(huán)指令2.循環(huán)移位指令

程序段3：系統(tǒng)將移位后的數(shù)據(jù)傳送給輸出端，QB0對(duì)應(yīng)Q0.0、Q0.1-Q0.7，分別控制8盞的亮滅。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制

在工業(yè)生產(chǎn)過程中有很多連續(xù)變化的模擬量信號(hào)，例如水塔水位、泵出口壓力、溫度、流量、位移、速度等物理量。所有這些物理量需要利用傳感器進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出來的信號(hào)為連續(xù)的電壓信號(hào)或者電流信號(hào)，然后通過變送器將這些電壓信號(hào)或者電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，如±10V、±5V、±2.5V、0∽10V、0∽20mA、4∽20mA等，并將這些標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)送到模擬量模塊，模擬量模塊通過A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給CPU處理。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制1.模擬量模塊

圖9-7模擬輸入模塊西門子S9-1200PLC模擬I/O是以標(biāo)準(zhǔn)模塊方式實(shí)現(xiàn)的，其CPU模塊上自帶2路模擬量輸入，輸入了為電壓信號(hào)，輸入電壓范圍為0-10V，滿量程范圍為0-27468，默認(rèn)地址為IW64和IW66。（1）模擬量輸入模塊（AI）。模擬量輸入模塊是將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其主要部分為A/D轉(zhuǎn)換器。西門子提供了SM1231模擬輸入模塊和SB1231模擬量輸入信號(hào)板，可以將標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其具體型號(hào)、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-7所示，技術(shù)參數(shù)如圖9-8所示。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制1.模擬量模塊

圖9-8模擬量輸入模塊技術(shù)參數(shù)西門子S9-1200PLC模擬I/O是以標(biāo)準(zhǔn)模塊方式實(shí)現(xiàn)的，其CPU模塊上自帶2路模擬量輸入，輸入了為電壓信號(hào)，輸入電壓范圍為0-10V，滿量程范圍為0-27468，默認(rèn)地址為IW64和IW66。（1）模擬量輸入模塊（AI）。模擬量輸入模塊是將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其主要部分為A/D轉(zhuǎn)換器。西門子提供了SM1231模擬輸入模塊和SB1231模擬量輸入信號(hào)板，可以將標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其具體型號(hào)、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-7所示，技術(shù)參數(shù)如圖9-8所示。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制1.模擬量模塊

圖9-9模擬量輸出模塊（2）模擬量輸出模塊（AQ）。模擬量輸出模塊將CPU處理過的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成成比例的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。西門子提供了SM1232模擬量輸出模塊和SB1232模擬量輸出信號(hào)板其具體型號(hào)、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-9所示，模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)如圖9-10所示。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制1.模擬量模塊圖9-10模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)（2）模擬量輸出模塊（AQ）。模擬量輸出模塊將CPU處理過的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成成比例的電壓信號(hào)或電流信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。西門子提供了SM1232模擬量輸出模塊和SB1232模擬量輸出信號(hào)板其具體型號(hào)、通道數(shù)和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-9所示，模擬量輸出模塊技術(shù)參數(shù)如圖9-10所示。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制1.模擬量模塊圖9-11模擬量輸入輸出模塊（3）模擬量輸入輸出模塊（AI/AQ）。模擬量輸入輸出模塊能同時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，也能把數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量。西門子提供了SM1232模擬量輸出模塊和SB1232模擬量輸出信號(hào)板其具體型號(hào)、通道數(shù)和轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如圖9-11所示。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制2.模擬量輸入信號(hào)處理a）NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令b）SCALE_X標(biāo)定指令

模擬量輸入信號(hào)的處理可以采用轉(zhuǎn)換操作指令NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令和SCALE_X縮放指令來實(shí)現(xiàn)。

（1）NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令。NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令，通過將輸入VALUE中變量的值映射到線性標(biāo)尺對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化?？梢允褂脜?shù)MIN和MAX定義（應(yīng)用于該標(biāo)尺的）值范圍的限值。輸出OUT中的結(jié)果經(jīng)過計(jì)算并存儲(chǔ)為浮點(diǎn)數(shù)，這取決于要標(biāo)準(zhǔn)化的值在該值范圍中的位置。如果要標(biāo)準(zhǔn)化的值等于輸入MIN中的值，則輸出OUT將返回值“0.0”。如果要標(biāo)準(zhǔn)化的值等于輸入MAX的值，則輸出OUT需返回值“1.0”。NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令原理示意如圖9-10（a）所示?！皹?biāo)準(zhǔn)化”指令將按以下公式進(jìn)行計(jì)算：OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)如果滿足下列條件之一，則使能輸出ENO的信號(hào)狀態(tài)為“0”：使能輸入EN的信號(hào)狀態(tài)為“0”；輸入MIN的值大于或等于輸入MAX的值；根據(jù)IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，指定的浮點(diǎn)數(shù)的值超出了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)范圍；輸入VALUE的值為NaN（無效算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果）。2025/3/10二知識(shí)講座9.3模擬量控制2.模擬量輸入信號(hào)處理a）NORM_X標(biāo)準(zhǔn)化指令b）SCALE_X標(biāo)定指令

（2）SCALE_X縮放指令。SCALE_X縮放指令，通過將輸入VALUE的值映射到指定的值范圍內(nèi)以縮放該值。當(dāng)執(zhí)行“縮放”指令時(shí)，輸入VALUE的浮點(diǎn)值會(huì)縮放到由參數(shù)MIN和MAX定義的值范圍?？s放結(jié)果為整數(shù)，存儲(chǔ)在OUT輸出中。SCALE_X縮放指令原理示意如圖9-10.b所示?！翱s放”指令將按以下公式進(jìn)行計(jì)算：OUT=[VALUE?(MAX–MIN)]+MIN如果滿足下列條件之一，則使能輸出ENO的信號(hào)狀態(tài)為“0”：使能輸入EN的信號(hào)狀態(tài)為“0”；輸入MIN的值大于或等于輸入MAX的值；根據(jù)IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，指定的浮點(diǎn)數(shù)的值超出了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)范圍；發(fā)生溢出；輸入VALUE的值為NaN（非數(shù)字=無效算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果）。2025/3/10二知識(shí)講座

圖9-11轉(zhuǎn)換原理圖

2025/3/10三工作任務(wù)圖9-12水箱示意圖1.水箱示意圖水箱示意圖如圖9-12所示。2.設(shè)備介紹（1）電磁閥：通電后打開水可以通過，斷電后關(guān)閉水流不能通過。（2）干管簧浮球開關(guān)：浮球跟著水位一起走，當(dāng)下限位浮球到達(dá)下?lián)跗恢脮r(shí)接通，兩根紅線接通，當(dāng)上限位浮球到達(dá)上擋片位置時(shí)，兩根黑線接通。（3）液位傳感器：是一種測(cè)量液位壓力的傳感器，靜壓投入式液位變送器是基于所測(cè)液體靜壓與該液體高度成比例的原理，采用才有國(guó)外先進(jìn)的隔離擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再進(jìn)過溫度補(bǔ)償和線性修正轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。本項(xiàng)目采用液位變送器，型號(hào)：SIN-P260，量程：0-1M，輸出信號(hào)：4-20mA，供電電壓：DC24V。（4）水泵：功率：80W電壓：直流24V2025/3/10三工作任務(wù)圖9-12水箱示意圖3．任務(wù)要求

本項(xiàng)目模擬水塔供水系統(tǒng)，1號(hào)水箱為高位水塔，2號(hào)水箱為用戶供水，3號(hào)水箱為底部蓄水池。

（1）1號(hào)水箱水位達(dá)到設(shè)定下限值時(shí)泵開始抽水，同時(shí)1號(hào)水箱底部電磁閥關(guān)閉；1號(hào)水箱水位達(dá)到設(shè)定上限值時(shí)泵停止抽水；若1號(hào)水箱水位達(dá)到下限值同時(shí)3號(hào)水箱也在下限值，則水泵不工作；1號(hào)水箱水位用液位傳感器檢測(cè)；（2）2號(hào)水箱水位達(dá)到下限位時(shí)2號(hào)水箱電磁閥關(guān)閉，同時(shí)1號(hào)水箱電池閥打開；若此時(shí)1號(hào)水箱在下限值，1號(hào)水箱電磁閥仍關(guān)閉；2號(hào)水箱水位達(dá)到上限位時(shí)1號(hào)水箱電磁閥關(guān)閉。（3）3號(hào)水箱為蓄水水箱，人工向3號(hào)水箱加水，水位達(dá)到3號(hào)水箱上限位時(shí)，2號(hào)水箱電磁閥關(guān)閉；水位低于到3號(hào)水箱上限位下限位時(shí)，2號(hào)水箱電磁閥打開，泵停止抽水。（4）正常工作情況下，每個(gè)水箱水位都不能低于下限位高于上限位。4．項(xiàng)目分析

輸入信號(hào)：系統(tǒng)啟動(dòng)、停止按鈕；1號(hào)水箱水位檢測(cè)信號(hào)，該信號(hào)為4-20mA電流信號(hào)；2號(hào)水箱和3號(hào)水箱水位檢測(cè)為干管簧浮球開關(guān)。

輸出信號(hào)：1號(hào)水箱、2號(hào)水箱電磁閥，水泵。2025/3/10四任務(wù)實(shí)施1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)任務(wù)分析可知，本控制系統(tǒng)有啟動(dòng)、停止、2號(hào)水箱上限位、2號(hào)水箱下限位、3號(hào)水箱上限位、3號(hào)水箱下限位總共6個(gè)數(shù)字量輸入；一個(gè)4-20mA電流輸入信號(hào)；3個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)。因此，輸入數(shù)字量點(diǎn)數(shù)大于6和輸出點(diǎn)數(shù)大于3的PLC，本項(xiàng)目選擇PLC類型為：CPU1214DC/DC/DC，訂貨號(hào)6ES9-214-1AG40-0XB0。由于S9-1200PLC的CPU模塊自帶模擬量輸入為電壓信號(hào)輸入，因此另外選擇模擬量輸入模塊SM1231AI4x13位，訂貨號(hào)為：6ES7231-4HD32-0XB0。2025/3/10四任務(wù)實(shí)施2.I/O地址分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸入元件作用輸入繼電器輸出元件作用輸出繼電器SB0啟動(dòng)按鈕I0.01號(hào)水箱電磁閥1號(hào)水箱放水Q0.0SB1停止按鈕I0.12號(hào)水箱電磁閥2號(hào)水箱放水Q0.1浮球開關(guān)13號(hào)水箱下限位I0.2水泵抽水Q0.2浮球開關(guān)13號(hào)水箱上限位I0.3

浮球開關(guān)22號(hào)水箱下限位I0.4

浮球開關(guān)22號(hào)水箱上限位I0.5

液位變送器1號(hào)水箱液位IW96

表9-2水箱控制系統(tǒng)I/O地址分配表I/O地址分配如表9-2所示。

2025/3/10四任務(wù)實(shí)施3.系統(tǒng)接線圖

水箱控制系統(tǒng)的接線圖如圖9-13所示模擬量輸入模塊接線圖如圖9-14所示。

圖9-13水箱控制系統(tǒng)接線圖圖9-14模擬量模塊接線圖2025/3/10四任務(wù)實(shí)施4.PLC程序設(shè)計(jì)（1）變量定義。變量表如圖9-15所示。圖9-15水箱控制系統(tǒng)變量表2025/3/10四任務(wù)實(shí)施4.PLC程序設(shè)計(jì)（2）程序設(shè)計(jì)：圖9-15水箱控制系統(tǒng)變量表程序段1：?jiǎn)⒈Ｍ?025/3/10四任務(wù)實(shí)施4.PLC程序設(shè)計(jì)（2）程序設(shè)