基于PLC的液位监控系统_精品文档Word文档格式.doc

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基于PLC的液位监控系统_精品文档Word文档格式.doc

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

RS-485

浮点数运算

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

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