基于PLC的液位控制系统设计_图文
基于PLC的液位控制系统设计
基于PLC的液位控制系统设计液位控制系统是工业自动化中常见的一种控制系统，主要用于监测和控制液体或粉末在容器中的液位。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种常用的自动化控制器，它通过编程逻辑和输入输出模块实现自动控制。
本文将基于PLC的液位控制系统进行设计和讨论。
首先，我们需要了解液位控制系统的基本原理。
液位控制系统主要由三个组成部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器用于监测液位高度，常用的传感器有浮球传感器、电容传感器和超声波传感器。
控制器根据传感器获得的液位信号，通过编程逻辑判断液位是否达到设定值，并根据结果控制执行器的开关状态。
执行器可以是电磁阀、泵或搅拌器，用于调节液位。
PLC作为控制器可以实现复杂的逻辑控制，并且具有可编程性和可扩展性。
下面是基于PLC的液位控制系统的设计步骤：第一步是确定系统需求和设计目标。
根据具体的液位控制需求，确定液位控制系统的功能要求和性能指标，例如需要实现液位的自动控制、报警功能和远程监控等。
然后确定设计目标，例如控制系统的稳定性、精度和可靠性。
第二步是选择适当的控制器和传感器。
根据设计目标和系统需求，选择适合的PLC控制器和液位传感器。
PLC控制器应具有足够的输入输出模块和计算能力，以满足液位控制系统的需求。
液位传感器的选择应考虑液体的性质、工作环境和控制精度等因素。
第三步是进行系统硬件设计。
根据选定的PLC控制器和传感器，设计系统的硬件连接和布置。
将传感器与PLC控制器连接，确保信号的稳定传输。
同时，还需要考虑系统的电气安全和防护措施。
第四步是进行PLC编程。
根据设计需求和目标，编写逻辑控制程序。
程序应能够实现液位的监测、判断和控制，同时具备保护和报警功能。
编程语言通常使用ladder diagram（梯形图），也可以使用其他编程语言如指令列表和函数图。
第五步是进行系统调试和优化。
完成PLC编程后，进行系统调试和优化。
对系统进行全面的测试，确保液位的检测和控制功能正常运行。
PLC的液位控制设计
南山学院毕业论文题目 PLC的液位控制设计姓名： ___ 解健 _______所在学院： ____ 自动化工程学院所学专业：电气工程及其自动化班级 ___ 电气工程2+2 学号 ___ 2指导教师： _____ 王选成 ____完成时间： ____2012年4月毕业论文（设计）任务书摘要自从三十多年前将PLC引进以来，PLC已经在广泛的工业领域中成为几十万控制系统的基础。
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,目前已有许多企业采用先进控制器对传统控制器进行改造,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.本文介绍了基于信捷XC3型可编程控制器(PLC),组态软件的液位控制系统的设计方案.系统采用PID算法,实现液位的自动控制.利用组态软件设计人机界面,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,现场数据的采集及处理,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 液位控制触摸屏变频器AbstractSince thirty years ago to the introduction of PLC, the PLC has become the basis of hundreds of thousands of control systems in a wide variety of industries. In many areas of production, often need to monitor the liquid level in the tank, tanks, pools and other containers, in the past using the traditional relay contactor control hardware used to connect multiple, poor reliability, and high degree of automation, the current many enterprises have advanced controller to transform the traditional controller, greatly improving the reliability and degree of automation of the control system to provide enterprises with a more reliable production.This article describes Nobukatsu XC3 programmable logic controller (PLC), the configuration software level control system design. System uses a PID algorithm to achieve automatic control of the level using the configuration software design man-machine interface, through the serial port and the programmable controller communication, real-time monitoring of the control system, field data acquisition and processing, its simple structure, the monitoring system is not only the degree of automation, but also has the online editing features and flexibility.Keywords: PLC level Control Touch Screen Inverter目录1 绪论 (1)1.1PLC的液位控制设计的背景 (1)1.2PLC的液位控制设计的内容 (1)1.3本课题设计的目的和意义 (1)2 系统控制方案的确定 (3)2.1采用PLC控制液位的优点 (3)2.1.1从控制速度上比较 (3)2.1.2从工作方式上比较 (3)2.1.3从可靠性，可维护性上比较 (3)2.2系统设计的基本步骤 (3)2.3系统控制方案 (4)3 系统硬件设计 (6)3.1可编程控制器（PLC）的选型 (6)3.1.1如何选购PLC产品 (6)3.1.2PLC的选型标准 (6)3.1.3 PLC机型的选择及特点 (7)3.2水泵选型 (9)3.3变频器选型 (9)3.4触摸屏选型 (10)3.4.1触摸屏的工作原理 (11)3.4.2触摸屏的主要类型 (11)3.4.3触摸屏的选择 (11)3.5硬件接线图 (12)4 系统软件设计 (13)4.1程序设计编程基本原则及注意问题 (13)4.1.1程序设计（梯形图）编程基本原则 (13)4.1.2程序设计注意问题 (13)4.2所用编程软件特点及界面操作 (13)4.2.1编程软件特点 (13)4.2.2信捷XCPPro编程软件操作 (14)4.3变频器参数定 (14)4.4触摸屏程序 (14)4.4.1屏幕保护画面 (14)4.4.2操作画面 (14)4.4.3参数设置画面 (15)结论 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录一系统硬件电路图 (19)1 绪论1.1 PLC的液位控制设计的背景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,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,难及实现较复杂的控制,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:编程方便,可现场修改程序;维修方便,采用插件式结构;可靠性高于继电器控制装置;体积小于继电器控制盘;数据可直接送入管理计算机;成本可及继电器控制盘竞争;输入可以是交流150V以上;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;扩展时原系统改变最小;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｡可遍程序控制器及其相关外部设备,都应按照易于及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｡1.2PLC的液位控制设计设计的内容本课题将在以下几方面对液位系统进行研究和论证:控制系统可以根据生产的需要对液位进行来设定,当液位低于设定限位时自动启动水泵进行加液,当液位到达设定值时停泵,操作人员可以通过触摸屏进行液位设定,控制监控等操作｡1.3 PLC的液位控制设计的目的和意义可编程控制器(PLC)因为抗干扰能力强,可靠性好,控制系统结构简单,通用性强,编程方便,易于使用,设计､施工､调试､的周期短,体积小,维护操作方便,易于实现网络化,可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广,最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自动化的主要支柱之一｡通过PLC对程序设计,提高液位系统的控制水平｡因此PLC在液位控制系统中应用非常广泛,具有很高的应用价值｡2 系统控制方案的确定2.1 采用PLC控制液位的优点2.1.1从控制方式上比较用继电接触器控制完成一项控制工程,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然后画出继电器屏的布置和接线图等,进行安装调试,以后修改起来十分不便｡而采用PLC控制,由于其硬软件齐全,为模块化积木式结构,且已商品化,故仅需按性能､控制要求设计控制程序,而且在以后的修改中只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能｡2.1.2从工作方式上比较电器控制并行工作,而PLC串行工作,不受制约,I/O系统设计有完善的通道保护及信号调理电路;在结构上对耐热､防潮､防尘､抗震等都有周到的考虑｡2.1.3从可靠性,可维护性上比较电器控制接触点多,会产生机械磨损和电弧烧伤,接线较多,可靠性,维护性差;而PLC无触点,采用密封､防尘､抗震的外壳封装结构,能适应工作现场的恶劣环境,使用寿命长,且有自我诊断功能,对程序执行的监控功能,现场调试和维护方便｡2.2系统设计的基本步骤在液位控制系统的设计过程中主要考虑以下几点:深入了解和分析液位控制系统的工艺条件和控制要求;确定I/O设备;根据液位控制系统的功能要求,确定系统所需的输入,输出设备;根据I/O点数选择合适的PLC类型;分配I/O点,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图;设计液位控制系统的梯形图,根据控制要求设计出周密完整的梯形图程序,这是整个液位控制系统设计的核心工作;将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,使系统程序更加完善;进行液位控制系统的整体联机调试,调试中发现的问题逐一排除,直至调试成功｡具体系统设计步骤如图2-1所示｡图2-1 系统设计步骤图2.3系统控制方案系统控制原理如图2-2所示,系统主要是由触摸屏､可变程序控制器变频器(PLC)､液位计､配电装置以及水泵等组成｡触摸屏 PLC AD/DA变频器液位计水泵图2-2 系统控制图系统带有触摸屏显示装置,可以显示系统的工作状态､当前压力､贮水池水位､设定压力､压力曲线､变频器频率､等各种控制参数等｡系统工作压力可以由触摸屏设置｡变频器的作用是为三相水泵的电机提供可变频率的电源,实现电机的无级调速,从而使水管的水压连续变化｡液位计的作用是检测当前液位压力｡在PLC内部设定液压期望值,压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后,经可编程控制器内部PID控制运算输出给变频器一个控制信号｡图2-3系统原理图3 系统硬件设计3.1可编程控制器(PLC)的选型3.1.1如何选购PLC产品在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度､压力､流量的设定及控制等,工业现场中的这些自动控制问题,若采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一｡硬件选购目前市场上的PLC产品众多,除国产品牌外,国外有:日本的OMRON､MITSUBISHI､FUJJ,德国的SIEMENS,韩国的LG等｡近几年,PLC产品的价格有较大的下降,其性价比越来越高,这是众多技术人员选用PLC的重要原因｡那么,如何选购PLC产品呢?首先,系统规模首先应确定系统用PLC单机控制,还是用PLC形成网络,由此计算PLC输入､输出点数,并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%)｡第二,确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出｡不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的｡第三,存储容量及速度,尽管国外各厂家的PLC产品大体相同,但也有一定的区别｡目前还未发现各公司之间完全兼容的产品｡各个公司的开发软件都不相同,而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标｡一般存储容量越大､速度越快的PLC价格就越高,但应该根据系统的大小合理选用PLC产品｡第四,编程器的选购PLC编程可采用三种方式:一种是用一般的手持编程器编程,它只能用商家规定语句表中的语句编程｡这种方式效率低,但对于系统容量小,用量小的产品比较适宜,并且体积小,易于现场调试,造价也较低｡还有一种是用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,但该编程器价格较高｡再一种是用IBM个人计算机加PLC软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式,但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试｡因此,应根据系统的大小及难易,开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品｡3.1.2PLC的选型标准世界上有很多厂商生产PLC,如德国的西门子､日本的三菱､松下,美国GE公司等完成系统的设计主要是选型和程序设计｡但是由于PLC应用在不同场合,有不同的工艺流程,对控制功能有不同的要求,由于各程序难易程度不一样,因此有一定的选择标准,主要表现在:PLC机型选择主要考虑I/O点数｡根据控制系统所需要的输入设备(如按钮､限位开关､转换开关等)､输出设备(如接触器､电磁阀､信号指示灯等)以及A/D､D/A转换的个数,确定I/O的点数｡一般要留有一定裕量(约占10%),满足生产发展和工艺的改进;随着PLC功能日益完善,很多小型机也具有中､大型机的功能｡对于PLC的功能选择,一般只要满足I/O点数,大多数机型也能满足｡目前大多数PLC机型都具有I/O扩展模块､A/D､D/A转换模块,以及高级指令､中断能力及外设通信能力;PLC一般根据I/O点数的不同,内存容量会有相应的差别｡在选择内存容量时同样应留有一定余量,一般时实际程序的25%｡不应单纯追求大容量,以够用为原则;在PLC机型选取上要考虑控制系统及PLC结构功能的合理性｡如果是单机系统控制,I/O点数不多,不涉及PLC之间的通信,但又要求功能更强,要求有处理模拟信号的能力,可选择整体式机,如松下FP0､FP1､FP-M系列,以及OMRON C200H系列等｡如果仅有开关量控制,可选择OMRON C系列P型机､西门子S7-200,三菱F1､FX 系列等;一个企业尽量选择同一类型的PLC, 同一机型PLC模块可互为利用,便于采购管理, 同一机型PLC的功能､编程方法相同,有利于技术人员水平的提高,同一机型PLC,其外围设备通用,资源共享,易于联网通信,及上位计算机配合可形成多级分布式的控制系统｡3.1.3 PLC机型的选择及特点目前,国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的PLC产品,使用户眼花缭乱｡通过对输入输出点的选择,对存储容量的选择,对I/O响应时间的选择对PLC价格的考虑以及厂家的售后服务,决定使用无锡信捷科技有限公司生产的XC系列的XC3型号的可编程控制器,如图3-1所示｡XC系列PLC的几大优势:阵容强大的全系列PLC,广泛适用于多种场合;具备3通道､80KHz､32位高速计数功能;24段高速计数中断功能;高达400KHz的脉冲输出,最多支持4路;强大的通讯和组网能力;业内首创的以C语言编写功能块指令;独创的I/O点切换功能;本体加入PID控制功能;中断功能;丰富的扩展性能｡产品规格如表3-1:表3-1 模块规格端子说明:表 3-2 端子说明0V 24V.C1C0AI0VI1C2AI2VI3AI3C3VI2A11VI0.VO0.VO1AO1C1AO0C0端子信号:表 3-3 端子信号3.2水泵选型水泵有很多种,从原理上可以分为气压泵,离心泵,轴流泵,混流泵,螺旋泵等｡气压泵是靠大气压提升水位｡凭借活塞的运动,制造出一个近似真空,外部大气压将水压上来｡这种泵液位依赖及大气压所以提升水的高度有限｡离心泵的原理是离心现象,是依靠也叶轮叶片的转动产生离心的作用,将液体甩出｡所以,输送效果依赖叶轮的转速,直径等因素｡本课题将采用ISW系列卧式单级单吸离心泵如图3-4,该泵是在吸收国内外同类产品先进技术的基础上,采用国内通用离心泵之性能参数,自行研制开发的新一代节能､环保卧式离心泵｡该系列泵性能优､可靠性高､寿命长､结构合理､外形美观,具有行业领先水平｡产品特点有:运行平稳;滴水不漏;噪音低;故障率低维修方便;占地更省｡3.3变频器选型变频器技术是一门综合性的技术,它建立在控制技术､电子电力技术､微电子技术和计算机技术的基础上｡它及传统的交流拖动系统相比,利用变频器对交流电动机进行调速控制,有许多优点,如节电､容易实现对现有电动机的调速控制､可以实现大范围内的高效连续调速控制､实现速度的精确控制｡容易实现电动机的正反转切换,可以进行高额度的起停运转,可以进行电气制动,可以对电动机进行高速驱动｡完善的保护功能:变频器保护功能很强,在运行过程中能随时检测到各种故障,并显示故障类别(如电网瞬时电压降低,电网缺相,直流过电压,功率模块过热,电机短路等),并立即封锁输出电压｡这种“自我保护”的功能,不仅保护了变频器,还保护了电机不易损坏｡由于选用的是配带功率为3KW的水泵,所以将采用HLPA03D743B,其规格如表3-4所示表3-4海利普 HLPA03D743B变频器产品规格3.4触摸屏选型3.4.1触摸屏的工作原理为了操作上的方便,人们用触摸屏来代替鼠标或键盘｡工作时,我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏,然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入｡触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成;触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接受后送触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行｡3.4.2触摸屏的主要类型从技术原理来区别触摸屏,可分为五个基本种类:矢量压力传感技术触摸屏､电阻技术触摸屏､电容技术触摸屏､红外线技术触摸屏､表面声波技术触摸屏｡电阻触摸屏是一种对外界完全隔离的工作环境,不怕灰尘和水汽,它可以用任何物体来触摸,可以用来写字画画,比较适合工业控制领域及办公室内有限人的使用;表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面､球面或是柱面的玻璃平板,安装在CRT､LED､LCD或是等离子显示器屏幕的前面,表面声波触摸屏一方面推出防尘型触摸屏,一方面建议别忘了每年定期清洁触摸屏;红外线式触摸屏价格便宜､安装容易､能较好地感应轻微触摸及快速触摸｡但是由于红外线式触摸屏依靠红外线感应动作,外界光线变化,如阳光､室内射灯等均会影响其准确度｡而且红外线式触摸屏不防水和怕污垢,任何细小的外来物都会引起误差,影响其性能,不适宜置于户外和公共场所使用;电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层,再在导体层外上一块保护玻璃,双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器｡3.4.3触摸屏的选择选用信捷TH765-M工业触摸屏,其特点是:7英寸显示屏幕,流线型外观设计;6万色TFT真彩,支持BMP､JPEG格式图片显示;丰富的3D图片素材库,画面更生动;灵活的部件选择空间,自定义动画轨迹设计;简单开关设置切换模式,精确的有触摸区校准功能;自定义的数据采集保存功能,支持时间趋势图,XY趋势图等多种形式的数据管理方式;提供3个USB接口,实现数据的快速传输和备份;双口独立通讯,可实现多屏一机｡产品规格如下表3-5所示:表3-5 信捷TH765-M工业触摸屏3.5硬件接线图(见附录)4 系统软件设计4.1程序设计编程基本原则及注意问题4.1.1程序设计(梯形图)编程基本原则梯形图按自上而下,从左到右的顺序排列｡每个继电器线圈为以逻辑行,又称为一个梯级｡每个梯形图由多层逻辑行组成｡每一逻辑行起于左母线,经触电､线圈终止于右母线;触电不能放在线圈的右边,即线圈及右母线之间不能有任何触电;线圈不能直接及左母线相接,如果需要,可通过一个没有使用的常闭触电或特殊继电器R9010相连接;触电可以任意串联､并联,而且同一触点可以无限次使用;输出线圈可以并联不能串联,同一输出线圈在同一程序中避免重复使用｡4.1.2程序设计注意问题第一,PLC和上位机(或触摸屏)组成监控系统时,在画面上很多时候需要有"手动"“自动”等控制模式(一般都是多个只能一个时)｡在程序里面可以用"MOV" 指令｡如当选择"手动" 就将常数1存储到一个寄存器里面, 当选择"自动" 就将 2 存储到同一寄存器. 只要判断寄存器的数据是多少,就知道系统是那种控制方式｡这样的思路好处是容易理解,不需要互锁之类的麻烦程序｡第二,程序有模拟量控制时, 如果读取的模拟量基本上没误差, 可以采取时间滤波的方式,延时一段时间｡如果读取的数据误差很大, 就需要采取其它的滤波方式｡如算平均值等.可以查阅相关的资料｡第三,在程序调试过程中(特别是设备改造时,你的程序是加入到原来设备的程序中时), 当程序语句中出现条件满足, 而输出线圈不接通时,可以检查你的这段程序是否是在这样的语句之间,还有一种可能就是在中断程序之后, 条件满足而没输出不接通,一般都是这段的程序不被扫描.第四,在设计程序的时候, 当出现工艺上的故障(非控制系统控制), 最好将故障现象保持,并有灯光声音报警｡第五,当检查所设计的程序无误后,对所输入的程序进行调试和检测｡4.2所用编程软件特点及界面操作4.2.1编程软件特点针对该课题地总体设计要求,我们应用的编程软件是信捷XCPPro｡该软件的主要特点是: C语言编写功能;注释功能;查找功能;调试功能;监控功能;系统寄存器的置位､复位;I/O分配;打印功能等等｡4.2.2信捷XCPPro编程软件操作标题栏:显示当前打开的文件名称｡工具栏:将本软件中被认为是经常使用的功能制成按钮的形式,利用这些按钮可以更加快速的进行操作｡当光标移至功能栏上按钮时,画面中将显示及按钮相对应的功能内容编辑画面:显示程序的画面｡将此画面激活,进行创建､编辑或进行输入说明､监控等操作｡功能键栏:显示输入程序时所使用的编辑元素的快捷键､各项功能的快捷键｡通过单击视图中的功能栏,可以选择显示或隐藏｡通过单击功能栏形式,可以改变显示的段数4.3变频器参数设定根据该系统的控制需要其变频器相关参数设定如下表4-1表4-1变频器参数设定4.4触摸屏程序4.4.1屏幕保护画面屏幕保护画面如下图所示,屏幕保护是为了保护显示器而设计的一种专门的程序｡设计的初衷是为了防止触摸屏因无人操作而使显示器长时间显示同一个画面,导致老化而缩短显示器寿命｡另外,有一定的省电作用｡4.4.2 操作画面这是系统正常情况下选用的工作方式,在此工况下,人机界面首先显示系统主菜单,用户可以根据控制要求操作画面｡4.4.3参数设置画面此画面可以设置PID参数,用手触摸一下数字,人机界面会弹出数字输入器,输入方式及一般计数器差不多,用户可直接按输入数据即可｡结论随着科学技术发展的日新日异，可编程控制器（PLC）已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
基于PLC的液位控制系统设计
基于PLC的液位控制系统设计液位控制系统是一种自动控制系统，用于控制液体在容器中的液位。
PLC（可编程逻辑控制器）被广泛应用于液位控制系统中，因为它具有可编程性、易于安装和维护以及可靠性高的特点。
在本文中，我们将基于PLC设计一个液位控制系统。
首先，我们需要选择适合的PLC设备。
根据液位控制系统的规模和需求，我们可以选择不同型号和品牌的PLC，例如西门子、施耐德等。
一个PLC系统通常包括CPU、输入和输出模块、通信模块等组成部分。
根据液位控制系统的需求，我们可以选择适当的输入和输出模块来连接传感器和执行器。
接下来，我们将设计液位传感器和执行器的布置。
液位传感器用于检测液位的高度，并将信号传输给PLC系统。
常用的液位传感器包括浮球传感器、压力传感器等。
根据液位控制系统的需求，我们可以将传感器布置在不同的位置和高度。
执行器用于控制液位，例如开关泵来增加液位或者打开泄水阀来降低液位。
然后，我们需要设计PLC的逻辑控制程序。
PLC的逻辑控制程序决定了液位控制系统的工作方式。
我们可以使用PLC编程语言（如ladder diagram）来编写逻辑控制程序。
在程序中，我们可以定义液位的上下限，并根据实际液位与设定值之间的偏差来控制执行器的开关状态。
例如，当液位低于设定值时，PLC会启动泵来增加液位；当液位高于设定值时，PLC会打开泄水阀来降低液位。
最后，我们需要测试和调试液位控制系统。
在测试过程中，我们可以使用仿真工具来模拟真实情况，并验证PLC的逻辑控制程序是否正确。
如果发现问题，我们可以对逻辑控制程序进行修改或优化。
一旦测试通过，我们就可以将液位控制系统部署到实际环境中，并进行调试。
在调试过程中，我们需要确保PLC系统能够稳定地控制液位，并及时响应外部输入和输出信号。
总结起来，基于PLC的液位控制系统设计包括选择PLC设备、设计液位传感器和执行器布置、编写逻辑控制程序以及测试和调试系统等步骤。
通过合理设计和调试，PLC可以有效地控制液位，提高系统的自动化程度和稳定性。
基于PLC与组态的液位控制系统设计
基于PLC与组态的液位控制系统设计液位控制系统是工业自动化中的重要组成部分，在许多工业领域中都有广泛的应用。
本文将基于PLC（可编程逻辑控制器）与组态软件对液位控制系统进行设计。
首先，我们需要明确液位控制系统的基本原理。
液位控制系统主要通过监测液位传感器的信号，并根据设定的液位值进行控制，以实现液位的稳定控制。
在设计液位控制系统之前，我们需要进行系统的需求分析，包括液体的性质、液位范围、控制精度要求等。
接下来，我们可以选择适合的PLC型号，并搭配相应的组态软件。
PLC作为液位控制系统中的核心控制设备，负责接收和处理液位传感器的信号，并输出控制信号控制液位的变化。
组态软件负责图形化地配置PLC 的输入和输出，以及实现控制逻辑图的编程。
在液位控制系统的设计中，需要将液位传感器与PLC进行接线，并进行参数的配置。
液位传感器可以选择合适的类型，如浮球式、电容式或超声波式等，以满足实际应用的需求。
接线和参数配置的正确与否直接影响到液位控制系统的准确性和可靠性。
接下来，我们需要在组态软件中进行逻辑控制的编程。
根据系统的需求分析，我们可以设置液位的目标值、偏差范围，同时结合输出控制信号的方式（如开关量控制、模拟量控制等），设计相应的控制逻辑。
在组态软件中，我们可以使用逻辑语言来实现这些控制逻辑，如梯形图、功能块图等。
此外，还可以设置报警功能，当液位超过预设范围时，及时发出报警信号，保证系统的安全性。
完成逻辑控制的编程后，我们需要进行系统的调试与测试。
可以通过手动调节液位传感器的输入信号，观察PLC输出的控制信号是否满足预期要求，以及液位的变化是否稳定。
如果发现问题，可以对液位控制系统的参数和控制逻辑进行调整，直到满足实际应用需求。
最后，我们还可以根据实际应用的需求，对液位控制系统进行扩展和优化。
例如，可以增加远程监控和控制功能，通过网络连接，实现对液位控制系统的远程监控和操作。
此外，还可以根据不同的液位范围和控制精度要求，选择不同型号的液位传感器和PLC，以满足不同工业领域的应用需求。
(完整word)基于PLC的液位控制系统设计设计
题目：基于PLC的液位控制系统设计姓名：学号：系别：专业:年级班级：指导教师：2013年5月18日毕业论文（设计）作者声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品.本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。
同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。
本毕业论文内容不涉及国家机密。
论文题目：作者单位：作者签名：年月日目录摘要 (1)引言 (1)1.研究现状分析 (2)1.1题研究背景、意义和目的 (2)1。
2液位控制系统的发展状况 (3)1.3课题研究的主要内容 (4)2。
控制方案设计 (4)2.1系统设计 (5)2.2单容水箱对象特性 (6)3。
硬件配置 (8)3.1控制单元 (8)3.2检测单元 (9)3。
3执行单元 (9)4。
软件设计 (10)4。
1STEP 7-Micro/WIN编程软件简介 (10)4。
2参数设定及I/O分配 (10)5。
程序编程和系统仿真 (13)5。
1程序设计 (13)5。
2程序仿真和分析 (13)6。
结论 (17)参考文献 (17)附录 (19)致谢 (22)基于PLC的液位控制系统设计摘要：针对人工控制液位的准度低、速度慢、灵敏度低等一系列问题。
本文提出基于PLC 的液位控制系统,系统通过将液位传感器检测到的电信号送入PLC中，经过A/D变换成数字信号，送入数字PID调节器中，经PID算法后将控制量经过D/A转换成水泵电机转速相对应的电信号送入水泵电机来控制水泵转速，最终达到控制液位的目的。
通过仿真和分析结果表明本文所设计系统能够正常运行并且达到了设计的目的，能够准确、快速地控制液位，克服了传统液位控制系统的很多弊端。
PLC项目七 PLC液位控制PPT课件
主编
【情境创设】
1.现场考察 观察学校高层建筑供水系统，家用地下水采集水箱供水装置的
工作情况，参观企业污水处理站工艺流程，重点了解各水池液位自 动控制的实现方法。 2.人员分组
教师根据学生掌握电气及PLC基本技能的熟练程度，结合学生 自愿报名及器材准备情况，将全班同学按项目任务分成相应的3个大 组，并指派3名同学为项目主管。每个大组包含若干个学习小组。各 小组成员2～3名，小组长由项目主管确定。 3.项目实施 各小组参照各任务中的“操作指导”独立完成指定学习任务。各任 务所需时间约（含准备时间）为4h。
任务一 高-低两点式液位控制
1)调节泵1及调节泵2以一用一备模式工作。 2)水位低于下限水位时，SQ1断开，两台泵均不能起动；水位由低至 高使上限液位，检测开关SQ2动作时，工作泵起动运行，当水位再 次低于下限水位时工作泵方可停止。 (2)手动模式 手动模式下，可操作控制按钮SB1、SB2使1、2两台调 节泵手动排水。
图7-8 任意周期时钟脉冲发生器电路编程
任务二 高-中-低三点式液位控制
(2)T+C长延时电路编程 在FX2N系列PLC内部共有256个定时器，定 时范围为0.001～3276.7s，其最大定时时间不足1h。 在图7⁃9所示程序中，T0每10min发出一个计数脉冲，C0计数值设定 为K144，因此，Y000将在PLC上电后
图7-2 跳转指令的使用
任务一 高-低两点式液位控制
1)如果跳转的区域包括整个主控区，即跳转发生在MC指令之前，而 落脚在MCR指令之后，这时没有任何限制。 2)如果从主控区外跳转到主控区时主控指令的目标触点，被当做“ON”来 处理。 3)若主控区内有跳转指令，当主控条件不成立时，跳转指令由于没 有执行到，因此不能跳转。 4)从主控区跳转到主控区之外时，当主控条件不成立时，由于没有 执行到跳转指令，因此不能跳转。 5)可以从一个主控区内跳转到另外一个主控区内，这时前一个主控 区的MCR也被忽略。
基于PLC的液位控制系统设计
毕业设计开题报告1. PID 简述简述 过程控制通常是指石油、化工、冶金、轻工、纺织、制药、建材等工业生产过程中的自动控制程中的自动控制,它是自动化技术的一个极其重要的方面。
本次毕业设计是基于PLC 的液位控制系统的设计，它的控制对象是水箱的液位，是过程控制中经常遇到热工参数。
本人在这次设计中主要负责控制策略——PID 算法的确定，就在次将PID 算法作个简要的介绍。
算法作个简要的介绍。
在生产过程自动控制的发展历程中在生产过程自动控制的发展历程中,PID ,PID 控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。
它简单实用制方式。
它简单实用,,易于实现易于实现,,适用范围广适用范围广,,鲁棒性好鲁棒性好,,在现今的工业过程中获得了广泛的应用广泛的应用..据统计据统计,,目前工业控制器中约有90%90%仍是仍是PID 控制器。
PID 控制器的设计及其参数整定一直是控制领域所关注的问题。
其设计和整定方法得到国内外广泛研究, 著名的如Ziegler-Nichols 法、基于内模控制的方法及基于误差的积分的优化方法。
基于误差的积分准则由于能较好地反映闭环系统的性能以及易于计算的原因基于误差的积分准则由于能较好地反映闭环系统的性能以及易于计算的原因,,在PID 优化设计中被广泛采用。
（1）在工业生产过程控制中,模拟量的模拟量的 PID (比例、比例、积分、积分、微分)调节是常见的一种控制方式,这是由于这是由于PID 调节不需要求出控制系统的数学模型,至今为止,很难求出许多控制对象准确的数学模型,对于这一类系统,使用使用PID 控制可以取得比较令人满意的效果,同时同时PID 调节器又具有典型的结构,可以根据被控对象的具体情况,采用各种PID 的变种,有较强的灵活性和适用性。
在模拟量的控制中,经常用到经常用到PID 运算来执行来执行PID 回路的功能,PID 回路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易。
如果一个果一个 PID 回路的输出回路的输出M ( t)是时间的函数,则可以看作是比例项、积分项和微分项三部分之和(2)，即：，即：dt de K M edt K e K t M C tc C *+++*=⎰00)( 式中式中 e ——偏差；——偏差；T i ——积分常数；——积分常数；T d ——微分常数；——微分常数；K c ——放大倍数（比例系数）——放大倍数（比例系数）M 0——偏差为零时的控制值，有积分环节存在，此项也可不加——偏差为零时的控制值，有积分环节存在，此项也可不加以上各量都是连续量,第一项为比例项,最后一项为微分项,中间两项为积分项。
基于PLC的液位控制系统的方案设计书
因为有两个水箱，所以把它分成两个部分来分别设计。
系统设计 1 上水箱液位的自动调节在这个部分中控制的是上水箱的液位。
系统原理图如图2-1所示。
单相泵正常运行，打开阀1和阀2，打开上水箱的出水阀，电动调节阀以一定的开度来控制进入水箱的水流量，调节 ...<P>因为有两个水箱，所以把它分成两个部分来分别设计。
<BR>系统设计<BR>1 上水箱液位的自动调节<BR>在这个部分中控制的是上水箱的液位。
系统原理图如图2-1所示。
单相泵正常运行，打开阀1和阀2，打开上水箱的出水阀，电动调节阀以一定的开度来控制进入水箱的水流量，调节手段是通过将压力变送器检测到的电信号送入中，经过A/D变换成数字信号，送入数字PID调节器中，经PID算法后将控制量经过D/A转换成与电动调节阀开度相对应的电信号送入电动调节阀中控制通道中的水流量。
<BR>当上水箱的液位小于设定值时，压力变送器检测到的信号小于设定值，设定值与反馈值的差就是PID调节器的输入偏差信号。
经过运算后即输出控制信号给电动调节阀，使其开度增大，以使通道里的水流量变大，增加水箱里的储水量，液位升高。
当液位升高到设定高度时，设定值与控制变量平衡，PID调节器的输入偏差信号为零，电动调节阀就维持在那个开度，流量也不变，同时水箱的液位也维持不变。
<BR>系统的控制框图如图3-1所示。
其中SP为给定信号，由用户通过计算机设定，PV为控制变量，它们的差是PID调节器的输入偏差信号，经过PLC的PID程序运算后输出，调节器的输出信号经过PLC的D/A转换成4~20mA的模拟电信号后输出到电动调节阀中调节调节阀的开度，以控制水的流量，使水箱的液位保持设定值。
水箱的液位经过压力变送器检测转换成相关的电信号输入到PLC的输入接口，再经过A/D转换成控制量PV，给定值SP与控制量PV经过PLC的CPU的减法运算成了偏差信号e ,又输入到PID调节器中，又开始了新的调节。
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课程设计说明书名称2010年 6月7日至 2010年6月11日共 1 周院系班级姓名学号系主任教研室主任指导教师目录绪论 . (2)第1章液位控制系统总体方案设计 . (3)1.1单回路控制系统 (3)1.2水箱液位的串级控制系统 (4)第2章过程控制装置概述 . (6)2.1系统简介 (6)2.2系统装置 (7)2.3 S7-300PLC 控制柜的组成 . (8)第3章硬件组态设计 . (10)3.1PLC 的选择 (10)3.2组态硬件 (11)第4章软件组态设计 . (12)4.1 实现WINCC 与S 7-300的软件通讯 (12)4.2 程序设计 (15)第5章调试过程及结果分析 . (20)5.1单容液位控制系统调试结果及分析 (20)5.2双容串级液位控制系统调试结果及分析 (23)第6章课程设计总结 . (26)参考文献： . (27)绪论课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。
课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对工业的有关方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。
工业生产过程控制是现代工业自动化的一个重要领域。
它是控制理论、生产工艺、计算机技术和仪器仪表等知识相结合的一门综合性应用学科，理论性、综合性和实践性都很强。
随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈，产品的质量和功能也向更高的档次发展，制造产品的工艺过程变得越来越复杂，为满足优质、高产、低消耗，以及安全生产、保护环境等要求，做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。
在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。
几十年来，工业过程控制取得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。
目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。
第1章液位控制系统总体方案设计1.1单回路控制系统图1.1 单回路控制系统方框图图1.1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成。
系统的给定量是一定值，要求系统的被控制量等于给定量所要求的值。
由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中被广泛应用。
选择合适的系统调节规律，能使调节器与调节对象能很好地匹配，使组成的控制系统有更高的动、静态性能指标。
1．比例(P调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快速。
由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在。
2．比例积分(PI调节PI 调节器的积分部分能使系统的类型数提高，有利于消除静差，但它又使PI 调节器的相位滞后量减小，系统的稳定性变差，其传递函数为 (1.1G C (S=KP (1+1 (1.1 T I S这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
3．比例微分(PD调节这种调节器由于有微分的作用，能增加系统的稳定度，比例系数的增大能加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分不能过大，以利于抗高频干扰。
PD 调节器的传递函数为 (1.2G C (S=KP （1+TD S ） (1.24．比例微分积分(PID调节器PID 是常规调节器中性能最好的一种调节器。
由于它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。
它的传递函数为 (1.3G C (S=KP (1+1 +TD S (1.3 T I S本实验系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制量。
系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱的液位在稳态时等于给定值。
由反馈控制1.2为控制系统的方框图。
图1.2 上水箱液位定值控制方框图1.2水箱液位的串级控制系统图1.3液位串级控制系统的方框本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主、副两个回路组成。
每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象，即主回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，作为系统的被控对象，下水箱的液位为系统的主控制量。
副回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，它的输出是一个辅助的控制变量。
本系统控制的目的不仅使系统的输出响应具有良好的动态性能，且在稳态时，系统的被控制量等于给定值，实现无差调节。
当有扰动出现于副回路时，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当被控制量（下水箱的液位）未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对被控制量的影响。
此外，如果扰动作用于主对象，由于副回路的存在，使副对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度，改善了动态性能。
图1.3为相应控制系统的方框图。
，图4为实验系统的结构图图1.4液位串级控制系统的结构图第2章过程控制装置概述2.1系统简介“TkJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置，该装置是本企业根据自动化及其它相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出了一套全新的实验装置，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，解耦控制等多种控制形式。
1、系统组成本实验装置由被控对象和控制柜两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由单相磁力驱动泵、电动调节阀（气动调节阀）、直流电磁阀、电磁流量计及手动调节阀等组成；另一路由西门子变频器、磁力驱动泵、涡轮流量计及手动调节阀等组成。
2、被控对象由不锈钢储水箱、四个有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
3、水箱包括左上、左下、右上、右下四个水箱和储水箱。
四个水箱采用优质无色透明的有机玻璃，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。
上、下水箱可以组合成一阶、二阶、液位单回路控制实验和双闭环等实验。
储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝完全能满足上、下水箱的实验需要。
2.2系统装置1、检测装置(1压力传感器、变送器本装置有一套西门子7MF4□33 系列 SITRANS P - DS III 压力/差压变送器，PROFIBUS-PA 通讯；四套国产的扩散硅压力变送器，精度为0.5级，4—20mA 电流（须外供24V 直流电源）。
(2流量传感器、转换器本装置采用一套西门子的SITRANS F M MAGFLO 电磁流量计电磁流量计，PROFIBUS-PA 通讯。
和三套国产涡论流量计传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。
涡轮流量计型号：LWGY-10，流量范围：0～1.2m3/h，精度：1.0%。
输出：4～20mA 标准信号。
2、执行机构(1气动调节阀气动调节阀如图5所示，由阀门定位器、执行机构、支架、阀体等组件构成。
气动阀的基本原理是高压气（由空气压缩机提供）推动执行机构来实现阀门的开关，而进气量的多少和阀门的开度由阀门定位器控制。
a 气动调节阀b 空气压缩机图2.1气动调节阀和空气压缩机(2水泵本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P ，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W 。
泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。
本装置采用两只磁力驱动泵。
一只为单相恒压驱动，另一只为变频220V 输出驱动。
(3电磁阀在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。
电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃。
3、控制器本实验装置的控制装置有FCS 和DCS 两种控制柜，FCS 控制系统主要由西门子S7-300PLC 及其相关模块组成；DCS 控制系统由和利时的FM801 主控单元组成。
这两种控制方式可通过航空插座转换箱切换。
2.3 S7-300PLC控制柜的组成S7-300属于模块式PLC ，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成。
系统如图2.2。
图2.2 S7-300控制系统示意图1、电源部分控制柜上边为电源部分，最上面第一排依次为电源总空气开关、三相空气开关、单相空气开关、电压指示灯、电压指示表。
三相空气开关是锅炉加热元件的电源开关，做温度实验时须合上此开关，除此现场的其他设备均为单相供电或24V 直流供电，做实验时一定要先合上电源总开关，再合上单相开关。
第二排依次为24V/S7-300电源开关、主泵电源开关、变频器电源开关、电动调节阀电源开关、电磁阀电源开关等。
2、控制器西门子S7-300PLC ，型号为CPU315-2 DP ，它集成了MPI 接口，可以很方便的在PLC 站点、操作站OS 、编程器PG 、操作员面板建立较小规模的通讯。
它还集成了PROFIBUS-DP 接口，通过DP 可以组建更大范围的分布式自动化结构。
工作电压：DC 24V通讯模块：CP56113.3模拟量输入输出模块采用西门子集成模拟量输出模块。
输出控制信号至远程I/O模块。
规格：2×12BIT AO工作电压：DC 24V工作方式：0-20mA 、4-20mA, +/-10V、0-10V 。
本系统采用2路4-20mA 电流输出，接线时要注意。
3、 DP链路采用西门子DP LinK和DP/PA耦合器组成，工作电压为DC24V 。
液位控制系统平台是以西门子S7—300PLC 构成的基于PROFIBUS 现场总线的过程控制系统，其核心部件是西门子S7—300PLC 作为PROFBUS-DP 主站，其他器件有分布式I/O IM153-1、DP/PA连接器IM153-2、DP/PA耦合器FDC157-0和变频器构成DP 从站。
其中IM153-2和FDC157-0通过背板总线连接构成的DP 从站、同时构成了PROFIBUS-PA 主站，而基于PA 总线的气动阀和流量计作为PA 智能从站接到DP/PA耦合器FDC157-0上。