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1、plc液位测量课设目录第一章设计课题和整体方案确1.1设计课题1.2整体方案第二章传感器的选择2.1液位传感器/变送器2.2液位变送器的选择第三章西门子CPU222系列PLC介绍3.1西门子PLC控制系统CPU模块I/O模块3.2过程建模3.3PLC的基本操作3.4西门子CPU222系列PLC中的PID各参数的意义3.5在PLC中的PID控制的编程第四章水箱设计4.1水箱的选择4.2贮水槽的选择4.3水泵选择/14I第五章变频器的选择5.2变频器的选择变频器的基本结构第六章电源的选择6.1直流电源的选择第七章设计小结第八章参照文件II第一章设计课题和整体方案确1.1设计课题实验水箱热工参数丈量
2、与控制丈量装置的设计（液位丈量）。设计要求：液位高500mm，采纳液位传感器或变送器，24VDC供电，二线制接法，电流420mA或电压15V输出，精度达0.5%1.2整体方案液位检测整体上可分为直接检测和间接检测两种方法，因为丈量情况及条件复杂多样，因此常常采纳间接丈量，马上液位信号转变为其余相关信号进行丈量，如压力法、浮力法、电学法、热学法等。压力法依照液体重量所产生的压力进行丈量。因为液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比，所以经过测容器中液体的压力即可测算出液位高度。对常压张口容器，液位高度H与液体静压力P之间有以下关系:P=gh式中,是被测液体的密度(kg/m3)。以下列图：设计一
3、个闭环系统，被测对象是水箱中水的液位，经过阀门手动调理液位，在显示器中可以与水箱刻度比较校准。下边是装置设计图：1溢出管水箱放水阀储水池液位传感器稳压包水泵管道打开水泵和进水阀，水箱上水；若超出500mm，则经过溢出管返流到储水箱。液位传感器/变送器进过运算以后在显示器上。关闭水泵和进水阀，打开出水阀；手动调理液位，比较刻度和显示器。结构图以下：液位控液位传感变送器数字显示制对象变频器和水PLC给定值泵PIDSV仪表测控系统结构图第二章传感器的选择2.1液位传感器/变送器2丈量单容容器的液位的传感器有多种，采纳传感器与变送器合二为一的静压杆式压力变送器较好。静压杆式压力变送器工作原理：压力变送
4、器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在元件(即敏感元件)的双侧隔断膜片上，经过隔断片和元件内的填补液传递到丈量膜片双侧。丈量膜片与双侧绝缘片上的电极各构成一个电容器。当双侧压力不一致时，以致丈量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故双侧电容量就不等，经过振荡和解调环节，变换成与压力成正比的信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相同，所不一样的是低压室压力是大气压或真空。A/D变换器将解调器的电流变换成数字信号，其值被微办理器用来判断输入压力值。微办理器控制变送器的工作。别的，它进行传感器线性化。重置丈量范围。工程单位换算、阻尼、开方，传感器微调等运算，以及诊断和数字通
5、信。D/A变换器把微办理器来的并经校订过的数字信号微调数据，这些数据可用变送器软件更正。数据储存在EEPROM内，即便断电也保存完好。数字通信线路为变送器供应一个与外面设备(如275型智能通信器或采纳HART协议的控制系统)的连接接口。此线路检测叠加在4-20mA信号的数字信号，并经过回路传递所需信息。通信的种类为移频键控FSK技术并依照BeII202标准2.2液位变送器的选择这里选择LR系列WIDEPLUS-L杆式静压液位变送器丈量单容容器的液位的传感器有多种，采纳传感器与变送器合二为一的静压杆式压力变送器较好，这里选择LR系列WIDEPLUS-L杆式静压液位变送器液体中某一点的静压力与该点
6、到液面的距离成正比，即：此中:P被测点的压力(压强)、介质密度、g重力加快度、h被测点到液面的高度，对已确立的被测介质及地点，、g为常数，故被测点到液面的地点的变化只与被测的压力（压强）相关。静压液位变送器就是经过测定被测点的静压力来确立液面地点的。当里面注入必定液柱高度（h）的水后，张口容器底面上遇到的压力:P=hg，杆式液位变送器实质上就是压力变送器，单容容器的上限水柱高度为500mm，所以变送度量程为:9.8Pa/mmH2O500mmH2O=4.9kPa。WIDEPLUS-L杆式静压液位变送器技术参数：工作电压12.5V36VDC，输出信号4mA20mADC，丈量范围04m(最大)，精度
7、0.2级、0.5级，稳固性优于0.1%FS/年，同意温度：常温型介质-2070，环境3-2070，储存-2080，相对湿度095%RH，与介质接触资料：不锈钢1Gr18Ni9Ti，密封：氟橡胶、聚四氟乙烯、焊接密封，膜片：不锈钢316L陶瓷电容过程连接方式，外螺纹G11/2法兰(默以为DN20,PN0.6)，防范等级：传感器部分防范等级IP68接线盒部分IP65（K1壳体为IP67）特色：精度高,靠谱性好，温度影响小，稳固性0.1%FS/年，智能化,小型化，控制参数密码锁定、保证安全，丈量范围大，软件赔偿，量程改变时可以不引入压力，故障自诊断、远程设定通信、远程控制，防水、防尘、防震、防爆、防
8、腐，现场总线HART协议通信为了使流体的压力可以传达到变送器的膜片，所以杆式液位变送器的底部取压口走开容器底面有数毫米的空隙，这数毫米就成为液位丈量固定的系统偏差（零点偏差）。而杆式液位变送器没有调零的功能，该零点偏差可在数显仪表的丈量显示的量程下限设置值SUL中修正之。将单容容器的带刻度的水柱高度作为变送器的标准压力输入，变送器输出在250欧姆，负载上的15V为被校值，用数字电压表丈量，从而校验出变送器的满度偏差和非线性偏差；该杆式液位变送器没有调满度功能，满度偏差可在数显仪表的丈量显示的量程上限设置值SUH中修正之，非线性偏差可调偏SUL、SUH值来解决。第三章西门子CPU222系列PLC
9、介绍3.1西门子PLC控制系统CPU222系列是西门子公司推出的产品，是目前运转速度最快的小型PLC之一。下边我们以CPU222系列为例介绍的硬件构成。图2.1为PLC的原理图。4CPROMEPROMRAMROMRAM外其存他接接口口中央办理器CPU输入接口输出接口光电耦合继电器或晶体管图2.1PLC的原理图A/DD/A计算机其余设备编写器CPU模块CPU是PLC的中心构成部分，与通用微机的CPU相同，它在PLC系统中的作用近似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：1、PLC中系统程序给予的功能，接收并储存从编程器输入的用户程序和数据。2、用扫描方式接受现场输入装置的状态，并存入映像寄存
10、器。3、诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。在PLC进入运转状态后，从储存器中逐条读去用户程序，按指令规定的任务，产生相应的控制信号，去起闭相关控制电路。I/O模块I/O模块是CPU与现成I/O装置或其余外面设备之间的连接零件。PLC供应了各种操作电平与驱动能力的I/O模块和各种用途I/O元件供用户选5用。如输入/输出电平变换、电气隔断、串/并行变换、数据传递、误码校验、A/D或D/A变换以及其余功能模块等。I/O模块将外面输入信号变换成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以保证整个系统正常的工作。此中输入信号要经过光电隔断，经过滤波
11、进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。输出方式有三种：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。依据PLC的设计特色，它对电源并没有特别需求，它可使用一般工业电源。3.2过程建模过程控制系统的质量，是由构成系统的过程和过程检测控制仪表各环节的特征和系统的结构所决定。在构成控制系统的解析和设计中，过程的数学模型是极其重要的基础资料。所以，建立过程的数学模型，对实现生产过程自动化有着十分重要的意义。可以这样说，一个过程控制系统的好坏，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。3.3PLC的基本操作Plc面板见前页，PV为丈量值，SV为设定值，SET为参数设定选择键，、为设定值的增减键。
12、按压SET键，查察或设定一级参数。在现实一级参数CLK=132时，同时按压SET键和键30秒，则进入二级参数设定在一、二级参数设定后，按SET键30秒，则返回丈量值显示。在仪表自动控制输出下，同时按SET键和键，仪表将进下手动控制输出模式，A/M指示灯亮，此时按、键，可改变SV值，从而仪表自动追踪输出量。再同时按SET键和键，A/M指示灯灭，仪表进入自动控制输出模式。PLC的CPU222及其扩展模块3.4西门子CPU222系列PLC中的PID各参数的意义西门子PID各参数的解说COM_RST:=初试化MAN_ON:=手动PVPER_ON:=过程变量外设接通P_SEL:=比率重量接通I_SEL:
13、=积分重量接通INT_HOLD:=积分重量保持6I_ITL_ON:=积分重量初始化接通D_SEL:=微分重量接通CYCLE:=采样时间SP_INT:=内部设定值PV_IN:=过程变量输入PV_PER:=过程变量外设输入MAN:=手动值GAIN:=比率增益TI:=复位时间TD:=微分时间TM_LAG:=微分重量的滞后时间DEADB_W:=死区宽度LMN_HLM:=被控量上限LMN_LLM:=被控量下限PV_FAC:=过程变量系数PV_OFF:=过程变量偏移量LMN_FAC:=被控量系数LMN_OFF:=被控量偏移量I_ITLVAL:=积分重量初始值DISV:=搅乱变量LMN:=被控量LMN_PE
14、R:=被控量外设QLMN_HLM:=被控量上限值到达QLMN_LLM:=被控量下限值到达LMN_P:=比率重量LMN_I:=积分重量LMN_D:=微分重量PV:=过程变量ER:=偏差信号3.5在PLC中的PID控制的编程第四章水箱设计4.1水箱的选择H=600mm,d=300mm，资料：有机玻璃总要求：液位高500mm，采纳液位传感器或变送器，24VDC供电，二7线制接法，电流420mA或电压15V输出，精度达0.5%水箱一定比要求略微高点，直径节约资料，选择直径300mm，有机玻璃。4.2贮水槽的选择a=600mm,b=600mm,c=300mm，资料：有机玻璃。一定比需要的水的整体积多，V=0.108(m3)。4.3水泵选择选择三相水泵，与变频器相当构成调速水泵成为液位、压力、流量三种调理系统中的执行机构，经过调速水泵去调理单容容器进水管内的水流量，使这三个被调参数达到给定值。第五章变频器的选择5.2变频器的选择变频器的基本结构变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运转的设备，此中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行光滑滤波，逆变电路将直流电再逆变为交流电。对于如矢量控制变频器
