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1、 摘 要 在众多生产领域中，经常需要对贮槽，贮罐，水池等容器中的液位进行监控，以往采用传统的继电器接触器控制，使用的硬件连接多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多的企业采用先进控制器对传统的控制器进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自动化程度，为企业提供了更可靠的生产保障。 本文介绍了基于FX2N型号的可编程控制器（PLC），组态软件的液面控制系统的设计方案，采用PID算法实现液面的自动控制。利用组态软件设计人机画面，通过串行口和可编程控制器通信实现控制系统的实时监控，现场数据的采集和处理，其结构简单，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强。关键词：PLC 液面控制 触摸
2、屏 变频 Abstract In many areas of production, often need to tank of the storage tanks, tank containers, liquid level of monitoring, the traditional relay-contactor, using the hardware connection, poor reliability, automation degree is not high, many enterprises to adopt advanced controller to improve t
3、he traditional, greatly improving the reliability and degree of automation control system, provides a more reliable guarantee for the production of enterprises.This paper introduces a programmable controller based on FX2N model (PLC), design of liquid level control system configuration software, usi
4、ng PID algorithm to realize automatic control of liquid level. Using configuration software to design man-machine interface, through the serial port and can realize real-time monitoring control system for communication programming controller, field data collection and processing, the structure is si
5、mple, the monitoring system is not only a high degree of automation, but also changes with the online function, flexibility.Key words: PLC level control touch screen frequency converter 目 录摘 要1Abstract2目 录3第一章 绪论51.1本课题设计背景51.2本课题设计内容61.3本课题设计的目的和意义6第二章 系统控制方案的确定82.1 采用PLC控制液体自动混合的优点82.2 系统设计的基本步骤82
6、.3 系统控制方案9第三章 系统硬件设计113.1可编程控制器（PLC）的选型113.1.1 PLC机型的选择与特点113.1.2 模拟量输入输出模块（FX0N-3A）133.2 水泵选型143.3 变频器选型153.4 触摸屏163.4.1 触摸屏的工作原理163.4.2 触摸屏的主要类型163.5 液位传感器173.5.1 液位传感器简介173.5.2 液位传感器的工作原理173.6 流量计183.6.1 电磁流量计简介183.6.2 电磁流量计的工作原理183.7 硬件接线图18第四章 PID控制器的设计214.1 PID控制算法及特点21第五章 系统软件设计235.1 程序设计编程基本
7、原则与注意问题235.1.1 程序设计（梯形图）编程基本原则235.1.2 程序设计注意问题235.2 程序设计235.3 变频器参数设定245.5元器件列表25第六章 PLC如何控制液面276.1 自动控制液面27总 结29致 谢31参 考 文 献32附录一 程序流程图33附录二 程序34附录三 系统结构图. 35附录四 PLC外部接线图. 35附录五 主电路图. 35第一章 绪论1.1本课题设计背景 20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单、容易掌握、价格便宜
8、，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差. 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：
9、（1）编程方便，可现场修改程序（2）维修方便，采用插件式结构（3）可靠性高于继电器控制装置（4）体积小于继电器控制盘（5）数据可直接送入管理计算机（6）成本可与继电器控制盘竞争（7）输入可以是交流150V以上（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等（9）扩展时原系统改变最小（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子
10、系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运
11、算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。1.2本课题设计内容设计一基于PLC的液体自动混合控制系统，要求该控制系统可以根据生产的需要对液体进行设定，当液体设定时自动启动水泵进行加液，当液位到达设定值时停泵，然后搅拌均匀后，将混合液流放出去，操作人员可以随时可改变设定值，并达到阈值报警的功能。1.3本课题设计的目的和意义 在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的
12、发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际 需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。 可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：1、系统自动工作；2、控制的单周期运行方式；3、由传感器送入设定的参数实现自动控制；4、启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。5、本系统采用PLC是基于以下两个原因：（1）P
13、LC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；（2）编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； 根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制。 （三）、本文的主要工作本文首先回顾多种液体自动混合装置的发展过程，说明了种液体自动混合装置的PLC控制的重要性和必然性 。然后，讲述了可编程程序控制器的应用，通过论述可编程程序控制器的优点对可控制编程器对多种液体混合装置的控制有一个总体的认识。综合多种液体自动混合装置的控制系统的要求，进行了外部电路的连线和PLC程序设计，从部件的选择，流程的分析，程序顺序控制的设计等方面，完成了本次的设计任务。最后，通过对程序液位控制系统的程序的调试，检测，再进行是对系统的更正，使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行。第二章 系统控制方案的确定2.
