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1、课程设计说明书课程设计说明书课程名称 ： 可编程控制器应用 题 目 ： 水箱液位和注水流量 串级控制 PLC 系统设计 目目 录录CONTENTS一、设计目的及任务一、设计目的及任务1二、课程设计正文二、课程设计正文22.1 关于工业控制22.2 西门子 PLC 简介22.3 PLC 工作原理32.4 技术要求32.5 实验原理42.6 试验设备 4（1）RTGK-2 型实验控制台4（2）液位传感器 5（3）流量计（涡轮流量计、电磁流量计） 61）涡轮流量计72) 电磁流量计6（4） 电动调节阀 6 6三实验程序三实验程序7四组态软件界面四组态软件界面12五程序调试五程序调试13六六. 课程设
2、计总结课程设计总结. 14七七.参考文献参考文献. 15一、设计目的及任务一、设计目的及任务1.1 进一步熟悉掌握 PLC 控制过程和控制原理，了解水箱液位控制系统的物理结构，闭环调节系统的数学结构和 PID 控制算法。1.2 逐一明确各路检测信号到 PLC 的输入通道，包括传感器的原理，连接方法，信号种类，信号调理电路，引入 PLC 的引线以及 PLC 的编址。1.3 明确从 PLC 到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC 输出信号的种类和地址。1.4 通过程序的编程，结合实验室现有的设备进行调试，能够演示过程。在完成可编程控制器为下位机的相关控制程序
3、的基础上， ，用组态软件编程实现上位机的控制及其相关监控界面。二、课程设计正文二、课程设计正文2.1、控制在 PLC 出现以前，工业控制中大部分用继电器进行控制，但是随着社会生产的发展以及对控制过程要求的提高，以前的控制方式和过程越来越不能满足要求，研制一种新的方法和设备成了迫切的需要。在这种情况下，德国西门子公司率先研究出了 PLC,它具有功能强大，灵活通用，编程简单，便于维护等优点，很快得到的广泛的应用。 2.2、西门子 PLC 简介可编程程序控制器（Programmable Controller）通常也称为可编程控制器。它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种
4、通用的工业自动控制装置；具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，本系统采用在工业领域有着广泛应用的西门子 S7200 系列 PLC 作为主控制器，完成一套过程控制实验系统，涵盖了可编程控制器 、 信号和信息处理 、 传感技术 、 工程检测 、 模式识别 、控制理论 、 自动化技术 、 智能控制 、 过程控制 、 自动化仪表 、 计算机应用和控制 、 计算机控制系统等课程的教学实验与研究S7-200 系列小型 PLC 可以应用于各种自动化系统。如图 1-1 所示，S7200PLC 由主机、输入/输出接口、电源、模块扩展接口和外部设备接口、计算机编程软件等几个主要部分组成。2.
5、3、PLC 工作原理PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC 扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输
6、入端口，进入程序执行阶段。PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.4、技术要求水箱液位和注水流量串级控制系统主要有水箱、管道、水泵、异步电动机、电机控制器、水压力传感器、涡轮流量计、电动调节阀、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成。电动机和水泵为动力系统。系统由电位器设置液位给定值，水压力传感器检测液位
7、， ，采用 PID 算法得出流量给定值。涡轮流量计检测流量，电动调节阀控制流量，采用 PID 算法得出开度控制值，实现流量的控制。系统电源有接触器和按钮控制。系统电源接通后 PLC 进行必要的自检和初始化。控制器收到系统启动信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作，开始两个闭环系统的调节控制。2.5、实验原理因为流量变化瞬速，做为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。控制框图如下图所示：2.6、试验设备（1）RTGK-2 型实验控制台（2） 、液位传感器工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输出 V/A 电压、
8、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的 420mA 标准电流输出信号。接线如下图所示：接线说明：传感器为二线制接法，它的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源 24V+接中继箱内正端（+） ，中继箱内负端（）接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接 24V-。传感器输出 420mA 电流信号，通过负载电阻 250/50 转换成电压信号。当负载电阻接 250 时信号电压为 15V，当负载电阻切换成 50 时信号电压为 0.21V。零点和量程调整：零点和量程调整电位器位于中继箱内的另一侧。校正时打开中继箱盖，即可进行调整，左边的（Z）为调零电位器，右边的（R）为
9、调增益电位器。（3） 、流量计（涡轮流量计、电磁流量计）1） 、涡轮流量计： 输出信号：频率，测量范围：00.6m3/h 接线如图所示：接线说明：传感器的供电电源由 24VDC 开关电源提供，负载为流量积算变送仪。2)、电磁流量计： 输出信号：420mA，测量范围：00.4 m3/h接线说明：转换器为交流 220V 供电，X、Y 和 A、B、C 为传感器和转换器之间的连线，输出信号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端。（4） 、电动调节阀QSVP20-15N 智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：010mA/420mADC/05VDC/15VDC输入阻抗
10、：250/500输出信号：420mADC输出最大负载：500信号断电时的阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0100%间的任意值电源：220V10%/50Hz 三实验程序三实验程序主程序：子程序 1:子程序 2：中断程序 1：中断程序 2：四组态软件界面四组态软件界面五程序调试五程序调试1、设备的连接和检查（1）打开以抽水泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱阀 1、阀 4、阀 7阀 21，阀 23。（2）检查电源开关是否关闭。2、系统连线（1）将 I/O 信号接口面板上的中水箱液位、的钮子开关打到 ON 位置。用实验接线将中水箱的液位实际测量输出与 PLC 的输入 AIW4、AIW
11、2 连接。（2）将电位器的输出与 PLC 的输入 AIW0 连接。（3）将 PLC 的输出 AQW0 与电动调节阀的输入连接。3、系统运行（1）打开实验台电源，打开 PLC 电源，启动软件 V4.0 STEP 7 MicroWIN 并与 PLC 连接。连接成功后，把程序下载到 PLC 中。（2）开启电动调节阀电源与抽水泵电源，向中水箱放进一定量的水。（3）开始运行力控 5.0，与 PLC 连接。（4）运行 PLC 程序，观察各个 PLC 监控系统的运行数据与监控组态界面中水箱液位的变化。（5）调节电位器的输出值，观察电动调节阀的开度变化。4、组态设置：在组态界面中设置 2 个 I/O 接口驱动
12、，建立 PV1（上水箱液位） 、数据库变量并与 PLC 连接。六六. 课程设计总结课程设计总结通过为期两周的课程设计，我更加深刻的了解了 PLC 的应用，对课堂上所讲的只是有了更深刻的了解，能够把课堂上所学的各部分知识组合成一个有机的整体，在应用的过程中构建了一个较完整的知识结构体系。并且深刻体会到：所学到的知识必须在具体的实践中才能够真正体会。这次课程设计不仅是对自己知识上的一次提高，同时也锻炼增强了自己的团队意识和组织能力。在这次课程设计中，不但要求有较好的组织协调能力，还要对任务有更清楚的认识，并且还要使组员各尽其能充分调动大家的积极性。七七.参考文献参考文献1可编译程序器选择设计与维护
13、 殷洪义 主编 机械工业出版社2西门子 S7-200 PLC 入门 严盈富编著 人民邮电出版社3可编译程序控制器原理及应用实例 张进秋 陈永利 张中民 编著 机械工业出版社4可编程序控制器应用技术 （第四版）廖常初编著 重庆大学出版社 课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿
14、膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅
