PLC控制的水箱液位控制系统课程设计

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1、PLC 控制的水箱液位控制系统 摘要摘要 在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 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, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出 造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。由于液体本身的属性及控制机构的摩擦、噪 声等的影响，控制对具有一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。因此液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关 键，因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用 适合的方法对液位进

2、行检测、控制，能收到很好的效果。可编程控制器（PLC）是计 算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑 控制。 PID 控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。 本文主要是对一水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系 统的建模、PLC 控制、PID 算法、传感器和调节阀等一系列的知识。作为单容水箱液 位的控制系统， 其模型为一阶惯性函数， 控制方式采用了PID算法， 控制核心为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，调节阀为电 动调节阀。选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是

3、为了能最大限度地满足系统 对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。 关键词 PLC,PID,液位控制 II 目目 录录 PLC 控制的水箱液位控制系统 I 摘要 . I 第一章 绪论 - 1 - 第二章 设计任务与要求. - 2 - 2.1 基本任务 - 2 - 2.2 基本要求 . - 2 - 2.3 给定条件 - 2 - 2.4 主要性能指标 - 2 - 2.5 扩展功能 - 3 - 第三章 总体论证 . - 3 - 3.1 总体方案的选择 . - 3 - 3.1.1 控制方法选择 . - 3 - 3.1.2 系统组成 - 4 - 3.2 确定系统功能、性能指标 . - 4 -

4、第四章 系统设计 . - 5 - 4.1 建模过程 . - 5 - 4. 模型参数的确定 . - 6 - 4. 软、硬件功能划分 - 6 - 4. 系统功能划分、指标分配和框图构成 - 7 - 4.4.1 PLC 系统 - 7 - 4.4.2 前向通道 . - 7 - 4.4.3 后向通道 . - 8 - 第五章 系统开发 . - 8 - 5.1 硬件开发系统配置 - 8 - 5.1.1 PLC 系统CPU、模/数转换模块、数/模转换模块 - 8 - 5.1.2 前向通道传感器 - 8 - III 5.2 PID 操作指令 . - 9 - 5.2.1 PID 算法. - 9 - 5.2.2 回

5、路输入、输出转换及标准化 .- 11 - 5.2.3 控制方式 .- 11 - 5.2.4 ID 的编程步骤 - 12 - 5.3 软件开发 - 12 - 5.3.1 确定输入/输出关系，建立数学模型，寻找合适算法 . - 12 - 5.3.2 调节器参数整定 . - 13 - 5.3.3 程序流程图 - 14 - 5.3.4 程序 . - 14 - 第六章 连机调试 . - 17 - 第七章 注意事项 . - 18 - 7.1 安全注意事项 . - 18 - 7.1.1 防止触电 - 18 - 7.1.2 防止烫伤 - 18 - 7.1.3 防止损坏 - 18 - 总 结 . - 19 -

6、致 谢 . - 20 - 参考文献 . - 21 - 第一章第一章 绪论绪论 可编程控制器（简称 PLC 或 PC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动 化控制装置，是一种数字运算操作的电子系统。它以微处理器为核心，有机地将微型 计算机技术、自动化控制技术及通信技术容为一体，主要用来代替继电器实现逻辑控 制，随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。它具有控制 能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，是当今及今 后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。德国西门子（SIEMENS）公司生产 的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有 应用。西门子 S7 系列 PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强， 可靠性更高。S7 系列 PLC 产品可分为微型 PLC（如 S7-200） ，小规模性能要求的 PLC （如 S7-300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7-400）等。 液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合 的方法对液位进行