基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、題 目：基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名： 學(xué) 號： 系 別： 專 業(yè)： 年級班級： 指導(dǎo)教師： 2013年5月18日畢業(yè)論文（設(shè)計）作者聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全了解有關(guān)保障、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)畢業(yè)論文管理機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版。同意省級優(yōu)秀畢業(yè)論文評選機(jī)構(gòu)將本畢業(yè)論文通過影印、縮印、掃描等方式進(jìn)行保存、摘編或匯編；同意本論文被編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索和查閱。本畢業(yè)論文內(nèi)容不涉及國家機(jī)密。論文題目：作者單位：

2、作者簽名： 年 月 日44目 錄摘要1引言11.研究現(xiàn)狀分析21.1題研究背景、意義和目的21.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r31.3課題研究的主要內(nèi)容32.控制方案設(shè)計42.1系統(tǒng)設(shè)計42.2單容水箱對象特性53.硬件配置83.1控制單元83.2檢測單元83.3執(zhí)行單元94.軟件設(shè)計94.1STEP 7-Micro/WIN編程軟件簡介94.2參數(shù)設(shè)定及I/O分配95.程序編程和系統(tǒng)仿真125.1程序設(shè)計125.2程序仿真和分析126.結(jié)論16參考文獻(xiàn)16附錄18致謝214基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要：針對人工控制液位的準(zhǔn)度低、速度慢、靈敏度低等一系列問題。本文提出基于PLC的液位控制系統(tǒng)，系

3、統(tǒng)通過將液位傳感器檢測到的電信號送入PLC中，經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號，送入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，經(jīng)PID算法后將控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的電信號送入水泵電機(jī)來控制水泵轉(zhuǎn)速，最終達(dá)到控制液位的目的。通過仿真和分析結(jié)果表明本文所設(shè)計系統(tǒng)能夠正常運行并且達(dá)到了設(shè)計的目的，能夠準(zhǔn)確、快速地控制液位，克服了傳統(tǒng)液位控制系統(tǒng)的很多弊端。關(guān)鍵詞：S7-200；PLC；PID控制；液位控制The System Design for Level Controling Based on PLCAbstract: The purpose of this design is solving the c

4、ontroling of liquid level of low accuracy, slow speed, sow sensitivity, a series of problems. The system designed in this paper based on PLC to control the liquid level, after A / D converted into digital signals into the digital PID controller, PID algorithm will control the amount of after D / A c

5、onversion into electrical signal corresponding to the pump motor speed into the pump motor to control the pump speed, and ultimately achieve the purpose of the control level. The simulation and analysis results shows that the designed system can run normally and it have achieved the goal of this des

6、ign, it can control liquid level accuracy and high speed, it overcomes many disadvantages of traditional liquid level controling.Key Words: S7-200 ; PLC ; PID Control ; Level Control引言在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個很重要的控制參數(shù)就是液位。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動化控制已經(jīng)也

7、不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制（又稱PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時1。液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。在我國隨著社會的發(fā)展，很早就實行了自動控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU和財產(chǎn)損失。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制。PID控制器問世

8、至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為液位控制的主要技術(shù)之一2。可編程控制器是一種應(yīng)用廣泛非常的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制能力強(qiáng)、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點，非常適合液位控制的要求。目前常用的可編程控制器中，西門子公司的S7-200以其編程軟件STEP7的簡潔易用和通信網(wǎng)絡(luò)的功能強(qiáng)大得到業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)可。1. 研究現(xiàn)狀分析1.1 題研究背景、意義和目的為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一

9、個很重要的控制參數(shù)就是液位。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制（又稱PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時3。液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。在我國隨著社會的發(fā)展，很早就實行了自動控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制

10、系統(tǒng)檢測黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU和財產(chǎn)損失4。1.2 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r近幾十年來，控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在起研究和發(fā)展上也已趨于完備，控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周遭的事物。液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少的，蓄水槽、污水處理廠等都需要液位元的控制。使用液位控制系統(tǒng)來自動維持液位高度，工作人員可以輕易在操作室獲知整個設(shè)備的儲水狀況，大大減低工作人員工作的危險性，同時更提高了工作的效率及簡便性。除了傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)外，近年來隨著智能儀表和PLC的發(fā)展，加入智能型控制的系統(tǒng)也得以應(yīng)用。近年來液位控制系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了

11、許多新型的液位控制儀，如超聲波液位計、雷達(dá)液位計、光電液位開關(guān)等，這些控制器的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富多樣性。近幾十年來，在自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國、德國、日本等技術(shù)領(lǐng)先國家，生產(chǎn)開發(fā)出一系列性能優(yōu)異、實用性強(qiáng)的液位控制器以及和應(yīng)的儀器儀表，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。這些先進(jìn)的控制器不僅能實現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運用先進(jìn)的算法，采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及計算機(jī)技術(shù)，使液位控制器的適用范圍更加廣泛。國外的液位控制器正朝著高精度、智能化等力一向快速發(fā)展5。反觀我國，雖然液位控制。系統(tǒng)

12、在國內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但是國內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍然不高，同先進(jìn)國家的差距仍然很大。國內(nèi)液位控制器仍以常規(guī)的PID控制器為主，無法適用于滯后、復(fù)雜、時變的液位系統(tǒng)控制。智能化、自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，國內(nèi)還沒有相關(guān)的成熟技術(shù)。我國相關(guān)控制器大量依靠國外的成熟技術(shù)，這些都是必須正視的現(xiàn)實。所以，發(fā)展先進(jìn)的液位控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢6。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國內(nèi)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。1.3 課題研究的主要內(nèi)容（1）一個系統(tǒng)是否能達(dá)到預(yù)期的控制效果，其系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)?shù)闹匾?，直接關(guān)系到控制結(jié)果的正確

13、與否。（2）控制方案的選取，一個好的方案會讓系統(tǒng)更加完美，所以方案的選取也非常重要。（3）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，一個系統(tǒng)有了好的方案，但是如果參數(shù)整定錯誤那也是功虧一簣。2. 控制方案設(shè)計因為液位高度和水箱底部的水壓成反比，故可用一個壓力傳感器來檢測水箱底部壓力，從而確定液位高度。要控制水位恒定，可用PID算法對水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，把壓力傳感器檢測到的水位信號420mA送入PLC中，在PLC中對設(shè)定值和檢測值的偏差進(jìn)行PID運算，用運算結(jié)果輸出去調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)水量7。系統(tǒng)啟動后，液位變送器檢測液位值,檢測后將檢測到的液位信號傳送給PID控制器，控制器根據(jù)液位情況來控制水泵的轉(zhuǎn)速。水箱液

14、位值小于設(shè)定值時，水泵轉(zhuǎn)速增加，水箱注入水量增加，水箱液位逐漸上升到設(shè)定值；水箱液位大于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥開度減小，水箱注入水量減小，水箱液位逐漸降低到設(shè)定值，系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。液位變送器PLC變頻器 水泵 水箱 圖1 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)啟動，打開水箱的出水閥，水泵電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速來控制進(jìn)入水箱的水流量，調(diào)節(jié)手段是通過將液位傳感器檢測到的電信號送入PLC中，經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號，送入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，經(jīng)PID算法后將控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的電信號送入水泵電機(jī)來控制通道中的水流量。當(dāng)水箱的液位小于設(shè)定值時，液位傳感器檢測到的信號小于設(shè)定值，設(shè)定值與反

15、饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。經(jīng)過運算后即輸出控制信號給水泵電機(jī)，使其轉(zhuǎn)速增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的進(jìn)水量，液位升高。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，水泵電機(jī)就維持在那個轉(zhuǎn)速，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。當(dāng)水箱的液位大于設(shè)定值時，液位傳感器檢測到的信號大于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。經(jīng)過運算后即輸出控制信號給水泵電機(jī)，使其轉(zhuǎn)速減小，以使通道里的水流量減小，減小水箱里的進(jìn)水量，液位降低。當(dāng)液位降低到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，水泵電機(jī)就維持在那個轉(zhuǎn)

16、速，流量也不變，同時水箱的液位維持不變，系統(tǒng)原理圖如圖2所示8。進(jìn)水口閥門 水箱液位傳感器 水泵PLC變頻器出水口圖2 系統(tǒng)原理圖2.2 單容水箱對象特性所謂單容過程，是指只有一個貯蓄容量的過程。單容過程還可分為有自衡能力和無自衡能力兩類。本文研究的是有自衡能力的貯蓄過程，以下簡稱自衡過程。所謂自衡過程，是指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠起自身重新恢復(fù)平衡的過程。自衡過程的建摸：單容水箱液位被控過程中，其流入量，改變閥1的開度可以改變的大小。其流出量為，它取決于用戶的需要，改變閥2開度可以改變。液位h的變化反映了與不等而引起貯罐中蓄水或泄水的過程。若作為

17、被控過程的輸入變量，h為其輸出變量,則該被控過程的數(shù)學(xué)模型就是h與之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，水箱水位控制模型如圖3所示，液位控制過程階躍響應(yīng)如圖4所示。1h12圖3 水箱水位控制模型 h（t）Xtt00(a)(b)圖4 液位被控過程及其階躍響應(yīng)根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有（1） 將公式（1）表示成增量式為（2） 式中： 、分別表示和某個平衡狀態(tài)、的偏差；A貯蓄截面積。在靜態(tài)時，；當(dāng)變化的時候，h同時也變化，水箱出口處的靜壓也變化，也發(fā)生變化。與h成正比，與閥2阻力成反比，（3） 式中：閥2的阻力，稱為液阻。為了求單容過程的數(shù)學(xué)模型，需消去中間變量。消去中間變量的方法很多，如可用代數(shù)代換法，可用信號流圖法，也

18、可用畫方框圖的方法。這里，介紹后一種方法。將式（2）、式（3）拉氏變換后,畫出方框圖如圖5所示。圖5 方框圖 單容液位過程的傳遞函數(shù)為 （4）式中：過程的時間常數(shù)，；過程的放大系數(shù)，； C過程的容量系數(shù)，或稱過程容量。被控過程都具有一定貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)。其物理意義是：引起單位被控量變化時被控過程貯存兩變化的大小。從上述分析可知，液阻不但影響過程的時間常數(shù)，而且還影響過程的放大系數(shù)，而容量系數(shù)C僅影響過程的時間常數(shù)9。3. 硬件配置一個系統(tǒng)硬件的選配很重要，本文所設(shè)計系統(tǒng)主要包括控制單元、檢測單元和執(zhí)行單元。3.1 控制單元控制單元是整個系統(tǒng)的心臟。在液

19、位控制系統(tǒng)中一般使用的是智能儀表或可編程控制器。在這個系統(tǒng)應(yīng)用的是西門子S7-200系列的PLC，CPU型號為224，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護(hù)，且具有以下特點：(1) CUP芯片已升級到Intel80486，或采用Pentium處理器，有極快的處理速度掃描速度為0.37us/指令；(2) 采用模塊化設(shè)計，能夠按照積木方式進(jìn)行系統(tǒng)配置，功能擴(kuò)展靈活方便；(4) 有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，可將多個PLC連接成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成完整的過程控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)總線聯(lián)網(wǎng)，也可實現(xiàn)點到點的通信；(5) 允許使用相關(guān)的程序軟件包及工業(yè)通信軟件，編程工具更為開放，人機(jī)界面十分友好；系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模

20、塊、模擬量輸出模塊和電源模塊10。為了能夠接收壓力傳感器的模擬量信號和調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速，選擇了一塊EM235模擬量輸入/輸出模塊。為了能調(diào)節(jié)水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)進(jìn)水量，選擇一臺西門子G110變頻器。為了能對水位值進(jìn)行設(shè)定，并對系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，特選擇一塊西門子人機(jī)界面TP170B觸摸屏11。3.2 檢測單元在過程控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)是比較重要的一個環(huán)節(jié)。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測量可知道容器中的原料、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達(dá)到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行。設(shè)計中涉及到液位的檢測和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量

21、，控制水箱的液位。液位測量分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)變式、超聲波式、激光式、放射性式等。系統(tǒng)中用到的液位變送器是北京中西化玻儀器有限公司UYS-100A22液位傳感器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為5030000mm，精度等級為0.05，由24V直流電源供電，輸出信號為420mADC二線制12。3.3 執(zhí)行單元為了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)中輸料管道多、長的特點，水泵特選用管道泵，它是為解決管道壓力過低而研制的新穎泵，便于管道布置，運行平穩(wěn)，噪音低。電機(jī)采用變頻電機(jī)，變頻電機(jī)具有以下優(yōu)點：(1) 具備有啟動功能；(2) 采用電磁設(shè)計，減少了定子和轉(zhuǎn)子的阻值；(3) 適應(yīng)不同工況下的頻繁變速；(4) 在

22、一定程度上節(jié)能。變頻電機(jī)具有適應(yīng)頻繁變速的特點，在本文設(shè)計系統(tǒng)中，水泵電機(jī)選擇變頻電機(jī)13。4. 軟件設(shè)計本文設(shè)計系統(tǒng)所需軟件為STEP 7-Micro/WIN編程軟件。4.1 STEP 7-Micro/WIN編程軟件簡介STEP 7編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，用于西門子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinCC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，有聯(lián)機(jī)幫助功能，主要為用戶開發(fā)PLC應(yīng)用程序使用；同時也可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，是SIMATIC S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具

23、14。4.2 參數(shù)設(shè)定及I/O分配S7-200模擬量擴(kuò)展模塊EM235含有4路輸入和1路輸出，為12位數(shù)據(jù)格式。RA、A+、A-為第一路模擬量輸入通道的端子；RB、B+、B-為第二路模擬量輸入通道的端子；RC、C+、C-為第三路模擬量輸入通道的端子；RD、D+、D-為第四路模擬量輸入通道的端子。MO、VO、IO為模擬量輸出端子，電壓輸出大小為-10+10V,電流輸出大小為020mA。L+、M接EM235的工作電源，EM235端子接線圖如圖6所示。M L+M0 V0 I0增益偏移配 置24V+-電流負(fù)載電壓負(fù)載DC 24V電流和公共端 + -電壓變送器電流變送器未用的輸入端 RA A+ A- R

24、B B+ B- RC C+ C- RD D+ D-圖6 EM235端子接線圖EM235有6個DIP設(shè)定開關(guān)，通過設(shè)定開關(guān)，可以選擇輸入信號的滿量程和分辨率，所有的輸入信號都設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式，DIP開關(guān)設(shè)定如表1所示。本水箱液位控制系統(tǒng)中壓力傳感器輸出420mA的信號至EM235，該信號為單極性信號，DIP開關(guān)應(yīng)設(shè)為：ON、OFF、OFF、OFF、OFF、ON。PLC的I/O分配如下：啟動按鈕SB1：I0.0；停止按鈕SB2：I0.1；控制水泵電機(jī)運行：Q0.0。PLC與壓力傳感器、變頻器和水泵電機(jī)的連接電路圖和PLC I/O分配情況如圖7所示。表1 DIP開關(guān)設(shè)定表單極性滿量程

25、輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON050mV12.5uVOFFONOFFONOFFON0100mV25uVONOFFOFFOFFONON0500mV125uVOFFONOFFOFFONON01V250uVONOFFOFFOFFOFFON05V12.5uVONOFFOFFOFFOFFON020mA5uVOFFONOFFOFFOFFON010V2.5mV雙極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF25mV12.5uVOFFONOFFONOFFOFF50mV25uVOFFOFFONONOFFOFF100mV50u

26、VONOFFOFFOFFONOFF250mV125uVOFFONOFFOFFONOFF500mV250uVOFFOFFONOFFONOFF1V500uVONOFFOFFOFFOFFOFF2.5V12.5uVOFFONOFFOFFOFFOFF5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF10V5mV+ 壓力傳感器 - - - - - -220V(AC)L NM3U V W36910QSI0.0I0.1IMPLCQ0.01LEM235RAA+A-V0M024V(DC)24V(DC)啟動SB1停止SB2圖7 PLC與壓力傳感器、變頻器的連接電路圖西門子G110變頻器參數(shù)設(shè)置如表2：參數(shù)號參數(shù)名稱設(shè)

27、定值說明P0304電機(jī)額定電壓220單位：VP0305電機(jī)額定電流0.5單位：AP0306電機(jī)額定功率0.75單位：kWP0310電機(jī)額定頻率50單位：HzP0311電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1460單位：r/minP0700選擇命令信號源2由端子排輸入P1000選擇頻率設(shè)定值2模擬設(shè)定值P1080最小頻率5單位：Hz表2 西門子G110變頻器參數(shù)設(shè)定5. 程序編程和系統(tǒng)仿真5.1 程序設(shè)計系統(tǒng)開始運行后，壓力傳感器檢測到液位值送入PLC中，在PLC中進(jìn)行液位值判定,判定結(jié)果有以下兩種情況：(1)當(dāng)前液位值和設(shè)定值一樣時，程序直接返回液位檢測；(2)當(dāng)前液位值和設(shè)定值不一樣時，系統(tǒng)對檢測到的液位值進(jìn)行PID

28、運算，將液位差轉(zhuǎn)換成和電機(jī)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的電信號，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變水箱進(jìn)水量的大小，直到液位值和設(shè)定值一樣15。系統(tǒng)根據(jù)情況調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，控制水流量大小，直到液位恢復(fù)到設(shè)定值，程序流程圖如圖8所示。程序見附錄。5.2 程序仿真和分析目前還沒有官方的PLC仿真軟件，本設(shè)計用到的仿真軟件是Juan Luis Villanueva設(shè)計的英文版S7-200 PLC 仿真軟件，此仿真軟件無法加載擴(kuò)展模塊和其他電器模塊，仿真過程中只能觀察PLC的輸入/輸出狀態(tài)，軟件打開后界面如圖9所示。根據(jù)程序流程圖，在STEP 7-Micro/WIN編程軟件中編寫好程序梯形圖，編譯沒有錯誤后導(dǎo)出程序文件，導(dǎo)出的文件格式為

29、.awl，打開S7-200 PLC 仿真軟件，將導(dǎo)出的程序文件加載到S7-200 PLC 仿真軟件，打開軟件界面上邊的配置選項卡，選擇CPU配置為CPU224，如圖10所示。開始初始液位值檢測液位是否符合設(shè)定值？啟動PID運算，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)后液位檢測NY圖8 程序流程圖圖9 S7-200 PLC 仿真軟件圖10 裝載程序點擊運行程序，接通電機(jī)啟動按鈕SB1，即圖中0按鈕，控制水泵電機(jī)運行的I/O Q0.0燈亮，即輸出高電平，如圖11所示。圖11 電機(jī)啟動關(guān)閉電機(jī)啟動開關(guān)SB1，Q0.0仍為高電平，表示水泵電機(jī)正常運行，如圖12所示。圖12 電機(jī)運行接通電機(jī)停止按鈕SB2，即圖中1按鈕，Q0

30、.0Q變?yōu)榈碗娖?，表示電機(jī)停止運行，如圖13所示。圖13 電機(jī)停止 仿真結(jié)果表明設(shè)計系統(tǒng)能夠按照所設(shè)計功能正常運行，且靈敏度高，控制速度快，精度準(zhǔn)。6. 結(jié) 論通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對PLC和PID控制的了解有了進(jìn)一步增強(qiáng)，并對它們產(chǎn)生了濃厚的興趣，但我也深深的知道自己的不足之處，比如說對應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復(fù)雜程度。很多以前在學(xué)習(xí)過程中不明白的地方，在PLC調(diào)試過程中，終于得以解決?？梢钥闯鏊鼘碚摻虒W(xué)起到了必要的補充和拓寬作用，對培養(yǎng)既具有扎實理論功底又具有相當(dāng)實踐能力的人才必不可少。在此過程中我發(fā)現(xiàn)到修改完善程序的重要性。當(dāng)時編完一個程序后感覺是正確的。就是這樣還要仔細(xì)

31、檢查自己的程序。考慮到各種可能發(fā)生的情況。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計讓我的設(shè)計能力以及全面考慮問題的能力有了很大的提升。在這次設(shè)計中，我主要研究的是系統(tǒng)的設(shè)計、硬件的配置和軟件設(shè)計，最終系統(tǒng)達(dá)到了的設(shè)計的目的，和傳統(tǒng)液位控制相比，完全實現(xiàn)了自動化控制，并且控制準(zhǔn)確度高、速度快，但是系統(tǒng)還存在一定的缺陷，控制具有滯后性，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，下一步的研究目的就是讓系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，降低系統(tǒng)滯后性，使整個液位控制系統(tǒng)更智能化。 參考文獻(xiàn)1 吳建強(qiáng),姜三勇.可編程控制器原理及應(yīng)用J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2006: 20-23.2 蔡行健.深入淺出西門子S7-200PLCM.人民郵電出版社,2009: 20-50.3 張萬忠,劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)J.北京化學(xué)工業(yè)