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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流水塔水位PID控制系统设计.精品文档.水塔水位PID控制系统设计摘 要供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，有一个水箱需要维持一定的水位，该水塔里的水以变化的速度流出。这就需要有一个输入控制液体阀以不同的速度给水塔供水，以维持水位的变化，这样才能使水塔不断水。研究设计的基于PLC控制的水塔水位PID供水系统,以西门子公司的S7-200系列中PLC-CPU226为基础，结合模拟量模块EM235、液位传感器、输入控制液压阀、输出控制液压阀等，组成一个基于S7-200系列中PCL-CPU2
2、26的水塔水位控制系统，能完成逻辑控制、水位调节和数据采样等功能,实现对水塔的水位进行控制及检测。在设计中大量运用PLC中PID来实现水塔水位的控制，为了精确地实现对水位的控制 ，建立成闭环控制系统，实现了水塔中的进、出水的水位自动控制。关键词： 可编程控制器PLC，水塔水位，PID控制 WATER TOWERS PID CONTROL SYSTEM DESIGNABSTRACTWater supply is an important industry of the peoples livelihood. With the social development and peoples livi
3、ng standards, urban water supply to a higher demand, there is a need to maintain a certain water tank water level, the water towers in order to change the speed of the outflow. This requires a liquid input control valve to the different speeds of water towers in order to maintain the water level cha
4、nges, so that continuous water towers. In the system, only the use of proportion and integral control, the loop gain and time constant can be calculated through the preliminary engineering, but also the need for further adjustments to achieve optimal control. System startup, shut down the outlet for
5、 moving the liquid control valve control input, so that the water level reached 75% of full water level, and then open the outlet, while the liquid input control valve to switch from manual to automatic mode. This switch from a digital control input. The design of Siemens S7-200 series PLC-CPU226-ba
6、sed light simulation module E235, liquid level sensors, type of hydraulic control valves, hydraulic valves, such as output control, based on the formation of a S7-200 series PCL -CPU226 water level control system of the towers, the water level of the towers to monitor and control. Keywords: Programm
7、able Logic Controller PLC, Water Towers, PID Control目录前言1第1章 水塔水位自动控制系统的概述21.1 水位控制系统现状与发展21.2 水塔水位自动控制系统的组成21.3 水位控制系统效率及运行模式分析3第2章 PLC结构和工作原理42.1 PLC组成与基本结构42.1.1 PLC的系统结构42.1.2 PLC的基本工作原理52.2 PLC的主要应用62.3 S7-200 系列可编程控制器62.3.1 S7-200 PLC系统组成72.3.1 S7-200系列PLC元件功能72.4 PID控制器简介92.4.1 PID控制器的结构及原理92
8、.4.2 数字式PID控制102.4.3 数字式PID控制的实现12第3章 水塔水位控制系统方案设计143.1 系统的工作原理143.1.1 设计分析143.1.2 可行性试验153.1.3 可行性分析163.2 水位闭环控制系统163.2.1 PLC的选择173.2.2 供水的控制方法18第4章 PLC中PID控制器的实现204.1 PID算法204.2 PID应用214.3 PLC实现PID控制的方式214.4 PLC PID控制器的实现224.5 PID指令及回路表24第5章系统硬件开发设计265.1 可编程控制器的选型265.3 EM235模拟量模块285.3.1 EM235的安装使用
9、295.3.2 EM235的工作程序编制295.4 硬件连接图305.5 控制系统I/O地址分配30第6章 系统软件应用设计316.1 水位PID控制的逻辑设计316.2 梯形图编程356.3 控制程序386.4 联机39结 论40谢 辞41参考文献42附录43外文资料翻译46前言在工业生产中，电流、电压、温度、压力、液位、流量、和开关量等都是常用的主要被控参数。其中，水位控制越来越重要。在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一
10、。任何时候都能提供足够的水量、平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从地下市政水管补给。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。可编程控制器（PLC）是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前水位控制的方式被PLC控制取代。同时，又有PID控制技术的发展，因此，如何建立一个可靠安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制
11、水塔、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操作系统中，稳定、可靠是控制系统的基本要求。因此如何设计一个精度高、稳定性好的水位控制系统就显得日益重要。采用PLC和PID技术能很好的解决以上问题，使水位控制在要求的位置。本论文侧重介绍“水塔水位PID控制系统”的软件设计及相关内容，使水塔水塔维持一定的水位。通过对变频器内置PID模块参数的预置，利用远传液位传感器反馈量，构成闭环系统，根据用水量的变化，采取PID调节方式，在全流量范围内利用输入液体控制阀连续调
12、节和输出控制阀分级调节相结合，实现水塔供水且有效节能。水位PID控制系统集PLC控制技术、PID技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术、测试技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供水系统的稳定性和可靠性，同时系统具有良好的节能性，这在能源日益紧缺的今天尤为重要，所以研究设计该系统，对于提高企业效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的现实意义。 第1章 水塔水位自动控制系统的概述1.1 水位控制系统现状与发展节能是我国社会经济能否保持可持续发展的一个重大问题.水位控制广泛应用于工农业生产与民用生活，其用电量大，是节能研究的主要内容之一.对变频调速水位控制系统的实际运行情况研究发现，目
13、前国内在这方面普遍采用恒水位或恒压力变频调速PID控制技术，取得了一定的应用效果.但由于这类控制系统忽视了水泵-电机组效率，致使水泵-电机组经常处于低效区运行图1-1；另外，单目标的恒水位或恒压力控制不能保证电机经常处于节能运行状态以充分发挥变频调速的节能功效，造成了变频调速控制系统在实际运行中效率不高，节能效果未能充分体现,这也是变频调速控制技术多年来一直难以大规模采用的原委之一.水位控制类变频调速效率优化问题属于一类复杂的多变量、离散性强的非线性系统控制问题，要求控制 图1-1 水塔水位控制系统模型系统在满足用水要求的同时，又要实现系统效率最优，采用传统的控制策略很难获得简便、实用的解决方
14、法.本文结合水位控制类系统的特点，运用水位控制理论与最优控制方法，以系统效率最大及满足用水要求为目标，设计一种水位控制以改善这类系统的控制策略与运行方式，同时给出采用PLC控制程序实现的此水位控制。1.2 水塔水位自动控制系统的组成水位自动控制系统由PLC（核心控制部件）、高低位的水位检测电路、高低水位信号传送给PLC水泵电动机控制电路（PLC控制启停及主备切换）、设备监控台四部分组成。1.3 水位控制系统效率及运行模式分析水位控制系统的效率主要由水泵的效率、电动机的效率和管道损失决定，本文主要研究水泵-电机组的效率问题.由于水位控制系统的非线性、滞后性与时变性，采用传统的PID控制容易实现单
15、目标，即水位恒定或水泵-电机组高效运行，而无法两者兼顾.为此引入模糊控制，使系统能够最快地响应用户的用水要求并最大限度地工作在高效区，以期能充分发挥变频调速的节能功效，进一步提高系统的运行效率.在分析变频调速水位控制的节能问题时，以不同转速下提供相同容积图1-2 控制系统框图的水作比较得出图1-2：水泵消耗的轴功率与异步电动机转速的三次方成正比，由此可知，水泵-电机组的效率与电机的转速成反比；其次，结合水泵与电机的效率特性，为使系统经常高效运行，不失一般性，设：水泵-电机组的高效率区为异步电动机的转速n=0.61.0n N(n N为电动机的额定转速)；当电机转速n=0.8n N时，异步电动机的效率最佳.图1给出了水位控制系统控制模型图，H表示水位高度，依水位高度将水箱划分为A、B、C三区.A、C区分别为水位极高、极低区域，是高位、低位警戒区；B区为高效运行区，是系统经常运行的区域.系统总的控制模式为：当HA时，系统运行减机模式；当HB时，系统运行节能模式；当HC时，系统运行加机模式.系统效率Kn3dtn0.61.0n N系统节能模式是本文的研究重点，根据此图可设计一个
