PLC控制的水塔液位控制系统

PLC限制的水塔液位限制系统摘要

本文主要是对一水塔液位限制系统的设计过程，涉及到液位的动态限制、限制系统的建模、PLC限制、PID算法、传感器和调整阀等一系列的学问。作为单容水塔液位的限制系统，其模型为一阶惯性函数，限制方式采纳了PID算法，限制核心为S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感器为扩散硅式压力传感器，调整阀为电动调整阀。选用以上的器件设备、限制方案和算法等，是为了能最大限度地满意系统对诸如限制精度、调整时间和超调量等限制品质的要求。

在人们生活以及工业生产等诸多领域常常涉及到液位和流量的限制问题,

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,

通常须要运用蓄液池,

蓄液池中的液位须要维持合适的高度,

既不能太满溢出造成奢侈,

也不能过少而无法满意需求。由于液体本身的属性及限制机构的摩擦、噪声等的影响，限制对具有肯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。因此液位限制装置的牢靠性与限制方案的精确性是影响整个系统性能的关键，因此液面高度是工业限制过程中一个重要的参数，特殊是在动态的状态下，采纳适合的方法对液位进行检测、限制，能收到很好的效果。可编程限制器（PLC）是计算机家族中的一员，是为工业限制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑限制。

PID限制（比例、积分和微分限制）是目前采纳最多的限制方法。AbstractThispaperismainlythedesignprocessofawatertowerlevelcontrolsystem,relatestothedynamiccontrol,liquidlevelcontrolsystemmodeling,PLCcontrol,PIDalgorithm,thesensorandthecontrolvalveandaseriesofknowledge.Asasinglecapacitywatertowerlevelcontrolsystem,themodelisaoneorderinertialfunction,controlmethodusingthePIDalgorithm,thecontrolcoreisS7-200seriesCPU222andA/D,D/Aconversionmodule,sensorfordiffusionsiliconpressuresensor,controlvalvefortheelectriccontrolvalve.Chooseabovedevices,controlschemeandalgorithm,isinordertomaximizemeetsystemsuchascontrolprecision,timeandquantityofregulationandcontrolthequalityrequirements.Inpeople'sdailylifeandindustrialproductionandotherfieldsoftenrelatestothecontrolproblemsofliquidlevelandflow,suchasresidentslivingwatersupply,beverage,foodprocessing,solutionfilter,chemicalproductionandmanyotherindustriesintheproductionprocess,typicallyrequirestheuseofaliquidstoragetank,storageliquidpoolinthetheneedtomaintaintheappropriateheight,neithertoooverflowcausedbywaste,alsocannottoolittleandcannotmeetthedemandof.Becauseoftheinfluenceofpropertyandthecontrolmechanismoftheliquiditselffriction,noise,controlwithacertainpurelagandlagcharacteristicsofcapacity,processlevelisrisingslowly,non-linear.Theaccuracyandreliabilityofcontrolschemesoliquidlevelcontroldeviceisthekeytoinfluencetheperformanceofthewholesystem,sotheliquidlevelheightisanimportantparameterintheprocessofindustrialcontrol,especiallyinthedynamiccondition,adoptingsuitablemethodsfordetection,controloftheliquidlevel,cangetgoodeffect.Programmablelogiccontroller(PLC)isamemberofthefamilycomputer,isdesignedforindustrialcontrolapplicationsinmanufacturing,ismainlyusedtoreplacerelaylogiccontroltoachieve.PIDcontrol(proportional,integralanddifferentialcontrol)iscurrentlythemostusedcontrolmethod.（二）目的与意义可编程限制器PLC因为抗干扰实力强，牢靠性好，限制系统结构简洁，通用性强，编程便利，易于运用，设计、施工、调试、的周期短，体积小，维护操作便利，易于实现网络化，可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广，最广泛的通用工业限制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。通过PLC对程序设计，提高液位系统的限制水平。因此PLC在液位限制系统中应用特别广泛，具有很高的应用价值。

从限制方式上比较：用继电接触器限制完成一项限制工程，必需首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来特别不便。而采纳PLC限制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、限制要求设计限制程序，而且在以后的修改中只需变更限制程序就可轻易变更逻辑或增加功能。

从工作方式上比较：电器限制并行工作，而PLC串行工作，不受制约，I/O系统设计有完善的通道爱护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。

从限制速度上比较：电器限制速度慢，触点易抖动；而PLC通过通过半导体来限制，速度很快，无触点，故无抖动一说。

从定时，计数上比较：电器限制定时精度不高，易受环境温度变更的影响，且无计数功能；而PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有计数功能。

从牢靠性，可维护性上比较：电器限制接触点多，会产朝气械磨损和电弧烧伤，接线较多，牢靠性，维护性差；而PLC无触点，采纳密封、防尘、抗震的外壳封装结构，能适应工作现场的恶劣环境，运用寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护便利。（三）设计步骤3.1系统分析与I/O安排3.1.1水塔水位的工作流程：当水池液体位于下限液位开关S1，S1此时为ON，电磁阀打开，起先往水池里注水，当4S以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时，则系统发出报警，若系统正常，此时水池下限位开关S4为OFF，表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S2为ON，电磁阀关闭。当水塔水位低于水塔下限水位时，则水塔下限水位开关S3为ON，水泵起先工作，向水塔供水，当S3为OFF时，则水塔上限水位S4为OFF，水泵停止。当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动。如图.2PLC的基本结构PLC是以微处理器为核心的计算机限制系统。如图3.1.2所示1、中心处理单元（CPU）PLC的中心处理器与一般的计算机系统一样，是PLC的限制中枢，其性能确定了PLC的性能。它按PLC中程序给予的功能有条不紊地进行工作。2、存储器（RM/ROM）存储器是具有记忆功能的半导体电路，主要用来存放系统程序、用户程序和工作数据等。PLC中运用的存储器由只读存储器(ROM)、只读存储器(ROM)及可擦除只读存储器（EPROM）组成。存储器是衡量PLC性能的一个重要指标。3、I/O接口输入接口一般由数据输入寄存器、选通电路和中断恳求逻辑电路构成，负责微处理器及外部设备交换信息。它接受来自现场检测不见（如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关）以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量（要通过模数变换进入机内）等各种状态限制信号，并存入输入映像寄存器。输入接口采纳光电耦合电路将PLC与现场设备隔离起来，以提高PLC的抗干扰实力。输入接口电路通常有两类：一类为直流输入型，另一类是沟通输入型。输出接口模块是PLC与现场设备之间的连接部件，用来将输出信号送给限制对象。其作用是将中心处理单元送出的弱电限制信号转换成现场须要的强电信号并输出，以驱动电磁阀、接触器、电动机等被控设备的执行元件。4、I/O扩展接口小型的PLC输入输出接口都是与中心处理单元CPU制造在一起的。为了满意被控设备输入输出点数较多的要求，常须要扩展数字量输入输出模块；为了满意模拟量限制的须要，常须要扩展模拟量输入输出模块，如A/D、D/A转换模块等。I/O扩展接口就是为连接各种扩展模块而设计的。5、通讯接口通讯接口用于PLC与编程器、计算机、变频器、触摸屏以及其他PLC等智能设备之间的连接，以实现PLC与智能设备之间的数据传送。6、编程器编程器主要有两种。一种是PLC专用编程器，有手持式和台式等。另一种是基于个人计算机系统的PLC编程器。7、电源电源部件将沟通电源转换成供PLC内部须要的直流电源。它的好坏干脆影响PLC的功能和牢靠性，因此目前大部分PLC均采纳开关式稳压电源供电，同时还向各种扩展模块供应24V直流电源。3.1.3I/O接口安排I/O安排表:表3.1.3水塔水位系统PLC的输入/输出接口安排表2水塔水位限制系统的I/O设备图3.1.3系统I/O接线图3.2系统电路设计图3.2水塔水位限制系统主电路图3.3软件程序设计3.3.1水塔水位限制系统的PLC限制流程图3.3.2梯形图依据限制要求，设计的梯形图程序如图3.3.2所示3.3.3水塔水位限制系统梯形图对应的指令表清单（四）总结这次课程设计对课本上的一些学问点其应用有了进一步的理解，增加了我的动手实力，为以后的毕业设计跟工作后的各种工程设计打下了坚实的基础，而且在肯定程度上了解了一些常用元件的运用方法及其特性，而且使我更深刻的明白了理论肯定要和实践结合起来，现在所学学问就是为了实践，假如只懂得理论学问，学习效果就会大打折扣。另外还培育了我的思维实力，在设计电路时肯定要全盘考虑到各种可能出现的问题，并进行解决。

这次课程设计还让我看到了自己平常学习时的许多不足与缺点，以后还要加以改正。另外这次设计还充分体现了团队合作的重要性，能大量的节约时间，群众的力气就是大，在以后的学习中我会留意和同学的探讨和沟通，达到事半功倍的效果。（五）参考文献[1]王兆义.小型可编程限制器好用技术.北京：机械工业出版社，2002[2]钟肇新.可编程限制器原理及应用.广州：华南理工高校出版社，2002[3]刘迎春.传感器原理设计与应用.国防科技高校出版社，2002:14-211[4]付家才.《电子工程实践技术》2009.10[5]刘新宇.S7-300/400PLC入门和用户应用分析.北京:中国电力出版社，2008[6]肖峰.PLC编程100例.北京