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1、西南科技大学自动化专业方向设计报告设计名称：太阳能浴室水温水位控制系统设计 姓 名： 张 刚 学 号: 20096348 班 级： 自动化0903 指导教师： 王顺利 起止日期： 2012.10.15-2012.11.14 西南科技大学信息工程学院制23方 向 设 计 任 务 书学生班级： 自动化0903 学生姓名： 张刚 学号： 20096348 设计名称： 太阳能浴室水温水位控制系统设计 起止日期： 2012.10.15-2012.11.14 指导教师： 王顺利 设计要求： 如太阳能浴室结构示意图所示，针对太阳能水箱内的温度恒温控制目标，基于PLC控制设计PID算法实现对出水口的水温的恒温
2、调节及储水箱的水位调节。1、 水温控制系统的设计与仿真1） 设计水温控制系统的整体结构及通过网上查询资料进行器件选型；2） 设计PID算法实现对水温的控制，调节PID控制器的参数，并给出整定后系统的阶跃响应特性曲线和扰动的响应曲线；3） 针对设计的PID调节系统综合设计出原理图，要求具有较好的超调和响应时间和水位过高或过低的报警与控制。2、 实验调节与参数改进根据调试结果改进PID算法和参数，实现对水温水位的设定参数指标的调节，对温度的控制要求具有较好的响应时间，人体可以接受的温度超调量。3、 课程设计论文应完成的工作摘要，要求100字内的中英文摘要。关键词（35个），中英文关键词。前言、 方
3、案论证及方案选择、基于PID的水温水位控制系统的设计、调试及结论、致谢、参考文献。方 向 设 计 学 生 日 志时间设计内容2012.10.82012.10.14通过网路和书籍查找相关资料2012.10.152012.10.21针对设计课题做出整体硬件结构框图2012.10.222012.10.28针对设计课题做出整体软件结构框图2012.10.292012.11.4根据框图，利用S7200编程软件编写程序2012.11.52012.11.11在实验室S7200仿真平台上调试程序2012.11.122012.11.14继续调试，并撰写设计报告太阳能浴室水温水位控制系统设计摘要：本课题研究了可编
4、程控制器（PLC）在太阳能热水器水温水位制系统中的应用。重点研究了基于PLC控制设计PID算法实现对出水口的水温的恒温调节，以及储水箱的水位调节。指出了 PLC 设计的关键主要是能满足基本控制功能, 并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。在本文中经研究确定出了系统的各个工序，绘制了系统的工艺流程图；进行了系统的I/O分配和PLC的选型；根据系统设计要求设计绘制了系统的控制梯形图；绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。通过用PID对太阳能热水器水温水位控制系统的改造，大大增强了系统的响应速度和稳定性，也使系统结构简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。关键词：水温 水位 PID P
5、LCABSTRACT This study is a programmable logic controller (PLC) in the solar water heater temperature and water level in the system of systems.PLC-based control design PID algorithm to adjust the outlet water temperature thermostatically controlled, and the water level of the water tank. PLC design,
6、the key is to meet the basic control functions, and to consider the ease of maintenance, and system scalability. The study identified in this article the various processes of the system to draw a process flow diagram of the system; system I / O assignment and PLC selection; system design requirement
7、s designed to draw the control of the system ladder; draw out the control system electrical schematics and wiring diagrams.Through the transformation of the solar water heater temperature and water level control system with PID, greatly enhance the response speed and stability of the system, the sys
8、tem structure is simple, quick and easy repair and maintenance, improve reliability, and enhance the advanced nature of the system.Key words：Water temperature Water level PID PLC 一、设计目的和意义用太阳能解决我国家庭热水是最有希望的、最有效可行的途径。太阳能光热应用市场前景广阔，除家庭用热水外，还可用于工业热水、采暖、空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等领域。从发展角度看，城市家庭生活热水的供给不应由业主考虑，
9、而应与建筑设计开发同时进行。在此基础上设计出了全玻璃真空管式热水器的自动控制系统。在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性。可编程控制器由于可提供使用的时间继电器和中间继电器相当多，而且其常开常闭触点可多次重复使用，使得我们在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点。目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有
10、发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度最高 、应用最普遍的技术 。但是在热水器自动控制系统中大多采用单片机控制 ，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜。选用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统的不足，设计开发新型太阳能水温水位控制系统基于PLC的太阳能热水器水温水位自动控制系统。二、控制要求图1 阳能浴室的结构示意图根据太阳能浴室的结构示意图图1，具体控制要求如下：2.1、水温部分：当温度探测器PT100从太阳能热水箱中才寄出温度后，进过变送器，进行标准化和线性化，最后输出纹4-2
11、0mA的标准电流信号，再经由以250的电阻，将之转换成1-5V的标准电压输出，以此与PLC里面的设定温度进行PID运算控制加热晶闸管的通断。2.2、水位部分：当水位到达探测点1时，表示太阳能热水器里面的水量过少，发出声光报警，提醒用户加水，声音报警需要手动关闭；当水位到达探测点2时，表示水量已经较少，需要加水，因此控制上水电磁阀合上；当水位到达探测点3时，表示水量应经达到正常的水量，因此断开上水电磁阀；当水位到达探测点4时，表示水量过高，超过正常值，因此发出圣光报警，并且声音报警只能手动关闭。三、设计方案论证本设计是以西门子S7200PLC为主控制器，来实现太阳能水箱水温水位的自动控制。设计的
12、目的是在设计过程中能够了解S7200PLC是如何被运用于工农业生产过程的。通过在实验台上动手操作和观察，实时观察水箱内的水温水位控制的运行情况，得到完整的实时曲线。本设计中使用的主要硬件如图2所示。 计算机PLCS7-200AE2000B型过程控制装置图2 系统硬件图按照设计的具体要求，所有需要设计的环节，都需要逐一进行分析。因此我把水箱温度控制系统分成两大部分来分别设计软硬件。系统硬件框图结构如图3所示:图3 基于PLC的太阳能水温控制系统方框图设计中的被控对象是水箱内的温度，利用Pt100铂热电阻传感器来检测被控对象（即太阳能水箱的温度），经过温度变送器给S7-200PLC的EM235模块
13、送入测量到的水箱温度转换的15V的电压信号。然后把比较测量值和设定值所得到的差值经过PID运算后就可以得到的控制信号来控制加热器的电压，这样就能控制水箱内的温度了。系统的整体结构框图如图4，系统程序框图如图5。 图4 系统结构框图 启动晶闸管探测点1探测点4水位探测变送器设定值温度传感器PLC内部PID模块高水位报警关闭上水开始上水低水位报警探测点2探测点3关闭上水图5 系统程序框图四、系统设计4.1、系统的硬件设计4.1.1 、S7-200PLC选型可编程控制器(Programmable logic Controller)，简称PLC或PC，是指可以通过编程或软件配置改变控制对策的控制器，它
14、是一种工业控制计算机。在可编程序控制器出现以前，继电器在工业生产中的控制占了主要地位。但是如果在生产过程中工艺要求出现了改变，那么身为佼佼者的继电器控制系统会因为体积大、耗电多、寿命短等缺点导致其适应性、可靠性都不高，因此当发生这种情况时，整个系统就必须重新设计。 随着现代社会生产的发展和技术进步，出现了现在在工业生产自动化中占领重要地位的一种新的工控系统。这种系统是以继电气控制系统为基础的，具有很高的可靠性，它随着当代生产自动化要求的提高和电子技术的发展融合了微型计算机技术、自动控制技术和通信技术并且能够很好的应用于工农业生产中。1968年，美国汽车制造行业的巨头通用汽车公司(GM公司)打算设计一款结合了计算机的多功能、通用性好等优点以及继电气控制系统物美价廉、轻松易懂的优点的通用控制装置。为了降低成本、增加使用寿命，通用汽车公司(GM公司)便打算在新设计的控制装置时去掉旧的继电气装置在使用时需要重新设计和接线的缺点，因此他们用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，同时简化了计算机的编程方法和程序的输入方法，这样一来也使得不熟悉计算机的人可以看懂程序。为实现这个设想，美国数字设备公司(DEC公司)在1969年研制出了世界上第一台PLC。PLC除了能够进行逻辑、顺序控制，还能对计时和计数进行控制。从1970之后
