plc水箱液位控制的设计(专科论文)

1、毕 业 论 文题 目 ：PLC控制的水箱液位控制系统系 部： 专 业： 姓 名 班 级： 学 号： 指导教师： 教师单位： 2011年 月 日PLC控制的水箱液位控制系统摘要在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。由于液体本身的属性及控制机构的摩擦、噪声等的影响，控制对具有一定的纯滞后和容量滞后的特点，液位上升的过程缓慢，呈非线性。因此液位控制装置的可靠性与控制方案的准

2、确性是影响整个系统性能的关键，因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑控制。 PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PLC控制、PID算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，控制核心为S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感

3、器为扩散硅式压力传感器，调节阀为电动调节阀。选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。关键词 PLC,PID,液位控制目 录PLC控制的水箱液位控制系统I摘要I第一章 绪论- 1 -第二章 设计任务与要求- 2 -2.1基本任务- 2 -2.2 基本要求- 2 -2.3给定条件- 2 -2.4 主要性能指标- 2 -2.5扩展功能- 3 -第三章 总体论证- 3 -3.1 总体方案的选择- 3 -3.1.1 控制方法选择- 3 -3.1.2 系统组成- 4 -3.2 确定系统功能、性能指标- 4 -第四章 系统设计- 5

4、-4.1 建模过程- 5 -4. 模型参数的确定- 6 -4. 软、硬件功能划分- 6 -4. 系统功能划分、指标分配和框图构成- 7 -4.4.1 PLC系统- 7 -4.4.2 前向通道- 7 -4.4.3 后向通道- 8 -第五章 系统开发- 8 -5.1 硬件开发系统配置- 8 -5.1.1 PLC系统CPU、模/数转换模块、数/模转换模块- 8 -5.1.2 前向通道传感器- 8 -5.2 PID操作指令- 9 -5.2.1 PID算法- 9 -5.2.2 回路输入、输出转换及标准化- 11 -5.2.3 控制方式- 11 -5.2.4 ID的编程步骤- 12 -5.3 软件开发-

5、12 -5.3.1 确定输入/输出关系，建立数学模型，寻找合适算法- 12 -5.3.2 调节器参数整定- 13 -5.3.3 程序流程图- 14 -5.3.4 程序- 14 -第六章 连机调试- 17 -第七章 注意事项- 18 -7.1 安全注意事项- 18 -7.1.1防止触电- 18 -7.1.2防止烫伤- 18 -7.1.3防止损坏- 18 -总 结- 19 -致 谢- 20 -参考文献- 21 -第一章 绪论可编程控制器（简称PLC或PC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置，是一种数字运算操作的电子系统。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通

6、信技术容为一体，主要用来代替继电器实现逻辑控制，随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，是当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。液面高度是工业控制过程中

7、一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。液位控制是工业生产中典型的过程控制问题，对液位准确的测量和有效的控制是一些设备优质、高产、低耗和安全生产的重要指标。由于它便于直接观察、容易测量、获取方便、过程时间常数一般比较小、价格低廉等特点，所以被广泛应用于工业测量。在工业过程控制系统中，目前采用最多的控制方式依然是PID控制。即使在美国、日本等工业发达国家，PID控制的使用率仍达90%，可见PID控制在工业过程控制中占有异常重要的地位。PID控制技术经历了数十年的发展，从模拟PID控制发展到数字PID控制，技术不断完善与成熟。尤其近十多年来，随着

8、微处理技术的发展，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现己成为工业过程控制的重要组成部分。由于液体本身的属性及控制机构的摩擦、噪声等的影响，控制对具有一定的纯滞后和容量滞后的特点，液位上升的过程缓慢，呈非线性。因此液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关键。本课题针对液位控制设计了一个由压力传感器、PLC、电动调节阀等组成的系统，并采用了增量式PID算法对其控制。【原文已删除，如需完整论文，加QQ：10247336】【通信工程本/专科优秀毕业论文修改与拟稿】第二章 设计任务与要求2.1基本任务对单容水箱液位

9、/压力控制系统。这是一个单回路反馈控制系统,控制的任务是使水箱的液位/压力等于给定值,减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。用液位/压力参数为被控对象。交流电动机带动齿轮泵通过阀1向上水箱供水,调节阀2使之同时向外排水,令入水的速度大于出水的速度,达到被控参数(液位/压力)的动态调整。2.2 基本要求 对单容水箱，用西门子S7-200为控制核心，辅助以单片机系统配套的A/D、D/A转换单元及电路,通过执行数字PID程序实现参数的自动调整(设定值在单片机键盘上完成),使水箱的实际液位/压力值与设定值接近,最终稳定于设定值。组成单闭环水位调节系统，,要求水位可以在一定范围内由人工设定，且各种测量

10、、控制参数可在人机界面上显示、设定。【原文已删除，如需完整论文，加QQ：10247336】【通信工程本/专科优秀毕业论文修改与拟稿】总 结随着现代化工业生产迅速发展，各生产工艺设备相互间紧密地联系着，各设备的生产操作也是相互联系、相互影响的，所以分析、设计和应用好一个过程控制系统，首先应全面了解被控过程，其次根据工艺要求对系统进行研究，确定最佳的控制方案，最后对过程控制系统进行设计、整定和投运。依据以上系统设计的一般步骤，在指导老师 老师的引导和帮助下，我学习了以下水箱液位控制系统和PLC系统的相关知识：1、 水箱控制系统的一般认识，包括：² 水位控制原理、传感器的类型、特点。

11、78; 执行器件，电动调节阀的原理与组成。² 水箱控制系统特性的了解：² 过程控制基本规律：² PLC的一般组成，如整体式、模块式（CPU模块、I/O模块、模拟量模块、通讯模块等）。另外，还包括外围接口如人机界面等。² PLC在水箱控制系统中的应用方法。在系统设计过程中，我对系统建模、PID算法、PLC控制、调节阀的选定及其参数整定有了系统的认识，同时也遇到了一些自己不理解或不能解决的问题，如系统的模型是根据试验数据计算得到的，在试验中存在许多人为的和非人为的误差，在计算公式中忽略了一些不是很重要的项目，调节器参数整定过程复杂等。另外，整个系统对控制精度

12、也不能很好的确定，存在一定的误差，而且，由于时间和本身能力问题，原定的人机界面即触摸屏部分我没有完成。综上，系统只包括了最基本的部分，有待今后进一步的完善。 【原文已删除，如需完整论文，加QQ：10247336】【通信工程本/专科优秀毕业论文修改与拟稿】致 谢本设计课题从选题、收集相关资料、提供良好设计的环境，到系统的具体设计过程中的资料查询、方案论证、软硬件设计、联机调试，再到本文的写作、完善，历时两个多月。通过本次课题设计，我巩固了以前所学的许多基础知识和专业知识，开阔了视野，增长了知识，并学到了许多实用的东西，如对工业控制系统的设计有了明确的认识，培养了分析、设计能力和实际的动手能力，为

13、即将走向工作岗位打下了一定的基础。这些成果的获得离不开一些人的帮助，他们是：² 老师：在整个设计过程中，我的导师 老师给了我热情的支持和帮助，精心的指导，并提出了许多建议和修改意见，使我能够顺利的完成此课题。另外，在此设计过程中， 老师严谨的治学态度，踏实的工作作风给我留下了深刻的印象，同时为即将踏足工作岗位的我树立了良好的学习榜样。² 班同学：在毕业论文的编写和相关资料的查找以及整个系统的设计过程中，我的同学也给了我很多好的想法和建议。² 参考文献的作者：本文中的部分内容的编写参照了有关文献。 帮助我的人还有很多，恕不一一列举，在此，对以上的人们表示衷心地感谢。参考文献(1) 王世才