液位單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄1 緒論11.1課題研究的背景111.2本課題的研究方案及內(nèi)容11.3本課題設(shè)計(jì)的目的和意義22 硬件電器選型22.1儀表及閥門選型22.2.1 液位變送器22.2.2 閥門33 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1 控制方案53.2 PLC模塊選型353.2.1 電源模塊63.2.2 CPU模塊73.2.3 模擬量輸入模塊73.2.4 模擬量輸出模塊94 總結(jié)11參 考 文 獻(xiàn)131 緒論1.1課題研究的背景1隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工藝條件越來越復(fù)雜。對過程控制的要求越來越高。過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以被控過程的特性為依據(jù)的。由于工業(yè)過程的復(fù)雜、多變，因此其特性多半屬多變量、分布參數(shù)、大慣性、大滯后和非

2、線性等等。為了滿足上述特點(diǎn)與工藝要求，過程控制中的控制方法是十分豐富的。通常有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)，有復(fù)雜控制系統(tǒng)，也有滿足特定要求控制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液體貯槽設(shè)備如進(jìn)料罐、成品罐、中間緩沖容器、水箱等應(yīng)用十分普遍，為保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，物料進(jìn)出需均衡，以保證過程的物料平衡，因此工藝要求貯槽內(nèi)的液位需維持在某個(gè)給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證物料不產(chǎn)生溢出，要求設(shè)計(jì)一個(gè)液位控制系統(tǒng)。對分析設(shè)計(jì)的要求，生產(chǎn)工藝比較簡單要求并不高，所以采用單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。單回路控制系統(tǒng)又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控系統(tǒng)、一個(gè)檢測元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的閉合

3、系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)是最簡單、最基本、最成熟的一種控制方式。單回路控制系統(tǒng)根據(jù)被控量的系統(tǒng)、液位單回路控制系統(tǒng)等。單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，所需的自動化裝置數(shù)量少，操作維護(hù)也比較方便，因此在化工自動化中使用很普遍，這類系統(tǒng)占控制回路的絕大多數(shù)。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，但它的分析、設(shè)計(jì)方法是其它各種復(fù)雜過程控制系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對單回路控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)，調(diào)試處理的方法，理解單回路控制系統(tǒng)對各個(gè)環(huán)節(jié)的影響，就可以分析處理好更復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題。此處，我選擇的是一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.2本課題的研究方案及內(nèi)容圖1-1 單回路液位控制方案圖整個(gè)過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送

4、、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為PLC，調(diào)節(jié)器為閥門，測量變送為LT，被控對象為流量LV。結(jié)構(gòu)組成如下圖1.2所示。 當(dāng)系統(tǒng)啟動后，液位傳感器檢測出水槽的液位，將液位信息傳遞向PLC，PLC將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，進(jìn)行控制閥門開度。從而保證液位在設(shè)定值范圍內(nèi)。1.3本課題設(shè)計(jì)的目的和意義可編程控制器（PLC）因?yàn)榭垢蓴_能力強(qiáng)，可靠性好，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)，編程方便，易于使用，設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、的周期短，體積小，維護(hù)操作方便，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，可實(shí)現(xiàn)三電一體化等優(yōu)勢已經(jīng)成為應(yīng)用面最廣，最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。通過PLC對程序設(shè)計(jì)，提高

5、液位系統(tǒng)的控制水平。因此PLC在液位控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。2 硬件電器選型2.1儀表及閥門選型2.2.1 液位變送器本次我選用的液位變送器為賽亞福特生產(chǎn)的SY2088-A投入式液位變送器，產(chǎn)品型號為SY2088。2088投入式液位變送器采用高性能的擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器作為測量元件，經(jīng)過高可靠性的放大處理電路及精密溫度補(bǔ)償，將被測介質(zhì)的表壓或絕壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號。本產(chǎn)品體積小巧，使用安裝方便，直接投入水中即可測量出變送器末端到液面的液位高度。特點(diǎn)：（1）多種量程，最大可測200m(水柱壓力)；（2）采用316L不銹鋼隔離膜片，適用于多種測量介質(zhì)；（3）配置靈活，

6、根據(jù)需要可選擇不同配置；（4）一體式、分體式可選；反極性和過電壓保護(hù)；（5）抗沖擊、防雷擊設(shè)計(jì)；（6）激光調(diào)阻溫度補(bǔ)償，零點(diǎn)、量程可現(xiàn)場調(diào)節(jié)；（7）范圍寬抗腐蝕，適于多種介質(zhì)；（8）過載及抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定。表2-1 液位變送器技術(shù)參數(shù)測量形式及范圍01200mH2O允許過載2倍滿量程壓力工作溫度-2080溫度補(bǔ)償-1070存儲溫度-4080準(zhǔn)確度（包含非線性、重復(fù)性、遲滯）0.2%FS(典型) 0.5%FS(最大)穩(wěn)定性誤差0.2%FS(典型)， 0.5%FS(最大)溫漂系數(shù) 0.01%FS(典型，量程不小于5mH2O) 0.03%FS(典型，量程小于5mH2O)輸出信號(420)mA(

7、二/三線制)、(010/20）mA(05)V、(15)V、)010)V供電電源1536 VDC(標(biāo)定電壓24VDC)負(fù)載()電流輸出型<(U-15V)/0.02A、 電流輸出型>5K外殼材料合金鋁O型圈氟橡膠膜片316L不銹鋼電纜專用防水透氣電纜防護(hù)等級IP68(壓力傳感器部分)，IP65（接線盒變送器部分）產(chǎn)品選型：表2-2 產(chǎn)品選型表2088-口E口A口C口D口液位變送器2088液位變送器（注明量程范圍） 口結(jié)構(gòu)形式 1、一體式不帶接線盒   2、分體式帶接線盒E口輸出信號 1、(05)VDC   2、二線制

8、(420)mA(默認(rèn))   3、(010)mA4、其它注明A口準(zhǔn)確度  1、0.1   2、0.2   3、0.5C口探頭類型 1、默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)型（非防腐型）    2、防腐型D口顯示方式（僅限于分體式帶接線盒類型） 1、無顯示（默認(rèn)）2、0100%線性指示3、LCD數(shù)字量程顯示（液晶）4、LCD數(shù)字0100%顯示（液晶）5、LED數(shù)碼管0100%顯示由本次需求我選用的液位變送器型號為SY2088-1E2A3C2D12.2.2 閥門本次選用ZSSV氣動V型活塞式調(diào)節(jié)球

9、閥ZSSV氣動V型活塞式調(diào)節(jié)球閥（簡稱調(diào)節(jié)球閥），是一種旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)球閥，為氣動單元組合儀表中的執(zhí)行單元，一般與電氣閥門定痊器或氣動閥門定位器組合使用。閥芯開有V型切口，與閥座相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生剪切力，防止卡死。特別適用于泥漿和含有纖維介質(zhì)，以及含有微小固體懸浮物介質(zhì)的調(diào)節(jié)。因而廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥、冶金、輕紡、造紙、污水處理等生產(chǎn)部門的氣體、蒸汽、液體輸送管道中介質(zhì)流量調(diào)節(jié)，以達(dá)到生產(chǎn)過程按控制要求。主要技術(shù)參數(shù)表2-3 閥門參數(shù)表3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制方案圖3-1控制方案方框圖3.2 PLC模塊選型表3-1 I/O點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)表液位變送器1AIV型調(diào)節(jié)閥1AO總計(jì)1AI，1AO，3.2.1

10、 電源模塊選用PS307 5A訂貨號： “標(biāo)準(zhǔn)模塊”6ES7307-1EA00-0AA0屬性:PS 307; 5 A 電源模塊的屬性： 輸出電流為5 A 輸出電壓為24 VDC；短路和斷路保護(hù) 與單相交流電源連接(額定輸入電壓120/230 VAC，50/60 Hz) 安全隔離符合EN 60 950 可用作負(fù)載電源圖3-2 電源模塊接線圖 “24 VDC 輸出電壓工作”顯示 24 VDC 輸出電壓接線端 固定裝置 主回路和保護(hù)性導(dǎo)體接線端 24 VDC 開關(guān) 電源選擇器開關(guān)3.2.2 CPU模塊選用CPU314訂貨號：6ES7314-1AG13-0AB0圖3-3 CPU模塊接線圖3.2.3 模

11、擬量輸入模塊選用SM 331； AI 8 x 16 位訂貨號6ES7331-7NF10-0AB0屬性 4 個(gè)通道組中的 8 點(diǎn)輸入 在每個(gè)通道組，測量類型可編程 電壓 電流 分辨率對于每個(gè)通道組均可編程（15位+符號） 每個(gè)通道組的任意測量范圍選擇 可編程診斷和診斷中斷 8 個(gè)通道的可編程限制值監(jiān)視 越限時(shí)的硬件中斷可編程 周期結(jié)束時(shí)的硬件中斷可編程 可以進(jìn)行多達(dá) 4 個(gè)通道的測量值高速更新 對 CPU 的電隔離診斷有關(guān)“組診斷”參數(shù)中診斷消息的信息，請參考模擬量輸入模塊的診斷消息表。下圖顯示了各種接線選項(xiàng)圖3-4 模擬量輸入模塊接線圖3.2.4 模擬量輸出模塊選用SM 332; AO 4 x

12、 12 位;訂貨號6ES7332-5HD01-0AB0屬性 一個(gè)組中 4 個(gè)輸出 各個(gè)通道可以選擇輸出 電壓輸出 電流輸出 分辨率 12 位 可編程診斷和診斷中斷 與背板總線接口和負(fù)載電壓電隔離 2 線制連接（對線路電阻無補(bǔ)償） 4 線制連接（對線路電阻有補(bǔ)償） 等電位連接 功能性接地 內(nèi)部電源 電隔離 背板總線接口 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）圖3-5 模擬量輸出模塊接線圖 等電位連接 功能性接地 內(nèi)部電源 電隔離 背板總線接口 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)4 總結(jié)在此答辯之際，我首先要感謝指導(dǎo)老師。因?yàn)闊o論從論文選題，到編寫過程，直到完成，方老師無不傾注著心血和辛勞。從與老師的探討中，老師認(rèn)真的求學(xué)精神

13、、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的專業(yè)學(xué)識、敏銳的學(xué)術(shù)眼光、深邃的學(xué)術(shù)思想、勤勉塌實(shí)的治學(xué)作風(fēng)、誨人不倦的精神無不讓人感動。我在這里說一聲，老師，辛苦了！ 一個(gè)多月的課程設(shè)計(jì)生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這一個(gè)多月學(xué)習(xí)期間，老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學(xué)到了很多書里和書外的知識。為我們即將進(jìn)入社會打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師、教授！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日

14、新日異，可編程控制器（PLC）已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域，在生活中可以說得是無處不在。 因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來說掌握可編程控制器（PLC）的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 經(jīng)過一個(gè)多月的努力終于把畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成了。通過這一個(gè)多月的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)自己還有好多不足之處。然而這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)也讓我進(jìn)一步獲得了獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)，摸索，思考，動手等多種能力。  對于本次課題，剛開始我不知如何下手，然而在老師的指點(diǎn)下，我開始有點(diǎn)眉目。于是開始了對其運(yùn)行要求進(jìn)行解讀，并著手開始繪制原理圖，同時(shí)也積極查詢相關(guān)資料。在課程設(shè)計(jì)中只知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，同時(shí)要有自己的想

15、法和見解，這是成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也恰好鍛煉了我這一點(diǎn)。  時(shí)刻保持奮進(jìn)的頭腦，不斷接受新事物，挑戰(zhàn)新的問題。千萬記住秒針不停的劃圈，我們的思想也應(yīng)不斷的修正提高。拿這次課程設(shè)計(jì)來說，我不僅用了好幾個(gè)學(xué)過的軟件，還接觸了新的軟件。遇到了一個(gè)又一個(gè)難題， 但是經(jīng)過不斷地學(xué)習(xí)。我們成功的將其一一解決。在整個(gè)過程中，我也曾經(jīng)因?yàn)橛龅嚼щy失落過，也曾為成功的解決棘手問題而熱情高漲。然而遇到困難，我都一直堅(jiān)持著，尋找各種方法來解決問題，并不停鼓勵(lì)自己一定會成功的。本次設(shè)計(jì)中我綜合運(yùn)用了在校內(nèi)外所學(xué)習(xí)的知識。為很好的完成本次設(shè)計(jì)，我不斷的通過各種途徑獲取相關(guān)知

16、識。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我想說：為完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，確實(shí)很辛苦。然而實(shí)習(xí)是不可缺少的一部分。在設(shè)計(jì)期間可以把在學(xué)校學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。在理論與實(shí)踐相結(jié)合的時(shí)候，能夠更快更好的體會到理論的精髓所在，體會到理論與實(shí)踐的區(qū)別。從而鞏固自己所學(xué)的知識，增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。從而做到理論與實(shí)際的融會貫通，充分的運(yùn)用自己實(shí)習(xí)所獲得的知識及經(jīng)驗(yàn)為課程設(shè)計(jì)增添亮點(diǎn)。雖然有點(diǎn)苦，但苦中仍有樂，因?yàn)樵谄渲形矣謱W(xué)會更多的東西，掌握了更多的知識。以前種種艱辛這時(shí)就變成了最甜美的回憶！  于我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)都不能滿足于現(xiàn)有的成就