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1、基于PLC的水位PID控制系统设计摘 要可编程控制器是近年来发展迅速，应用广泛的工业控制装置，是一种专为工业应用而设计的数字电子控制系统。它采用了灵活、方便，快捷的可编程序控制形式和结构，通过数字量或模拟量的输入与输出过程中的信号转换，完成控制中的各类生产和生活过程。基于PLC的PID水位控制系统已经广泛应用于人们的日常生产生活中，它成功的解决水箱对恒定水位的要求。在工业和生活供水方面有它独特的应用，具有成本低，精度高，稳定性好，易于操作和管理，劳动强度低等优点。基于PLC的PID水位控制系统采用西门子S7-200系列中PLC-CPU226为基础，结合模拟量模块E231、液位传感器、输入控制液
2、压阀、输出控制液压阀等，组成一个基于S7-200系列中PCL-CPU226的水箱水位控制系统，对水箱的水位进行监测与控制。设计主要包括两个部分：硬件部分和软件部分。硬件部分：CPU 模拟量块 液位传感器 输入控制液压阀 输出控制液压阀等软件部分：PID逻辑控制 梯形图 控制程序关键词：PLC，PID，水箱水位，自动控制 PLC-BASED PID CONTRAI YSTEM FOR THE WATER LEVELABSTRACTProgrammable logic controller is developed rapidly in recent years, the application
3、of a wide range of industrial control devices, is a specially designed for industrial applications of the digital electronic control system. It uses a flexible, convenient and efficient process control can be made available for the form and structure, through digital or analog input and output signa
4、l conversion process to complete the control process of various types of production and life. PLC based on water level control system PID of already widely used in the production of peoples day-to-day life, its success to solve the constant level water tank requirements. Water supply in the industri
5、al and life has its unique application of low cost and high precision, good stability, ease of operation and management, and low labor intensity. PLC-based control system the PID level S7-200 series PLC-CPU226-based light simulation module E235, liquid level sensors, type of hydraulic control valves
6、, hydraulic valves, such as output control, based on the formation of a S7-200 series PCL-CPU226 tank water level control system, the water level of the water tank monitoring and control. Design mainly includes two parts: hardware and software parts. Hardware components: CPU block level analog senso
7、r input to control the output of hydraulic control valves such as hydraulic valves Software: PID control ladder logic control program KEY WORDS: PLC，PID，level water tank，controlII目录前言1第1章 PLC概述21.1 PLC的产生21.2可编程控制器的发展21.3 PLC的特点31.4 PLC的基本构成31.5 PLC的各组成部分41.6 PLC的工作原理51.7 PLC的主要应用6第2章 系统硬件设计72.1系统要求
8、72.2系统设计思路82.3可编程控制器的选择82.4 CPU226型PLC的特点102.5 EM235模拟量模块112.6液位传感器122.7流量控制阀122.8 PLC输入和输出分配表132.9接线图142.10手动供水电路图152.11报警系统16第3章 PID控制173.1 PID控制介绍173.2 PLC实现PID控制的方式203.3 PLC PID控制算法203.4 PID指令及回路表223.5模拟量信号转换23第4章 软件设计244.1软件系统概况244.2水位PID控制的逻辑设计244.3梯形图编程274.4联机和运行30结论32谢 辞33参考文献34前言可编程控制器（Prog
9、rammable logic controller，PLC）是近年来发展迅速，应用广泛的控制装置，是一种为工业和生活应用而设计的数字电子控制系统。它采用了灵活、方便的可编程序控制形式，通过数字量或模拟量的输入与输出过程中的信号转换，完成控制中的各类生产过程。当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，其应用已从单机自动化推广到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化。从柔性制造系统，工业机器人到大型分散控制系统，PLC均承担着重要的角色。目前，PLC几乎在工业生产的所有领域都得到广泛的运用，因此了解并熟悉掌握PLC的基本原理及PLC控制系统的设计方法，已成为工业自动化工程技术人员的重
10、要要求。PLC是以微处理器为核心，将计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体的一种新的高可靠性的工业自动化控制装置。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，已经广泛应用在各行各业的生产过程和自动控制中，它正在迅速地改变着工厂自动控制的面貌和进程，将成为当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。因此专家认为，可编程控制器技术、计算机辅助设计/计算机辅助生产（CAD/CAM）以及机器人技术，将成为工业生产自动化的三大支柱。PLC不但在工业中有重要用途，它也在生活中应用的越来越多。随着人类的进步社会的发展，我们的要求也在随之提高。以往传统的方法已经不能够满
11、足我们的要求，尤其是在控制方面。以水箱水位控制为例来说明：传统方法是人为频繁的进行观察以此为依据进行补充水，这种方法费时费力效果也差。这就需要一种简便高效的方法来改变这种状况，来解决这个问题。基于PLC的PID水位控制就为前面提出的问题提供了一个很好的解决方案。PLC中的PID模块与传感器和流量控制阀一起配合使用可以随时的监控水箱里水位的高度，然后把数据输入PLC，经PLC分析后，做出反应，使输入阀门做出相应的动作，使水位保持恒定。 第1章 PLC概述1.1 PLC的产生1968年，美国通用汽车公司（GM公司）为了适应生产工艺的不断更新需求，把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，并提出10
12、条招标指示：1编程方便，现场可修改程序；2维修方便，采用模块化结构；3可靠性高于继电器控制装置；4体积小于继电器控制装置；5数据可直接送入管理计算机；6成本可与继电器控制装置竞争；7输入可以为交流115V；8输出可以是交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9在扩展时，原系统只需少量的变更；10用户程序存储器容量至少能扩展到4KB；这就是著名的GM10条，它是PLC出现的直接原因。可编程序控制器(Programmable Controller)是美国数字设备公司（DEC）在1969研制成功的。1.2可编程控制器的发展 PLC的发展与微电子技术和计算机技术密切相关，随着可编程控制器的
13、应用领域不断扩大，它本身也在不断发展。1 小型化方向发展目前的小型PLC大都局限在开关量输入输出，而且CPU和I/O部件组装在一个箱体内，今后小型PLC也将增加模拟量处理功能，而且将有灵活的组态特性，并能与其他机型连用。既要简单经济，又要不断增强功能和使用方便性是小型PLC的发展方向。2 大型化方向发展主要有以下几个方面：1、能不断加强。2、应用范围不断扩大。3、性能不断提高。4、编程软件的多样化和高级化。5、构成形式的分散化与集散化。1.3 PLC的特点PLC与现有的各种控制方式相比，具有如下优点：1. 可靠性高2. 控制程序可变，具有很好的柔性3编程方法简单易学4功能强，性能价格比高5.
14、体积小，重量轻，能耗低1.4 PLC的基本构成PLC主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图1-1所示。PLC控制系统有输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算，处理后送到输出端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构由控制部分、输入和输出部分组成。图1-1 PLC硬件图1.5 PLC的各组成部分1、中央处理器CPU
15、是PLC的核心部件，它类似人的大脑，能指挥PLC按时预先编好的系统程序完成各种任务。2、存储器存储器可以分为以下3种。（1）系统程序存储器。系统程序是厂家根据其选用的CPU的指令系统编写的，它决定了PLC的功能。系统程序存储器是只读存储器，用户不能更改其内容。（2）用户程序存储器。根据控制要求而编制的应用程序称为用户程序。（3）工作数据存储器。用来存储工作数据的区域叫工作数据区。工作数据是经常变化经常存取的，所以这种存储器必须可读写。3、输入/输出单元输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备相互联系的窗口。输入单元接收现场设备向PLC提供的信号，输出单元将经过CPU处理的微弱电信号通过光电隔离，功率放大等处理转换成外部设备所需要的强电信号，以驱动各种执行元件。4、电源部分PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。开关电源的输入电压范围宽，体积小，重量轻，效率高，抗干扰性能好。有的PLC能向外部提供24V的直流电源，可给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。编程器编程器
