毕业设计（论文）说明书 313-1肖泽慧基于PLC的水塔水位控制系统设计机车车辆学院机电一体化毕业设计课 题：基于PLC的水箱液位控制系统设计 专 业：机电一体化 班 级： 学生姓名： 指导单位： 指导教师： 完成日期： 20XX年12月20日 摘 要本设计液位串级调节系统，采用西门子S7-200 PLC作为核心控制系统，外加EM235模拟量扩展模块，读取上液位，下液位和流量，转换成工程单位，使用PID控制下液位，PID输出作为上水箱液位设定，使用PID控制上水箱液位，PID输出控制调节阀，使下水箱液位温度分配了PLC的I/O接口、设计了PLC的外部接线图及控制梯形图，最后使用组态王进行了仿真演示和监控关键词: PLC，串级液位控制，组态王全套图纸加V信153893706或扣 3346389411AbstractThe design of liquid level cascade control system with Siemens S7-224 PLC as the core control system, plus EM235 analogue expansion module, reading of the liquid level, liquid level and flow into engineering units, the use of PID control of liquid level, set up as a water tank liquid level PID output, PID control on water level and output PID control valve, so that the water level temperature. Assigned the PLC I / O interface, design the PLC outside wiring diagram and PLC ladder diagram, finally use Kingview is demonstrated and monitoring。
Keywords: PLC, Cascade Level Control, Kingview目 录摘 要 2ABSTRACT 3目 录 41 前 言 5一、课题目的和意义 5二、国内外研究概况及发展趋势 52 设计要求 7一、 设计要求 7二、 系统组成 83 PLC硬件控制设计 9一、 PLC型号的选择和确定 9二、主电路设计 9三、 控制电路图 9四、PLC输入和输出分配表 10五、PLC接线图 114 PLC软件控制设计 12一、 PLC 内部地址分配 12二、程序流程图 12三、PLC梯形图 13四、PLC语句表程序 235 组态王画面制作 29一、组态王通信设定 29二、组态变量的建立 33三、建立画面 34四、运行 37结束语 41参考文献 42致 谢 43附录 44附录1 组态王命令语言 441 前 言一、课题目的和意义人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程， 通常要使用蓄液池蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求。
因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题因此液位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，能收到很好的生产效果水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现所以就选择了该题目的设计由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的PID控制必将得到更加广泛的应用二、国内外研究概况及发展趋势在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术PID控制，实际中也有PI和PD控制PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的 尽管现代控制理论有了相当完善的发展，但在实际的工业应用中，PID控制仍然是最常用的经典控制方法，有资料表明工业过程控制中95%以上仍然是PID控制，究其原因，这主要得益于它在某种程度上不依赖于被控对象的精确数学模型的特点 PID控制及其控制器或智能PID控制器 （仪表）在当今控制理论中首屈一指，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制 器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。
2 设计要求一、 设计要求 上下两个水箱的液位串级控制系统主要由上下两个水箱、管道、水泵、异步电动机、电机控制电器、水压力传感器、电动调节阀、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成其中电动机和水泵是动力系统；下水箱水位为主调节量，上水箱水位作为辅助调节器动力系统通过管道把水送到上水箱，上水箱通过底部的阀门把水漏到下水箱系统中由上位机设置下水箱液位给定值，下水箱压力传感器检测下水箱液位，采用PID算法得出上水箱液位给定值，实现下水箱液位的控制上水箱压力传感器检测上水箱液位，电动调节阀控制进水速度，采用PID算法得出电动调节阀开度控制值，从而控制上水箱的液位上水箱液位控制是内环（副调节器），下水箱液位控制是外环（主调节器）图2-1 系统原理图水箱液位串级控制是通过控制上水箱进水量来控制下水箱的液位所以把上水箱的液位作为中间值，下水箱液位控制作为最终的控制对象智能调节器的串级控制通过两个PID控制回路来实现把主回路的输出作为副回路外给定的设定值即可图2-2 液位串级控制原理方框图二、 系统组成启动按钮，停止按钮，急停开关，接PLC的数字量输出泵启动继电器，自动运行指示灯，故障指示灯接PLC的数字量输出。
上水箱液位传感器，下水箱液位传感器，流量传感器接模拟量扩展模块的模拟量输入通道AIW0，AIW2,AIW4调节阀控制接模拟量扩展模块的模拟量输出通道AQW0泵启动继电器启动按钮停止按钮急停开关运行指示灯故障指示灯PLC CPU224交流接触器电机泵 图2-3 系统控制框图3 PLC硬件控制设计一、 PLC型号的选择和确定 西门子S7-200 PLC是高性能小型PLC，PLC-224 AC/DC/RLY是直流电源供电，直流输入直流输出，含14点输入，10点输出经过分析，系统共使用了3个输入和3个输出，满足使用要求，若日后需增加功能可以随时增加扩展模块二、主电路设计3相交流380V接到L1，L2，L3供设备使用QF1是总电路电源断路器，可以通断整台设备电源FU1是总电路熔断器，起到过流保护作用M1是水泵电机，驱动泵动作QF2是水泵电机主回路断路器，起到通断水泵电机回路作用KM1是水泵电机启动接触器，启动停止水泵电机FR1是水泵电机过热保护继电器，起到过载保护避免水泵电机烧毁图3-1 主电路图三、 控制电路图220V交流电源经QF1总电源开关，FU1主电源熔断器，FU2控制电路熔断器，QF3控制电路断路器，接到直流电流A1输入，经A1变换，将220V交流电变成24V直流电供PLC电源及PLC输入和输出使用。
220V交流电源经QF1总电源开关，FU1主电源熔断器，FU2控制电路熔断器，QF3控制电路断路器，接到中间继电器KA1常开触点，接到接触器KM1线圈上，PLC通过控制KA1线圈得电与否，使其常开触点闭合或者断开，控制接触器KM1线圈得电与否，控制KM1常开触点闭合或者断开，从而控制水泵电机动作或者停止图3-2 控制电路图四、PLC输入和输出分配表PLC输入和输出分配表见表3-1,3-2,3-3,3-4所示表3-1 数字量输入点代码及地址编号描述内部地址外部地址启动I0.0SB1停止I0.1SB2急停I0.2SB3表2-2 数字量输出点代码及地址编号描述内部地址外部地址泵启动Q0.0KA1自动运行指示Q0.1HL1故障指示Q0.2HL2表2-3 模拟量输入点代码及地址编号描述内部地址外部地址上水箱AIW0LT1下水箱AIW2LT2流量AIW4QT1表2-4 模拟量输出点代码及地址编号描述内部地址外部地址调节阀输出AQW0五、PLC接线图 PLC 输入和输出接线图如图3-3所示图3-3 PLC 数字输入输出接线图4 PLC软件控制设计根据控制要求和系统分析，硬件电路，编写软件程序一、 PLC 内部地址分配 表4-1 内部使用地址描述内部地址备注启动HMIM0.0停止HMIM0.1急停HMIM0.2PID0_TableVB100PID 0 的回路表起始地址PID1_TableVB200PID 1 的回路表起始地址液位1读取VD0液位2读取VD4液位2设定VD12流量读取VD50PID0_PVVD100标准化的过程变量PID0_SPVD104标准化的过程给定值PID0_OutputVD108标准化的回路输出计算值PID0_GainVD112回路增益PID0_SampleTim。