基于S7200 SMART单容水箱液位 控制系统设计.docx

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1、摘要为了有效的测量和控制水位高度，实现水位控制的智能化，本次设计是基于组态王与PLC的单容水箱液位控制系统，其主要应用的场合是工业生产、生活和污水排放控制，使得在经济发展的同时.，环境也得到了极大地保护。系统设计主要是围绕上位机和程序设计两大部分进行。该液位控制系统的优点有很多，比如其电路简单，该系统具有很高稳定性,同时该系统还具有成本低，功耗低，实用性强等优点。该设计以基于计算机与PLC控制的单回路液位控制系统，通过安装在水箱底部的压力变送器测量液位，PLC接收来自压力变送器的测量信号，以电动调节阀为执行器，来改变阀门的开度，同时采用组态王进行系统监控，通过对调节器PID参数的整定，实现了水

2、箱液位的闭环控制，使水箱液位稳定在设定值。关键词：水箱；液位控制；PLC；PID算法；AbstractInordertoeffectivelymeasureandcontroltheheightofwaterlevel,toachieveintelligentwaterlevelcontrol,thisdesignisbasedonKingviewandPLCsingletanklevelcontrolsystem,itsmainapplicationoccasionsareindustrialproduction,lifeandsewagedischargecontrol,sothatint

3、heeconomicdevelopmentatthesametime,theenvironmenthasbeengreatlyprotected.Systemdesignismainlyapertemhasmcomputerandprogramd,rts.Theliquidlevelcontrolsystemhasmanyadvantages,suchasitssimplecircuit,thesystemhashighstability,atthesametime,thesystemalsohaslowcost,lowpowerconsumption,strongpracticability

4、andotheradvantages.ThedesignisbasedonthecomputerandPLCcontrolofthesinglelooplevelcontrolsystem,throughtheinstallationofthepressuretransmitteratthebottomofthetanktomeasurethelevel,PLCreceivesthemeasurementsignalfromthepressuretransmitter,withtheelectricregulatorvalveastheactuator,tochangethevalveopen

5、ing,atthesametimeusingtheKingviewsystemmonitoring,bysettingthePIDparametersoftheregulator,Theclosedloopcontrolofthewatertanklevelisrealizedtostabilizethewatertanklevelatthesetvalue.Keywords:watertank;Liquidlevelcontrol;PLC;目录摘要IAbstractII第1章绪论51. 1前言51.2 液位控制系统的发展51.3 本文的主要工作6第2章水箱液位控制系统分析62.1 液位控制系

6、统方案选择62.2 液位控制系统构成102.3 液位控制系统硬件选择102.3.1 S7-200与S7-200SMART的对比102.3.2 传感器的介绍及选型112.3.3 调节阀介绍122.3.4 PlD控制介绍82.3.5 西门子S7-200SMART的CPU介绍及选型132.4 硬件线路设计152.4.1 接线端子的IO分配表152.4.2 电路接线图15第3章PLC程序设计193.1 介绍193.2 主程序设计193.3 子程序设计：273-3中断程序设计：28第4章上位机监控系统设计294.1 上位机的选择294.2 组态界面的设计304.2.1 创建新工程并定义硬件设备304.2

7、.2 添加工程变量364.2.3 制作图形画面并定义动画连接384.3 连机调试394.4 PID参数自整定错误!未定义书签。第5章总结与展望42致谢43参考文献44附录46第1章绪论1. 1前言城市水塔式给水系统，当其给水系统处于正常工作状态时，其给水系统的水位突然降低，会对居民的正常生活造成很大的影响；控制好锅炉的蒸汽压力，当蒸汽压力低于设定值时，会造成锅炉过热，造成安全事故；在这种生产过程中，工人的劳动强度很大，具有很大的风险性，很容易发生错误，从而使企业蒙受损失。从这一点可以看出，在实际生产过程中，液面控制的准确度与效果，将对企业的生产成本、经济效益、乃至对企业的安全产生影响。为确保水

8、平仪的安全性，必须对水平仪进行改进和研究。通过组态王监控系统，我们可以实时监控整个系统的运行状况，可以将整个系统的运行状态及数据在组态王中进行保存。本设计通过上位机控制系统与PLC相结合，实现了对工业生产过程中液位的稳定控制。本文将主要介绍如何实现上位机与PLC控制系统相结合的控制方法。1.2 液位控制系统的发展液位控制系统的概念是近现代才出现的，但是液位变化控制的技术已经很成熟了。由于在短短的时间里，控制液位变化的技术就已经进行了多次的升级和改进，现在，随着各类控制器和电子设备的飞速发展，无论采用什么样的控制处理器，什么样的控制方式，液位控制的概念都是一样的，唯一的变化就是控制的方法，因此，

9、液位变化控制的技术已经非常成熟。现在。事实上，液位变化控制的技术的主要核心是传感器，严格来说是液位传感器，因此总体来说，液位控制系统的成熟其标志不仅是控制器技术的成熟，还有一个更重要的标志，就是液位传感器技术的成熟。对于液面的控制，有很多种类型，一般的控制方法都可以用于液面控制系统。比如PLC,单片机，PAC等等，也有专门用于液位控制的开关式控制器，比如光控式的液位控制器，浮动球等液面调节器。液面传感器最初的技术是基于电极原理，但这个技术总有一天会被新技术所替代，由于电极在使用过程中会吸收水中的杂质，从而造成敏感失效，因此在此基础上发展出了UQK与GSK两种传感技术，这两种传感技术在后来也得到

10、了进一步的发展，不过这两种传感技术都是以“干簧管”为主控方式，采用的是强电控方式，而且由于接触器的频繁动作,使得传感系统的使用寿命较短，存在较大的安全性问题。于是弱电式的传感器就诞生了，比如压力式的和光电式的。以上就是液位控制系统的大致发展历程。1.3 本文的主要工作a)本文采用西门子S7-200SMARTPLC,液位传感器，调节阀，水泵电机，对单容水箱液位进行恒定控制，先将硬件电路进行连接，随后对西门子S7-200SmartPLC的端口及内存地址进行分配。b)在西门子可编程控制器上完成了程序的编写，将程序分为两个主要部分，一个是自动控制，另一个是人工控制。C)程序经调试确认无误后，与上位机进

11、行通讯网络连接，进行最后的运行与调试。第2章水箱液位控制系统分析2.1 液位控制系统方案选择2.2 .1PLC与继电器控制系统(1)从工作方式上进行比较在继电控制电路中，在电源被打开时，电路中的所有继电器都被约束，也就是，该被吸合的继电器也被吸合，不应该被吸合的继电器由于一定的条件而无法被吸合，这就是并联工作模式。但是，PLC的用户程序是按照一定的顺序进行循环执行的，因此，各软继电器都处于周期性的循环扫描接通过程中，受到相同条件制约的各个继电器的动作次序，取决于程序的扫描顺序，与其在梯形图中的位置相关，这种工作方式被称作串行工作方式。(2)从控制速度上进行比较继电保护主要依赖于机械触头的运动来

12、完成，其工作频率较低，其切换过程通常为数十ms量级，并且容易产生抖动。而PLC则是用程序命令来控制半导体电路，通常情况下，一条命令的执行时间可以达到微秒，所以它的速度要快得多，而且PLC也有严格的同步控制，所以它不会发生触点抖动。(3)从定时和计数控制上进行比较传统的时间继电器延时控制方法主要是通过延时动作来实现，但其延时时间容易受环境温度、温度等因素的影响，存在计时准确度低、计时难度大等问题。但是，PLC使用的是半导体集成电路作为定时器，时钟脉冲是由晶体振荡器产生的，它具有很高的准确性,定时范围通常是从0.1s到几分钟甚至更久，使用者可以按照自己的要求在程序中设置定时值，这样就可以很容易地进

13、行修改，而且不会受到环境的影响。PLC有自动计数的功能，而传统的继电器控制通常没有自动计数的功能。综上所述，PLC的性能优于继电器控制系统，尤其是其可靠性高，设计建造周期短，调试修改方便，体积小，功耗低。因此，在该系统中使用了可编程控制器。可编程序控制器的特点现代工业的生产过程是丰富多彩的，对控制的要求也是千差万别，为了可以在不同的工业环境下使用和操作PLC,生产厂家之间都有很多相似之处。（1）抗干扰能力强、可靠性高PLC控制系统在其设计时，必须充分考虑系统的抗干扰能力，使其能在各种复杂环境中可靠地工作，保证系统的正常运行。目前，PLC系统中常用的抗干扰措施有：隔离、屏蔽、滤波、接地等。在实际

14、应用中，有的采用了专用的隔离设备，如高压隔离变压器或直流隔离电源等；有的采用屏蔽电缆与电网相连；有的采用接地措施，将PLC接在较强的电磁干扰区之外。（2）功能强大，适应面广目前，PLe控制系统规模可以是大的也可以是小的，能完成对各种控制系统的控制，而且能满足所有的工业控制领域的需要。（3）编程方便，易于使用PLC的编程可采用梯形图语言，简单易懂，不需要专门的计算机知识语言，只要具有一定的电气和工艺知识的人员都可在很短时间学会。（4）控制系统设计、施工及调试的时间短目前，可编程控制器的产品已经达到了系列化、标准化、通用化的程度。同时，由于可编程控制器使用的是软件，所以无需象传统的继电控制那样复杂

15、，从而大大减少了建设的时间。同时，还可以在实验室中对PLC用户程序进行仿真调试，仿真调试合格后，将其送到生产现场在线调试，从而降低了现场调试的工作量，缩短了设计和调试的周期。（5）控制系统结构简单，通用性强PLC及其扩充模组的种类很多，能够构成各种不同的控制系统。该PLC可以直接连接到220V,24V等交流电源，具有很大的带载能力。对于不同的被控对象，只要在软件上做一些简单的修改，就可以使用相同的PLC设备，因此，它的通用程度很高。在工程实践中，采用最多的调节器控制律是比例积分微分控制律。PID控制器的出现已经有70多年的历史，由于其结构简单，性能稳定，工作可靠，调节方便等优点，已经成为目前工

16、业控制领域的主流技术。在无法完全掌握被控对象的结构和参数，或者无法得到准确的数学模型时，控制理论中的其他技术很难使用的情况下，系统控制器的结构和参数就只能凭经验和现场调试来决定了，此时，PID控制技术是最方便的。也就是在不能充分理解被控对象，或者不能用有效的测试方法得到系统参数的情况下，采用PlD控制是最合适的。PlD控制器，在实际应用中又分为PI、PD两种。采用比例、积分和微分等方法，通过对系统误差的计算，得到控制量，从而实现PID控制器的控制。比例（P）控制比例控制器是最简便的控制器之一。它的控制器输出正比于输入错误信号。在只采用比例控制器的情况下，系统的输出会出现稳态误差。积分（I）控制在积分控