水箱水位自动控制系统设计与实施

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1、广西电力职业技术学院毕业设计题目名称水箱水位自动控制系统设计与实施系（部）动力工程系专业检测技术及应用班级1 1 1 5学号109111540姓名谢城镔指导教师梁云岳广西电力职业技术学院教务科研处编制摘要随着科学技术的发展，电器控制技术在各领域，特别是在自动控制领域取得了长足的 发展，有了越来越多的应用。PLC以可靠性高、灵活性强、易于扩展、通用性强、使用方 便等优点不断发展，在处理速度、控制功能、通讯能力及控制领域等方面都有新的突破， 成为工业自动化领域最重要、应用最广的控制设备之一，对国民经济建设有突出的贡献。 近年来由于PLC与其他科学技术结合，使其在各个控制领域显示了较强的应用潜力和良

2、好 的应用前景。本毕业设计采用PLC与继电器来实现水位的自动控制以及采用热电偶与压力变送器对 温度、压力的监控，系统通过手自动控制，现场内控制与远程控制使其直观地表现出水箱 水位自动控制系统的功能化与优良性。关键字： PLC 水位 自动控制 热电偶 压力变送器目录一前言3二设计方案4（一）系统说明4（二）工作原理及原理图6（三）设备清单及I/O分配表71 设备清单72 I/O分配表8（四）主要设备及编程软件介绍91西门子PLC简介92 V4.0 STEP 7 Micro SP7 编程软件简介103 组态王软件简介12三实施过程14（一）水箱制作14（二）管路连接14（三）控制设备接线14（四）

3、控制组态界面设计15（五）PLC程序设计16（六）系统调试22（七）存在问题及解决方法22四结论25五心得体会26致谢参考文献与附录前言可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。它是20世纪70年代以 来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于其具有功能 强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积小，重量轻等优点，国外已广泛应用于自动 化控制的各个领域，并已成为实现工业自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产 品开发应用方面发展很快，除了许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内越来越多 的设备采用PLC控制系统取代传

4、统的继电-接触器控制系统。与继电-接触器系统相比PLC 控制系统更加可靠；占位空间比继电-接触器控制系统小；价格上能与继电接触器控制系 统竞争；易于现场变更程序；便于使用，维护，维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相 当的执行机构；能向中央数据处理系统直接传输数据等。本控制系统模拟一般生产性企业生产用水以及居民用水系统，鉴于实际情况，我们选 择了更加有挑战性的居民用水系统来设计该系统方案，根据居民生活的需要将水位分为多 段来设定，即电解点接触通断，并分段显示，当水位为最低限时自动启动水泵加水，水位 到达设定值时自动停止进水，并停泵；开始启动出水泵，对高水位的水箱进行排水，操作 人员可以通过组态王

5、界面控制各水泵的运行与停止，系统具有手动和自动两种控制方式。 还可以根据环境和情况的不同选取不同的控制系统。这次设计中，我们必须解决好运行方案的制定、设备的设计与连接、组态王软件的设 计等问题。二 设计方案（一） 系统说明我们的水箱设计分为两个系统，一个是进水系统（用水箱），一个是出水系统（储水 箱）。在我们这个设计中，高立体型为用水箱，长立体型为储水箱。假定环境为一家用户 的日常用水，我们可以将自来水管和家里的用水管道接入水箱中。根据用户的不同用水情 况，我们的自动控制水箱会通过它的电接点来实现自动控制水位，当用户的用水过多时， 用水箱的水位会不断下降，当下降到我们预定的水位点时，由我们原本

6、所设定的编程指令， 储水箱的水会自动加到用水箱里面去，直到水位达到我们预设的水位点才会自动停止进 水，这样可以保证用户的用水需要。我们还通过用热电偶测温和压力变送器来监控水的压 力和温度等数据，以便更好地采集水资料。因为本次毕业设计的条件限制，我们的设计只限制于水箱内部的自动调节与控制。我 们的长远设计理想是，水箱在普通用户家庭、居民小区和校舍区等领域的运用，通过与自 来水管道和用户用水管道的连接。可以保证在特定停水时期或外部自来水管道故障时期， 用户不必因为没有用水而忧虑。我们的储水箱是由外部自来水直接输送，长期处于满载状 态的，在紧急时候会有充足的水来补充用水箱，以保证用户的用水需求。本次

7、毕业设计通过PLC226、继电器、按钮、水泵、模拟量模块、电脑、热电偶、压力 变送器、24V直流电源和PLC编程软件、组态王软件来实现水箱的自动控制，以及手自动 的运行工作。组态王软件即可实现手动和自动界面控制和方案的换取控制，通过组态画面 可以形象的观看水箱的运行，起到监控的作用，若水箱出现故障，从组态界面或 PLC 编辑 程序中都可以寻找得出具体的故障点，这也是我们在该领域工作不必事必躬亲的懒人做 法，不必逐个排查原因，从编程上或组态界面即可快速准确地寻找原因，有效并迅速地将 故障处理。在电脑系统崩溃或出现故障的情况下，我们有外部的手动控制按钮，通过软件 外的硬件控制按钮，我们可以轻松的控

8、制每台泵的运行。在本次毕业设计中，我们设计了四个自动控制方案，第一个是根据用水量的不同，实 现水量控制；第二个是展示进水量情况；第三个是 PID 控制；第四个是水位的自动控制。下面我们来描述一下我们的四个方案。方案一：根据用水量不同，实现水量控制。这个方案的进水泵是采用“低水位多进， 高水位少进”的循环进出水方法，当水位达到我们预设的最高点时，其进水泵会自动停止 运行，两个出水泵便会自动开启运行。方案二：展示进水情况，恒定水位。该方案是自动控制系统。属于水位恒定的运行方 式。当水位低到我们预设的最低点时，五个进水泵会自动启动进水，直到水位达到预设的 最高点时，水泵停止运行，保持该最高水位，此时

9、我们校验其运行方式，我们手动打开出 水泵，其进水泵也会自动运行，始终保持该水位值。方案三：PID控制系统。该系统是通过PID程序来实现的，假定我们给定系统一个水 位值，系统会自动检测到该水位值与水箱实际水位值的差距，自动启停水泵来达到系统预 设的效果。该系统的出水泵是通过手动控制来实现运行的。方案四：水位自动控制。该水位的进水模式是“低水位少进，高水位多进”，是模拟 用户用水需求，多用多储，少用少储。其进出水泵也是自动控制的，是随着水位增高而启 动出水泵的，水位高，两个出水泵就同时运行，水位低，就只有一个出水泵运行。当水位 达到我们预设的最高水位点时，进水泵也会自动停止运行。二） 工作原理及原

10、理图工作原理 由上图我们可以很直观地了解到水箱的大概设计和原理。我们的自动化水箱，在毕业 设计的实体中是一个循环的系统，“低进高，高出低”的一个不断循环的过程，初步模拟 了真实的一个重视的自动控制系统。考虑到了各种环境下的方案以及应急预案，不论是从温度还是压力，用水量的多与少， 都充分满足了系统控制的要求。我们在供水箱上截取了 14 个电接点，最为 S7-200 系列 PLC226 的 I 口输入， 其 O 口 输出到继电器的线圈，继电器的常开连接到水泵的电源线另一端与电源的一端，水泵的另 一端直接接入电源，当线圈接收到 O 口的输出信号时，常开闭合，水泵通电运行。在通过 不同的方案，输入不同

11、的信号来控制水泵的启停，这便是我们的系统控制原理。（三）设备清单及I/O分配表1. 设备清单设备名称数量1电脑1台2空气开关1个324V直流电源1个4接线端子排2个5电源排插1个6 PLC S7-200 系列 2261个7 PLC模拟量模块2个8潜水泵7台9继电器（带座）7个10 PVC 管3.5米11 PVC管阀7个12 PVC弯头20个13 PVC管夹14个14不锈钢螺栓15个15卡条1条16有机玻璃1.5平方米17热电偶测温1个18压力变送器1个2. I/O分配表IOI0.3Q0.0 #1泵进I0.4Q0.1 #2泵进I0.5Q0.2 #3泵进I0.6Q0.3 #4泵进I0.7Q0.4

12、#5泵进I1.0Q0.5 #1泵出I1.1Q0.6 #2泵出I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7（四）主要设备及编程软件介绍1. 西门子PLC简介德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶 金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、 S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化， 具有网络通信能力好，功能更强，可靠性高等优点。S7系列PLC产品可分为微型PLC （如 S7-200），小规模性能要求的PLC （如S7-300）和中、高性能要求

13、的PLC （如S7-400）等。1.1详细介绍1.1.1 SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各 种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成 网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选 择使用。1.1.2 SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的 应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较， S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.60.1

14、口 s）的指令运算速度；用浮点数运算比 较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模 块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程 要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷 新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统 连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）； 多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改； S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作

15、方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出 时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能， S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、 简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接 口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（ MPI） 集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等 自动化控制系统。1.1.3 SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。 S7-400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级） 的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控 制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。1.2 优点：1.2.1可靠性：PLC不需要大量