基于PLC的液位监控系统_精品文档Word文档格式.doc

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2.3.1比例阀选择分析 12

2.3.2比例阀型号选择 12

3控制方案 13

3.1控制方式 13

3.2接线说明 13

3.3PID控制分析 14

3.3.1PID控制的原理和特点：

14

3.3.2PID控制器的参数整定 15

4程序部分 15

4.1程序编写说明 15

4.2程序流程图：

15

4.3程序编写：

16

4.4寄存器使用说明：

19

5监控部分 20

5.1监控系统选择 20

5.2组态王软件特点 20

5.3使用组态王制作监视画面 21

6总结 23

1课程设计的系统要求

1.1设计的目的和要求

本课程设计是测控技术与仪器专业教学中的一个重要专业实践环节。

为了使学生在以后就业中可能接触到的生产现场、生产过程和测控系统的设计有较为深刻的认识，本次实习重点是要求学生能设计完成一个实际的应用系统。

通过设计应用系统，使学生对所学的传感器、微机原理、精密仪器与设备、计算机网络、组态软件、PLC设计等方面的知识有更进一步的深刻的认识和掌握，培养学生综合应用所学专业知识和技能分析解决实际问题的能力，熟悉技术设计工作的一般程序和方法。

1.2设计任务

以水箱为被控对象，以西门子S7-200PLC作为控制器，通过对比例阀的调节，实现对水箱液位的实时监控功能。

要求上位机采用MCGS组态软件实时监控、显示动态曲线，保存数据等。

1.3系统工作原理

图1

系统的原理如上图1所示，S7-200PLC模拟输入通道与液位传感器相连，获得输入信号（即测量值信号），经上位机可以获得设定值，经程序比较测量值与设定值的偏差，有PLC对偏差进行PID调节得到控制信号（即输出值），PLC通过模拟通道输出控制信号到比例阀，以控制出水口的流量，从而达到控制水位的目的。

因为PLC直接和上位机进行通讯，从而实现了上位机可以直接设定给定值，整定PID参数、实时跟踪绘图等功能。

2系统的构成

2.1控制器部分

2.1.1控制器选择分析

常用的工业控器主要包括单片机和PLC（可编程控制器）。

考虑到可维护性和抗干扰能力，我们选择了PLC作为我们这次课设的控制喊叫。

可编程逻辑控制器（PLC）具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

可编程控制器在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件也需根据控制要求进行设计编制。

PLC的主要特点可概括如下:

一.高可靠性

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms；

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；

（4）采用性能优良的开关电源；

（5）对采用的器件进行严格的筛选；

（6）良好的自诊断功能；

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性更进一步提高。

二.丰富的I/O接口模块

PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备。

三.采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，绝大多数PLC采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，等均采用I/O模块化设计。

四.编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，很容易被理解和掌握。

五.安装简单，维修方便

PLC可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段：

1.输入采样：

即检查各输入的开关状态，将这些状态数据存储起来为下一阶段使用；

2.执行程序：

PLC按用户程序中的指令逐条执行，但是把执行结果暂时存储起来；

3.刷新输出：

按第1阶段的输入状态在第2阶段执行程序中确定的结果，在本阶段中对输出予以刷新。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

PLC的功能可分为：

1、逻辑控制；

2、定时控制；

3、计数控制；

4、步进（顺序）控制；

5、PID控制；

6、数据控制:

PLC具有数据处理能力；

7、通信和联网；

8、PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求。

2.1.2控制器型号选择

S7-200CN系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200CN系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此,S7-200CN系列具有极高的性能/价格比。

S7-200CN技术指标如下表1所示：

S7-200PLC的技术指标

特性

CPU221

CPU222

CPU224

CPU224XP

CPU226

本机I/O

•数字量

•模拟量

6入/4出

8入/6出

14入/10出

2入/1出

24入/16出-

最大扩展模块数量 

0个模块

2个模块

7个模块

掉电保持时间

50小时

100小时

程序存储器：

可在运行模式

4096字节

8192字节

12288字节

16384字节

24576字节

高速计数器

•单相

•双相

4路30KHz

2路20KHz

6路30KHz　

4路20KHz

2路20KHz

脉冲输出（DC）

2路100KHz

模拟电位器

1

2

实时时钟

配时钟卡

内置

通讯口

1×

RS-485

2×

浮点数运算

有

I/O映象区

256

128入/128出

256、

布尔指令执行速度

0.22μs/指令

外形尺寸（mm）

90×

80×

62

120×

140×

190×

数据存储区

2048字节

10240字节

表1

S7-200CN系列出色表现在以下几个方面：

•高的可靠性

•极丰富的指令集

•易于掌握

•便捷的操作

•丰富的内置集成功能

•实时特性

•强劲的通讯能力

•丰富的扩展模块

综合考虑控制对象的控制要求，成本控制和使用环境，我们选用S7-200PLC控制器。

CPU选用222.8入/6出，最大可添加2个扩展模块。

我们的控制量是模拟量，所以需要使用到扩展模块EM235，如下图2所示。

EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。

表2为EM235的常用技术参数。

图2EM235图示

模拟量输入特性

模拟量输入点数

4

输入范围

电压（单极性）0～10V0～5V0～1V0～500mV0～100mV0～50mV

电压（双极性）±

10V±

5V±

2.5V±

1V±

500mV±

250mV±

100mV±

50mV±

25mV

电流0～20mA

数据字格式

双极性全量程范围-32000～+32000

单极性全量程范围0～32000

分辨率

12位A/D转换器

模拟量输出特性

模拟量输出点数

信号范围

电压输出±

10V

电流输出0～20mA

电压-32000～+32000

电流0～32000

分辨率电流

电压12位

电流11位

表2EM235的常用技术参数

下表3说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。

EM235开关

单/双极性选择

增益选择

衰减选择

SW1

SW2

SW3

SW4

SW5

SW6

ON

单极性

OFF

双极性

X1

X10

X100

无效

0.8

0.4

0.2

表3

由上表3可知，DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。

SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。

根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表：

传感器的输入信号为电压0~10V，使用单极性的输入

SW1SW2SW3SW4SW5SW6分别设置为

OFF

模拟量输入模块使用前应进行输入校准。

其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。

其步骤如下：

A、切断模块电源，选择需要的输入范围。

B、接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。

C、用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。

D、读取适当的输入通道在CPU中的测量值。

E、调节OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。

F、将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。

G、调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。

H、必要时，重复偏置和增益校准过程。

EM235输入数据字格式：

下图给出