基于profibus总线的水位控制系统设计Word下载.docx
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摘要：
随着工业的发展，液位控制在各种过程控制中的应用越来越广泛。
本设计基于PROFIBUS-DP现场总线实现了水位控制，系统中PLC与变频器之间的通信,给出了具体的实施方案,同时PROFIBUS-DP总线对分布式I/O系统ET200S进行网络组态，建立了一个基于分布式I/O的液位控制系统，并用PID算法对系统进行闭环控制，实现了液位控制系统的远程控制。
本文阐述了PROFIBUS-DP现场总线的有关概念，分析了PROFIBUS-DP的功能与特点；
同时也介绍了现场总线水位控制系统组成及其设计思想，通过分析了控制系统的特点，给出了控制系统主要模块控制方法，即构成双回路水位控制系统。
通过变频器改变电动给水泵转速的方式来控制水位，能够提高能源的利用率；
用PLC来进行控制，控制效果比较好，能满足水位控制的要求；
运用现场总线技术，可以节省系统的布线，对系统的扩充也非常的方便；
运用上位机画面显示，能够使操作员在控制室既可以了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，利用step7组态软件编程可实现对液位的有效控制。
使设备始终处于操作员的远程监视和可控状态之中。
【关键词】：
PROFIBUS总线
PID算法
西门子S7-300
水位控制
【Abstract】:
Withthedevelopmentofindustry,liquidlevelcontrolintheapplicationofprocesscontrolmoreandmorewidely.ThisdesignbasedonPROFIBUS-DPfieldbusrealizedthewaterlevelcontrolsystemPLCandinverterofcommunicationbetween,giveaspecificimplementationplanwhilePROFIBUS-DPfordistributedtheI/OET200Ssystemfornetworkconfiguration,establishedabasedondistributedI/Olevelcontrolsystem,andthesystemPIDalgorithmclosed-loopcontrol,realizetheliquidlevelcontrolsystemofremotecontrol.
ThearticleelaboratesthePROFIBUS-DPfieldbusrelevantconcepts,analyzesthePROFIBUS-DPfunctionandcharacteristics;
Atthesametimeintroducesthefieldbuscontrolsystemandthedesignofwaterlevelthought,throughtheanalysisofthecharacteristicsofthecontrolsystem,andgivesthemainmodulecontrolsystemcontrolmethod,namelyconstitutiondoubleloopwaterlevelcontrolsystem.Throughthefrequencyconvertertochangeelectricpumprotationspeedwaytocontrolwaterlevel,canenhancetheenergyutilization;
UsePLCtocontrol,thecontroleffectisgood,cansatisfytherequirementsofthewaterlevelcontrol;
Usethefieldbustechnology,cansavethewiringsystem,thesystemisalsoveryconvenientexpansion;
UsingthePCscreendisplay,canmaketheoperatorcanunderstandthesceneinthecontrolroomequipmentortheworkingconditionsoftheinstrument,alsocanadjusttheparametersofequipment,andcanalsopredictorfindfault,usingstep7configurationsoftwareprogrammingcanrealizetheeffectivecontrolofliquidlevel.Makeequipmentisalwaysintheremotemonitoringandcontroloftheoperatorofstate.
【Keywords】:
PROFIBUSPIDalgorithmconfigurationsoftwareSiemensS7-300waterlevelcontrol
第一章绪论
随着科技的发展对于水位控制的方法，也越来越多。
不同的方法有不同的优势。
然而PROFIBUS所具有的优势，是其他传统方式所无可比拟的，具有一定的先进性。
把先进的自动化技术，通讯技术，网络技术应用到工业的水位控制领域，正在大力提倡节约能源的今天，研究高性能，经济型的恒压供水控制系统，对于提高劳动生产率，降低能耗，信息共享具有重要的实现意义。
PLC与变频器的结合是一种新型的，成熟的技术，它因其独特优良的控制性被广泛应用在速度控制领域。
特别是在工业的水位控制中，由于生产安全和对水恒压的特殊需要，变频调速技术也得到了更加深入的应用。
随着电力电子技术和微机控制技术的迅速发展和广泛应用，PROFIBUS总线是水位控制的发展方向，它正成为传统控制方式更新换代产品。
正因为如此，本课题选择这一技术领域进行研究。
1.1课题研究背景
随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展,信息交换沟通的领域迅速扩大,覆盖了从工厂的现场设备到控制、管理的各个层次,从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展,引起了自动化系统结构的变革,逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的信息系统。
现场总线（Field-bus）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
它的出现,标志着控制技术领域又一个新时代的开始,并将对该领域的发展产生重要的影响。
当前,现场总线及由此而产生的现场总线智能仪表和控制系统已成为全世界范围自动化技术发展的热点,这一涉及整个自动化仪表工业革命和产品全面换代的新技术在国际上已引起人们的广泛关注。
现场总线控制系统中的现场设备是智能化的,即现场设备能完全独立自主地完成对运行的监控、管理和保护,无需依赖中央控制室的计算机,彻底地实现了分散式控制。
现场智能化设备又具有数字通信功能,现场模拟信号在数字化处理后,可以用数字传送方式进行传输,只需一对信号传输线就可将多个现场设备与中央控制计算机相连,并传递多种信息（不同运行物理参数、不同现场设备运行状态、故障信息等）。
因此现场总线控制系统的结构十分简单,设备间连接导线少,节约了硬件设备和安装维护费用。
与其它现场总线系统相比，PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际应用验证具有普遍性。
目前已应用的领域包括加工制造．过程控制和自动化等。
PROFIBUS开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在10多万成功应用中得以实现。
市场调查确认，在德国和欧洲市场中PROFIBUS占开放性工业现场总线系统的市场超过40%。
PROFIBUS有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。
1.2主要研究内容
本课题研究总线型液位控制系统由水箱、液位传感器、调节阀及水泵、PLC构成水介质由水泵（变频器驱动）从入水口进入，经由管路进入水箱（调节阀可调整进水流量，一般维持一定的开度后，不再调节），水流入水箱后可通过管路（调节出水流量）回流至外部的储水箱，形成一个水循环系统；
其中，储水箱的液位通过液位传感器测量，用调节手阀的开启程度来模拟负载大小变化。
本例为恒值控制系统，要求水箱的水位保持在设定的水位，变频器的转速为操纵变量，压力变送器的输出值（水位高度）为被控变量。
系统采用PID控制，通过选取控制器参数的Kp、Ti、Td的值。
设计中采用以PLC为主体，用西门子的S7-300作为核心，在硬件基础上配合软件来实现对水位的远程控制。
1.3本论文的主要工作
本论文主要利用现场总线技术设计一种新型的水位控制系统。
具体包括：
1．了解当今几种流行的现场总线技术，通过学习、比较，选择一种适合用于水位控制系统的现场总线。
2．通过对用水系统水位控制原理的分析，确定改变哪些参量来控制水位。
3．通过对水位控制方案分析，选择控制系统的设备，对系统硬件设备进行连接，并用step7软件编制控制系统的程序，以实现水位控制目的。
本论文的创新点在于在系统中利用了现场总线技术。
使得整个系统变得简单、成本得到了降低、可靠性大大的提高。
第二章控制方案设计
2.1水位控制原理
利用液位高度与水箱底部的水压成正比，所以可以用一个压力传感器检测水箱底部压力，从而确定液位的高度，要控制水位的恒定用PID算法对水位进行调节，把压力传感器测到的水位型号传入到S7-300PLC中，在PLC中对设定值与检测值进行PID运算，运算结果输出去调节水泵电机的转速，从而进行调节进水量，水泵电机的转速是由变频器进行调速的。
图2-1水位控制系统流程图
2.1.1水泵工况调节原理
水泵在供水时，系统的工作点应该是泵组的流量一扬程特性曲线与用水系统的阻力特性曲线的交点处。
如果泵组的流量扬程特性曲线与用水系统的阻力特性曲线交点在高效区，则它的工作状况是最经济的。
由于受外界各种因素的影响，实际工况点常与设计工况不符。
调节水泵工况就是改变用水系统的工作点，也即改变泵组的流量一扬程特性曲线与用水系统的阻力特性曲线的交点，因此，改变泵的流量一扬程特性或管路的阻力特性是调节水泵流量的两条途径。
改变管路阻力特性最常用的方法是阀门调节。
该方法将一部分能量消耗于阀门的阻力上，改变了用水系统的阻力特性，使水泵效率下降，电耗增加。
虽然阀门调节是最简单的调节方法，但不经济。
仅采用调节阀调节时，当阀门开度减小时，水泵出口的压力升高，阀门两边的压差增大，不但会造成水泵的电能浪费，而且使该调节阀及水泵的振动和磨损加大，进而缩短调节阀的使用寿命，增加检修和材料的消耗。
因此我们采取使用变频器对给水泵转速调节和调节阀共同调节的方式。
改变水泵的流量一扬程特性曲线最常用的方法是改变水泵的转速，从而使泵的工况点稳
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