基于s7200 的液位控制系统系统设计及上位机人机界面解析Word文档格式.docx
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60cm,存储介质:
水,管道直径:
16mm,
驱动泵型号:
16CQ-8P,输入流量0-30升/min。
2.学习研究液位控制系统的基本原理和应用。
3.应用二位式控制原理,设计上述闭环控制系统。
4.完成监控主机及相关数据采集硬件选型。
5.学习一种常用工控组态软件,设计由实时显示、报警和控制的监控软件组态。
6.完成相关资料检索和开题报告。
7.完成论文的写作和15000字符以上的英文资料翻译。
设计(论文)起止时间
年月日至年月日
设计(论文)地点
自动化教研室
指导教师签名
年月日
系(教研室)主任签名
年月日
学生签名
年月日
摘要
本次毕业设计的课题是基于PLCS7-200液位控制系统的设计。
随着科技的快速发展,无论在日常生活中,还是在工农业发展中,PLC具有广泛的应用。
PLC的一般特点:
抗干扰能力强,可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。
PLC总的发展趋势是:
高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。
本设计以一台S7-200系列的CPU224进行液位检测和电动阀门开度调节。
本设计液位控制系统采用PLC为控制核心,具备开启和全部停止功能,这是一种PLC控制的自动调节控制系统。
本文的主要研究内容:
控制系统方案的选择,系统硬件配置,二位式控制算法介绍,组态软件MCGS与硬件的连接和仿真的实现。
本设计用PLC编程实现对储罐液位的控制,具有接线简单、编程容易,易于修改、维护方便等优点。
关键字:
储罐;
液位控制;
仿真;
二位式控制;
组态软件;
PLC;
MCGS
Abstract
ThesubjectofgraduationdesignisbasedonPLCS7-200,liquidlevelcontrolsystemdesign.Withtechnologicaldevelopmentfastly,bothindailylife,ortheindustrialandagriculturaldevelopment,plchavewideapplication.PLCgeneralfeatures:
stronganti-jammingcapability,highreliability,programmingissimpleandconvenient,easyoperationandmaintenanceconvenience,design,construction,commissioningperiodisshort,easytorealizetheelectromechanicalintegration.PLCgeneraldevelopmenttrendis:
highfunction,highspeed,highlevelofintegration,largecapacity,smallvolume,lowcost,communicationnetworkingcapabilityisstrong.Thesubjecttakesaseriess7-200CPU224toleveldetectionandelectricvalveopeningregulation.ThisliquidlevelcontrolsystemadoptsPLCascontrolcore,withopenandfullstopfunctions,thisisakindofPLCautomaticadjustmentofthecontrolsystem.Themaincontentsofthispaper:
thechoiceofthecontrolsystemplan,systemhardwareconfiguration,Twopositioncontrolalgorithmintroduced,ConnecttheMCGSconfigurationsoftwareandhardwareandsimulation.PLCprogrammingwiththedesignofthetanklevelcontrolhavetheadvantageofsimplewiring,easyprogramming,easytomodify,easymaintenanceandsoon.
Keyword:
tank;
levelcontrolsimulation;
Twopositioncontrol;
configurationsoftware;
PLC;
1绪论
1.1课题的意义及目的
近几十年来,自动控制系统已被广泛使用,在其研究与发展上也已趋于完备,而控制的概念更是应用在许多生活周围的事物。
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,液位控制系统已是一般工业界所不可缺少,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。
假若我们能使用此系统来自动维持液位的高度,那么工作人员便可轻易的在操作室获知整个设备的储水状况,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,不仅能得到很好的效果,而且提升了工作效率。
在液位控制系统中采用PLC作为控制器,可以代替大量继电器实现逻辑控制,相对传统液位控制大幅降低了能耗。
而且可以在恶劣的工业环境中使用,加强了操作人员的安全系数,同时提高了工作效率。
而PID控制(比例、积分和微分控制)是目前采用最多的控制方法,在液位控制系统中,实现了液位模拟量的数字PID控制,从而使系统的稳定性和安全性大大提高。
不但大大减低工作人员的危险性,还降低了工作强度。
PLC控制系统中,主要是对一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、传感器和调节阀等一系列的知识。
作为单容水箱液位的控制系统,控制方式采用了二位式,控制核心为S7-200系列的CPU226以及PLC内部A/D、D/A转换模块,检测元件及执行器。
通过以上的器件设备、PID控制算法和PC编程软件等,实现对液位的自动控制。
因此,液位自动控制系统对降低能耗、节约成本、提高企业的经济效益,在现代工业液位控制中具有非常重要的意义。
1.2液位控制系统的原理概述及其发展
1.2.1人工控制与自动控制
下图为水箱液位控制系统示意图,在人工控制示意图中,为保持水箱液位恒定,操作人员应根据液位高度的变化情况控制净水量。
手工控制的过程主要分为三步:
用眼睛观察水箱液位的高低以获取测量值,并通过神经系统传到大脑;
大脑根据眼睛看到的水位高度,与设定值进行比较,得出偏差大小和方向,然后根据操作经验发出控制命令;
根据大脑发出的命令,用双手去改变给水阀(或进水阀)的开度,使水箱液位包持在工艺要求的高度上。
在整个手工控制过程中,操作人员的眼、脑、手、三个器官,分别担负了检测、判断、和运算、执行三个作用,来完成测量、求偏差、在施加控制操作以纠正偏差的工作过程,保持水箱液位的恒定。
如果采用检测仪表和自动控制装置来代替人工控制,就成为过程控制系统。
在自动控制示意图中,当系统受到扰动作用后,被控变量(液位)发生变化,通过检测变送仪表得到其测量值;
控制器接受液位测量变送器送来的信号,与设定值相比较得出偏差,按某种运算规律进行运算并输出控制信号;
控制阀接受控制器的控制信号,按其大小改变阀门的开度,调整给水量,以克服扰动的影响,使被控变量回到设定值,最终达到水箱液位的恒定。
这样就完成了所要求的控制任务。
这些自动控制装置和被控的工艺设备组成了一个没有人直接蔡玉的自动控制系统。
1.2.2水箱液位控制系统的原理框图
本论文对水箱液位控制系统的设计是一个简单控制系统,所谓简单液位控制系统通常是指由一个被控对象、一个检测变送单元(检测元件及变送器)、以个控制器和一个执行器(控制阀)所组成的单闭环负反馈控制系统,也称为单回路控制系统。
简单控制系统有着共同的特征,它们均有四个基本环节组成,即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。
对于不同对象的简单控制系统,尽管其具体装置与变量不相同,但都可以用相同的方框图表示:
图1-3
扰动
由这个简单控制系统通用的框图设计出水箱液位控制系统的原理框图如下:
图1-4
这是单回路水箱液位控制系统,单回路调节系统一般指在一个调节对上用一个调节器来保持一个参数的恒定,而调节器只接受一个测量信号,其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度,即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图,这是一个闭环反馈单回路液位控制,采用工业智能仪表控制。
1.3国内外发展现状
近年来,有关液位控制的形式及方法越来越多,技术性能也越发先进,自动化程度也有较大地提高。
但就以各类型水罐、水池的液位控制来说,许多项目没有达到自动化的程度,有的在设计上虽然设置有较为精密仪表和其它电气设备,但是没有达到充分的开发和合理的配置,自动化程序较低,有许多电气及仪表装置,在系统中只起到了液位显示及报警功能,其液位控制全凭生产运行人员根据系统工艺流程,人为地手动或电动操作水罐或水池的进出口阀门来实现液位控制,使其液位保持在正常的生产状态范围内。
由于受各工艺流程生产系统中的影响,液位的变化和稳定性也受到较大影响,为此生产运行人员在工作中要时时监测液位的变化,而不得有半点疏忽,这样就较大地增加了生产运行人员的劳动强度。
我国近代液位测量技术发展比较晚,早起所需的流量仪表均从国外进口。
中国液位仪表制造业从上世纪30年代中期以仪表修配开始,到解放前后在上海、天津等沿海地区形成了现代流量仪表的民族工业。
到改革开放前,经历了仿制、统一设计、自行研究开发过程,目前已近初具规模,基本上能满足中等水平仪表的需要。
改革开放以来又经历了技术引进,与国际先进技术企业合资、合作,仪表性能和水平有了很大提高。
近年国际主流企业纷纷在中国建立生产基地,既增强了研发能力也增添了竞争因素,现在我国液位计产品已很全面,基本覆盖所有行业,满足各行业产生需要,技术革新较快,但在产品生产工艺上仍然有很大提高的空间。
为了适应各种用途,各种类型的液位计相继问世,投入使用的类型有上百种。
根据其测量方法和结构原理大致分为浮力式液位计、静压式液位计、电容式液位计、超声波液位计等。
20世纪随着各领域对液位测量需求的牵引,使得流量计得到快速发展,尤其是微电子技术的迅速发展,为也为测量的制造技术提供各种新型的元器件,进一步推动了液位计从机械式向智能化、模块化发展。
新技术、新器件、新材料和新工艺及新软件的开发应用,使得液位计的测量准确度越来越高,液位的测量范围越来越广。
同时液位计对测量介质的要求在降低,适用范围也越来越宽,智能化程度及可靠性得到了很大的提高。
九十年代,计算机已渗透到工业、农业、国防、科研等部门及民
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