PLC课程设计.docx

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PLC课程设计

《电气控制与PLC应用技术》

课程设计说明书

设计题目液位自动控制系统设计与调试

院系电子电气工程学院

班级12级电气

（一）班

设计人侯东伟赵大虎

呈交人侯东伟学号2012481015

设计地点实验楼517实验室

指导教师高明远职称副教授

起迄日期14年6月3日——14年6月13日

目录

封面--------------------------1

目录--------------------------2

引言--------------------------3

一、总体设计方案--------------4

基本任务----------------------4

基本要求----------------------4

主要性能指标------------------4

扩展功能----------------------4

控制方法选择------------------4

系统组成----------------------5

2、控制系统设计--------------5

控制程序流程图-----------------5

控制程序设计思路---------------6

系统变量定义及分配表-----------6

系统接线图设计-----------------6

3、系统调试及结果分析--------7

系统调试-----------------------7

结果分析-----------------------8

结束语---------------------8

参考文献-------------------8

附录：

源程序图-----------------9

引言

在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题,例如居民生活用水的供应,饮料、食品加工,溶液过滤,化工生产等多种行业的生产加工过程,通常需要使用蓄液池,蓄液池中的液位需要维持合适的高度,既不能太满溢出造成浪费,也不能过少而无法满足需求。

由于液体本身的属性及控制机构的摩擦、噪声等的影响，控制对具有一定的纯滞后和容量滞后的特点，液位上升的过程缓慢，呈非线性。

因此液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关键，因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑控制。

PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

本文主要是对一单容水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PLC控制、PID算法、传感器和手动调试电机等一系列的知识。

作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，控制核心为S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感器为扩散硅式压力传感器。

选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。

总体设计方案

基本任务

对单容水箱液位/压力控制系统。

这是一个单回路反馈控制系统,控制的任务是使水箱的液位/压力等于给定值,减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。

用液位/压力参数为被控对象。

交流电动机带动齿轮泵通过阀1向上水箱供水,调节阀2使之同时向外排水,令入水的速度大于出水的速度,达到被控参数（液位/压力）的动态调整。

基本要求

对单容水箱，用西门子S7-200为控制核心，辅助以单片机系统配套的A/D、D/A转换单元及电路,通过执行数字PID程序实现参数的自动调整（设定值在单片机键盘上完成）,使水箱的实际液位/压力值与设定值接近,最终稳定于设定值。

组成单闭环水位调节系统，,要求水位可以在一定范围内由人工设定，且各种测量、控制参数可在人机界面上显示、设定。

主要性能指标

　　水位范围　　0-18.0cm　　

　　　　　水位设定值　10.0cm　　

　　　　　水位误差　　±1cm　　

　　　　　水位低限　　5cm超限报警

　　　　　水位高限　　14cm超限报警

扩展功能

　　通讯端口采用的是RS-485总线，允许将S7-200CPU同编程器或其它一些设备连接起来。

　　通过扩展模块可增加CPU的I/O点数，也可提供其它通讯功能。

人机界面——触摸屏

控制方法选择

　　单容水箱液位控制系统可归属于一阶惯性环节，一般来说，对一阶惯性环节的过渡过程控制。

PID控制适用与负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又较高的控制系统。

另外，PID算法有两种常见的实现形式：

位置型PID算法和增量型PID算法，结合本系统设计任务与要求，以及以上对几种控制方法的分析来看，增量式PID控制方法最适合本系统采用。

系统组成

　　以现代控制理论和PLC为基础，采用数字控制、显示、A/D与D/A转换，配合执行器与控制阀构成的PLC控制系统，在过程控制中得到越来越广泛的应用。

　　应以PLC为核心组成一个专用PLC应用系统，以满足检测、控制应用类型的功能要求。

控制系统设计

控制程序流程图

控制程序设计思路

PID回路参数表

地址

参数

数值

VB100

过程变量当前值PVn

压力传感器提供的模拟量经A-D转换后的标准化值

VB104

给定值SPn

0.5

VB108

输出值Mn

PID回路的输出值

VB112

增益Kc

0.4

VB116

采样时间Ts

0.1

VB120

积分时间Ti

10000min

VB124

微分时间Td

0（关闭微分作用）

系统变量定义及分配表

输入（I）

输出（Q）

元件

功能

信号地址

元件

功能

信号地址

SB1

启动系统

I0.0

KM1

手动控制继电器

Q0.0

SB2

自动运行控制

I0.1

蜂鸣器和红色LED灯

上限水位报警

Q0.1

SB3

手动调试水泵

I0.2

蜂鸣器和红色LED灯

下限水位报警

Q0.2

SB4

停止运行控制

I0.3

系统接线图设计

PLCI/O接线示意图

EM235接线图

系统调试及结果分析

系统调试

调试水位高度对应的N值：

水位高度

N值

下限水位

5cm

13800

底限报警

给定水位

10cm

12200

上限水位

14cm

10850

高限报警

结果分析

通过对程序的调试及分析得出了以下下结果：

当水位低于下限5CM时报警器会发出底限报警，报警器提示报警同时报警灯会亮;高出下水位但低于上限水位时报警器关断。

当水位高于上限水位时报警器也会发生报警。

水位只有在5～14CM报警器才会不工作。

同时由于PID调节，随着水位的升高水泵的转速会下降，供水量会逐渐下降。

结束语

再回顾此次PLC课程设计，在这几天里，不仅可以巩固了以前所学过的PLC知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识，并将理论转化为实践，将知识真正的掌握。

在这次课程设计中，不光巩固了PLC的学习，还解决了关于课程设计中遇到的问题。

本论文研究的是单容水箱恒压液位系统，此系统以模块EM235与PLC为核心进行设计。

PLC控制电机进行PID调节，同时EM235输出电压值控制水泵的转速。

按实际情况设定压力给定值，根据压力传感器的反馈信号与设定值的压差调整水泵的工作情况，实现恒压供水。

该系统可靠性高、效率高、节能效果好以及动态响应速度快，更好的实现恒压供水。

经过本次课程设计，我复习了与PLC相关的知识，将所学的知识运用到了实际的设计中，这令我更直观地了解PLC的用途，以及PID调节的作用，也提高了我们动手动脑的能力。

在遇到不会的问题的时候通过小组同学的相互讨论和老师的帮助也使之迎刃而解。

感谢老师与同学们的帮助，使我通过做本次课程设计能有所提高。

参考文献

1.周忠彭小平主编《电气控制与PLC应用技术》【M】.机械工业出版社,2013.

2.孔繁才编著《自动控制原理与系统》【M】.机械工业出版社,2013.

3.THBDY-1型单容水箱液位对象系统实验指导书.浙江天煌科技实业有限公司

附录：

源程序图

主程序

子程序

中断程序