可编程控制器应用水箱液位和水流量品级控制PLC系统设计(DOC毕设论文)

1、课程设计说明书课程名称：可编程控制器应用题目：水箱液位和注水流量 串级控制PLC系统设计目 录CONTENTS一、设计目的与任务1二、课程设计正文22.1 关于工业控制22.2 西门子PLC简介22.3 PLC工作原理32.4 技术要求3 2.5 实验原理42.6 试验设备4（1）RTGK-2型实验控制台4（2）液位传感器 5（3）流量计（涡轮流量计、电磁流量计） 6 1）涡轮流量计7 2) 电磁流量计6（4） 电动调节阀6三实验程序7四组态软件界面12五程序调试13六. 课程设计总结. 14七.参考文献. 15一、设计目的与任务1.1进一步熟悉掌握PLC控制过程和控制原理，了解水箱液位控制系

2、统的物理结构，闭环调节系统的数学结构和PID控制算法。1.2逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理，连接方法，信号种类，信号调理电路，引入PLC的引线以与PLC的编址。 1.3明确从PLC到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。 1.4通过程序的编程，结合实验室现有的设备进行调试，能够演示过程。在完成可编程控制器为下位机的相关控制程序的基础上，用组态软件编程实现上位机的控制与其相关监控界面。二、课程设计正文2.1、控制 在PLC出现以前，工业控制部分用继电器进行控制，但是随着社会生产的发展以与对控制过程要求的提高，以

3、前的控制方式和过程越来越不能满足要求，研制一种新的方法和设备成了迫切的需要。在这种情况下，德国西门子公司率先研究出了PLC,它具有功能强大，灵活通用，编程简单，便于维护等优点，很快得到的广泛的应用。 2.2、西门子PLC简介可编程程序控制器（Programmable Controller）通常也称为可编程控制器。它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置；具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，本系统采用在工业领域有着广泛应用的西门子S7200系列PLC作为主控制器，完成一套过程控制实验系统，涵盖了可编程控制器、信号和信息处理

4、、传感技术、工程检测、模式识别、控制理论、自动化技术、智能控制、过程控制、自动化仪表、计算机应用和控制、计算机控制系统等课程的教学实验与研究S7-200系列小型PLC可以应用于各种自动化系统。如图1-1所示，S7200PLC由主机、输入/输出接口、电源、模块扩展接口和外部设备接口、计算机编程软件等几个主要部分组成。2.3、PLC工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开

5、始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的

6、方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.4、技术要求 水箱液位和注水流量串级控制系统主要有水箱、管道、水泵、异步电动机、电机控制器、水压力传感器、涡轮流量计、电动调节阀、可编程控制器与其输入输出通道电路等构成。电动机和水泵为动力系统。 系统由电位器设置液位给定值，水压力传感器检测液位，采用PID算法得出流量给定值。涡轮流量计检测流量，电动调节阀控制流量，采用PID算法得出开度控制值，实现流量的控制。 系统电源有接触器和按钮控制。系统电源接通后PLC进行必要的自检和初始化。控制器收到系统启动信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作，开始两个闭环系统的调节控制。2.5

7、、实验原理因为流量变化瞬速，做为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。控制框图如下图所示：2.6、试验设备（1）RTGK-2型实验控制台（2）、液位传感器工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输出V/A电压、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的420mA标准电流输出信号。接线如下图所示：接线说明：传感器为二线制接法，它的端子位于中继箱，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接中继箱正端（+），中继箱负端（）接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接24V-。传感器输出420mA电流信号，通过负

8、载电阻250/50转换成电压信号。当负载电阻接250时信号电压为15V，当负载电阻切换成50时信号电压为0.21V。零点和量程调整：零点和量程调整电位器位于中继箱的另一侧。校正时打开中继箱盖，即可进行调整，左边的（Z）为调零电位器，右边的（R）为调增益电位器。（3）、流量计（涡轮流量计、电磁流量计）1）、涡轮流量计：输出信号：频率，测量围：00.6m3/h接线如图所示：接线说明：传感器的供电电源由24VDC开关电源提供，负载为流量积算变送仪。2)、电磁流量计：输出信号：420mA，测量围：00.4 m3/h接线说明：转换器为交流220V供电，X、Y和A、B、C为传感器和转换器之间的连线，输出信

9、号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端。（4）、电动调节阀QSVP20-15N智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：010mA/420mADC/05VDC/15VDC输入阻抗：250/500输出信号：420mADC输出最大负载：<500信号断电时的阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0100%间的任意值电源：220V±10%/50Hz 三实验程序主程序：子程序1:子程序2：中断程序1：中断程序2：四组态软件界面五程序调试1、设备的连接和检查（1）打开以抽水泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱阀1、阀4、阀7阀21，阀23。（2

10、）检查电源开关是否关闭。2、系统连线（1）将I/O信号接口面板上的中水箱液位、的钮子开关打到ON位置。用实验接线将中水箱的液位实际测量输出与PLC的输入AIW4、AIW2连接。（2）将电位器的输出与PLC的输入AIW0连接。（3）将PLC的输出AQW0与电动调节阀的输入连接。3、系统运行（1）打开实验台电源，打开PLC电源，启动软件V4.0 STEP 7 MicroWIN并与PLC连接。连接成功后，把程序下载到PLC中。（2）开启电动调节阀电源与抽水泵电源，向中水箱放进一定量的水。（3）开始运行力控5.0，与PLC连接。（4）运行PLC程序，观察各个PLC监控系统的运行数据与监控组态界面中水箱

11、液位的变化。（5）调节电位器的输出值，观察电动调节阀的开度变化。4、组态设置：在组态界面中设置2个I/O接口驱动，建立PV1（上水箱液位）、数据库变量并与PLC连接。六. 课程设计总结通过为期两周的课程设计，我更加深刻的了解了PLC的应用，对课堂上所讲的只是有了更深刻的了解，能够把课堂上所学的各部分知识组合成一个有机的整体，在应用的过程中构建了一个较完整的知识结构体系。并且深刻体会到：所学到的知识必须在具体的实践中才能够真正体会。这次课程设计不仅是对自己知识上的一次提高，同时也锻炼增强了自己的团队意识和组织能力。在这次课程设计中，不但要求有较好的组织协调能力，还要对任务有更清楚的认识，并且还要使组