基于S7-200PLC的液位控制系统设计.docx
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综合自动化实验报告书
题 目：
基于S7-200PLC的液位控制系统设计学生姓名：
何丰丰
学 号：
2225
专业班级：
06电2班
指导教师：
刘振东
计算机与自动控制学院
2010年01月14日
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综合自动化实验
——基于S7-200PLC的液位控制系统设计
实验目的：
1.学习西门子S7-200可编程控制器中模拟量、PID指令；
2.掌握组态王软件的编程调试方法；
3.掌握PLC可编程控制器和组态王软件结合通讯方法。
实验要求：
1.利用西门子S7-200可编程控制器实现液位PID控制系统,通过调节电动调节阀的开度，改变水箱的进水流量，从而使水箱内的液位维持于恒定值。
2.在上位机编制工艺画面，能够显示系统的实时状态、通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式,向用户提供检验液位PLC控制系统的动态运行情况，显示SP（设定值）、PV（液位高度检测值）、OP（阀开度）、P（比例）、I（积分时间）、D（微分时间），并且在画面上能够实现手自动切换、历史数据查询、报表、报警信息、历史曲线等功能。
实验步骤：
1.掌握各设备的主要功能及工作情况
硬件设备主要包括：
上水箱、液位变送器LT1、电动调节阀1，变频器，水泵。
各个设备的连接情况如图1所示：
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220AC
S
S
TIC
S
TT TE
1 1
TE TT
4 4
S
LT LT
2 1
上水箱
TT TE
2 2
TT5
TE5
S S
TT TE
3 3
S
下水箱
LT3
S
S
电动调节阀2
M
电磁流量计2
FIT2
M
水泵
FIT1
电动调节阀1
电磁流量计1
PT1
变频器
储水箱
图1过程控制系统结构图
2.设备之间安装与连接
进水
上水箱
LT1
液位变送器
出水
M
PC/PPI通信电缆
按照图2所示，将实验所需的设备如液位变送器、PLC、调节阀等安装并接线。
电动调节阀1
图2控制系统示意图
'.
图3控制系统框图
3.系统控制电气连接图PLC选型
1）CPU选择的型号是西门子的CPU-226，它是200系列中一款高档次的CPU，其主要应用于具有较高要求的控制系统中。
和其它型号的CPU相比，其具有更多的I/O点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和更强的内部集成的特殊功能。
主要特性如下：
l可携带7个模块
l集成24个输入、16个输入共40个数字量I/O点，最大可扩展至
248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
l13K字节的程序和数据存储空间
l6个独立的30KHz的高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，并具有PID控制器
l2个RS485通讯/编程接口，具有PPI通信协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力
lI/O端子排可很容易的整体拆卸
2）模拟输入模块采用EM231，其输入信号是4~20mA信号，本实验即要求输入量为该数，满足要求，因此选用该型号。
3）模拟量输出模块采用EM232。
电气连接图如下所示：
4.在STEP7-MicroWin环境中编写、调试、下载PLC的梯形图程序。
在编写PLC程序时，查阅了STEP7关于模拟量输入处理、模拟量输出处理、定时中断、PID指令等内容。
程序的流程图如下图所示：
5.系统梯形图如下图所示
（1）主程序：
M0.0为1时，进行PID自动调节；M0.0为0时，进行手动控制
（2）子程序Ai_in（将32位整数转换为0到1的实数）
（3）子程序Ao_out（将0到1的实数转化为32位整数）
（4）子程序PID_control
注释：
符号表
32
过程变量前
项
双字/格式
入/出
不占用
.6.偏移地址说明
偏移地址
域
格式
类型
说明
0
过程值PV
双字/格式
输入
0~1.0范围
4VD204
SV设定
双字/格式
输入
0.0~1.1范围
8VD208
输出OP
双字/格式
输入/输出
0~1.0
12VD212
增益K
双字/格式
输入
正数或负数
16VD216
采样时间Ts
双字/格式
输入
秒
20VD220
积分时间Ti
双字/格式
输入
分钟
24VD224
微分时间Td
双字/格式
输入
分钟
28
积分前项
双字/格式
入/出
不占用
7.在计算机中，参照图7-9，编制实时动态显示画面。
最后系统联调时，在画面上可显示和修改相关参数，在完成PID参数整定后，控制精度在2%以内。
1）手动调试动态显示画面
2）自动调试动态显示画面
.
3）PID调节曲线
图7
9．实验收获
利用西门子S7-200可编程控制器实现液位PID控制系统来完成本次实验，通过在实践中运用PLC的相关知识，使我进一步掌握了S7-200PLC程序的编写与调试，S7-200PLC中处理模拟量的方法及PID算法；对我今后学习和拓展PLC知识起到了促进作用，通过实际应用使我进一步体会到了理论联系实际在学习中的重要性，并为以后工作中培养实践能力奠定了基础。
熟悉并掌握了利用组态软件调试程序的方法以及PLC和组态软件之间的通信方法。
.实践证明,PLC可编程控制器和组态软件结合有利于PLC控制系统的设计、检测,具有良好的应用价值.
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