plc水箱液位控制的設(shè)計(jì)(專科論文)

1、畢 業(yè) 論 文題 目 ：PLC控制的水箱液位控制系統(tǒng)系 部： 專 業(yè)： 姓 名 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 教師單位： 2011年 月 日PLC控制的水箱液位控制系統(tǒng)摘要在人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題, 例如居民生活用水的供應(yīng), 飲料、食品加工, 溶液過濾, 化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要維持合適的高度, 既不能太滿溢出造成浪費(fèi), 也不能過少而無法滿足需求。由于液體本身的屬性及控制機(jī)構(gòu)的摩擦、噪聲等的影響，控制對具有一定的純滯后和容量滯后的特點(diǎn)，液位上升的過程緩慢，呈非線性。因此液位控制裝置的可靠性與控制方案的準(zhǔn)

2、確性是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，因此液面高度是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的效果?？删幊炭刂破鳎≒LC）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的，主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 PID控制（比例、積分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。本文主要是對一水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、PLC控制、PID算法、傳感器和調(diào)節(jié)閥等一系列的知識(shí)。作為單容水箱液位的控制系統(tǒng)，其模型為一階慣性函數(shù)，控制方式采用了PID算法，控制核心為S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，傳感

3、器為擴(kuò)散硅式壓力傳感器，調(diào)節(jié)閥為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。選用以上的器件設(shè)備、控制方案和算法等，是為了能最大限度地滿足系統(tǒng)對諸如控制精度、調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量等控制品質(zhì)的要求。關(guān)鍵詞 PLC,PID,液位控制目 錄PLC控制的水箱液位控制系統(tǒng)I摘要I第一章 緒論- 1 -第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求- 2 -2.1基本任務(wù)- 2 -2.2 基本要求- 2 -2.3給定條件- 2 -2.4 主要性能指標(biāo)- 2 -2.5擴(kuò)展功能- 3 -第三章 總體論證- 3 -3.1 總體方案的選擇- 3 -3.1.1 控制方法選擇- 3 -3.1.2 系統(tǒng)組成- 4 -3.2 確定系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)- 4 -第四章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 5

4、-4.1 建模過程- 5 -4. 模型參數(shù)的確定- 6 -4. 軟、硬件功能劃分- 6 -4. 系統(tǒng)功能劃分、指標(biāo)分配和框圖構(gòu)成- 7 -4.4.1 PLC系統(tǒng)- 7 -4.4.2 前向通道- 7 -4.4.3 后向通道- 8 -第五章 系統(tǒng)開發(fā)- 8 -5.1 硬件開發(fā)系統(tǒng)配置- 8 -5.1.1 PLC系統(tǒng)CPU、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊- 8 -5.1.2 前向通道傳感器- 8 -5.2 PID操作指令- 9 -5.2.1 PID算法- 9 -5.2.2 回路輸入、輸出轉(zhuǎn)換及標(biāo)準(zhǔn)化- 11 -5.2.3 控制方式- 11 -5.2.4 ID的編程步驟- 12 -5.3 軟件開發(fā)-

5、12 -5.3.1 確定輸入/輸出關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，尋找合適算法- 12 -5.3.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定- 13 -5.3.3 程序流程圖- 14 -5.3.4 程序- 14 -第六章 連機(jī)調(diào)試- 17 -第七章 注意事項(xiàng)- 18 -7.1 安全注意事項(xiàng)- 18 -7.1.1防止觸電- 18 -7.1.2防止?fàn)C傷- 18 -7.1.3防止損壞- 18 -總 結(jié)- 19 -致 謝- 20 -參考文獻(xiàn)- 21 -第一章 緒論可編程控制器（簡稱PLC或PC）是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它以微處理器為核心，有機(jī)地將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)及通

6、信技術(shù)容為一體，主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍。它具有控制能力強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今及今后工業(yè)控制的主要手段和重要的自動(dòng)化控制設(shè)備。德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。液面高度是工業(yè)控制過程中

7、一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的效果。液位控制是工業(yè)生產(chǎn)中典型的過程控制問題，對液位準(zhǔn)確的測量和有效的控制是一些設(shè)備優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要指標(biāo)。由于它便于直接觀察、容易測量、獲取方便、過程時(shí)間常數(shù)一般比較小、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，目前采用最多的控制方式依然是PID控制。即使在美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，PID控制的使用率仍達(dá)90%，可見PID控制在工業(yè)過程控制中占有異常重要的地位。PID控制技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，從模擬PID控制發(fā)展到數(shù)字PID控制，技術(shù)不斷完善與成熟。尤其近十多年來，隨著

8、微處理技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外對智能控制的理論研究和應(yīng)用研究十分活躍，智能控制技術(shù)發(fā)展迅速，如專家控制、自適應(yīng)控制、模糊控制等，現(xiàn)己成為工業(yè)過程控制的重要組成部分。由于液體本身的屬性及控制機(jī)構(gòu)的摩擦、噪聲等的影響，控制對具有一定的純滯后和容量滯后的特點(diǎn)，液位上升的過程緩慢，呈非線性。因此液位控制裝置的可靠性與控制方案的準(zhǔn)確性是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。本課題針對液位控制設(shè)計(jì)了一個(gè)由壓力傳感器、PLC、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成的系統(tǒng)，并采用了增量式PID算法對其控制。【原文已刪除，如需完整論文，加QQ：10247336】【通信工程本/?？苾?yōu)秀畢業(yè)論文修改與擬稿】第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1基本任務(wù)對單容水箱液位

9、/壓力控制系統(tǒng)。這是一個(gè)單回路反饋控制系統(tǒng),控制的任務(wù)是使水箱的液位/壓力等于給定值,減小或消除來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動(dòng)的影響。用液位/壓力參數(shù)為被控對象。交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵通過閥1向上水箱供水,調(diào)節(jié)閥2使之同時(shí)向外排水,令入水的速度大于出水的速度,達(dá)到被控參數(shù)(液位/壓力)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。2.2 基本要求 對單容水箱，用西門子S7-200為控制核心，輔助以單片機(jī)系統(tǒng)配套的A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元及電路,通過執(zhí)行數(shù)字PID程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整(設(shè)定值在單片機(jī)鍵盤上完成),使水箱的實(shí)際液位/壓力值與設(shè)定值接近,最終穩(wěn)定于設(shè)定值。組成單閉環(huán)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，,要求水位可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，且各種測量

10、、控制參數(shù)可在人機(jī)界面上顯示、設(shè)定?！驹囊褎h除，如需完整論文，加QQ：10247336】【通信工程本/?？苾?yōu)秀畢業(yè)論文修改與擬稿】總 結(jié)隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，各生產(chǎn)工藝設(shè)備相互間緊密地聯(lián)系著，各設(shè)備的生產(chǎn)操作也是相互聯(lián)系、相互影響的，所以分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用好一個(gè)過程控制系統(tǒng)，首先應(yīng)全面了解被控過程，其次根據(jù)工藝要求對系統(tǒng)進(jìn)行研究，確定最佳的控制方案，最后對過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、整定和投運(yùn)。依據(jù)以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟，在指導(dǎo)老師 老師的引導(dǎo)和幫助下，我學(xué)習(xí)了以下水箱液位控制系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)：1、 水箱控制系統(tǒng)的一般認(rèn)識(shí)，包括：² 水位控制原理、傳感器的類型、特點(diǎn)。

11、78; 執(zhí)行器件，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的原理與組成。² 水箱控制系統(tǒng)特性的了解：² 過程控制基本規(guī)律：² PLC的一般組成，如整體式、模塊式（CPU模塊、I/O模塊、模擬量模塊、通訊模塊等）。另外，還包括外圍接口如人機(jī)界面等。² PLC在水箱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，我對系統(tǒng)建模、PID算法、PLC控制、調(diào)節(jié)閥的選定及其參數(shù)整定有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也遇到了一些自己不理解或不能解決的問題，如系統(tǒng)的模型是根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的，在試驗(yàn)中存在許多人為的和非人為的誤差，在計(jì)算公式中忽略了一些不是很重要的項(xiàng)目，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定過程復(fù)雜等。另外，整個(gè)系統(tǒng)對控制精度

12、也不能很好的確定，存在一定的誤差，而且，由于時(shí)間和本身能力問題，原定的人機(jī)界面即觸摸屏部分我沒有完成。綜上，系統(tǒng)只包括了最基本的部分，有待今后進(jìn)一步的完善。 【原文已刪除，如需完整論文，加QQ：10247336】【通信工程本/專科優(yōu)秀畢業(yè)論文修改與擬稿】致 謝本設(shè)計(jì)課題從選題、收集相關(guān)資料、提供良好設(shè)計(jì)的環(huán)境，到系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過程中的資料查詢、方案論證、軟硬件設(shè)計(jì)、聯(lián)機(jī)調(diào)試，再到本文的寫作、完善，歷時(shí)兩個(gè)多月。通過本次課題設(shè)計(jì)，我鞏固了以前所學(xué)的許多基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，開闊了視野，增長了知識(shí)，并學(xué)到了許多實(shí)用的東西，如對工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了明確的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了分析、設(shè)計(jì)能力和實(shí)際的動(dòng)手能力，為

13、即將走向工作崗位打下了一定的基礎(chǔ)。這些成果的獲得離不開一些人的幫助，他們是：² 老師：在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我的導(dǎo)師 老師給了我熱情的支持和幫助，精心的指導(dǎo)，并提出了許多建議和修改意見，使我能夠順利的完成此課題。另外，在此設(shè)計(jì)過程中， 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，踏實(shí)的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，同時(shí)為即將踏足工作崗位的我樹立了良好的學(xué)習(xí)榜樣。² 班同學(xué)：在畢業(yè)論文的編寫和相關(guān)資料的查找以及整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，我的同學(xué)也給了我很多好的想法和建議。² 參考文獻(xiàn)的作者：本文中的部分內(nèi)容的編寫參照了有關(guān)文獻(xiàn)。 幫助我的人還有很多，恕不一一列舉，在此，對以上的人們表示衷心地感謝。參考文獻(xiàn)(1) 王世才