基于PLC水箱液位控制系统毕业设计

基于西门子S7-200系列PLC的液位控制系统

摘要：可编程逻辑控制器（PLC）是一种数字运算操作电子系统，适用于在工业环境下控制各类机械设备。液位控制是工业生产中常见的一种过程控制，采用PID控制方法，可以使液位控制系统更好而适应工业生产中的工作条件变化。本设计是利用PLC自带的PID调节模块，调整比例系数、积分时间、微分时间，输出信号控制电动调节阀的开度，从而控制水箱内部液位的高度。

关键词：PLC；MCGS运行环境；液位控制

一、引言

本设计利用西门子S7-200系列PLC自带的PID调节模块，不断调节PID的各项参数，通过输出信号对电动调节阀的开度进行控制，比较各个参数下的控制性能，进而控制水箱内部的液位高度。因此，本设计对液位系统控制原理进行了分析，对控制方式与控制性能进行了比较，对软件设计进行了简要的阐述。

二、控制系统设计及参数

上水箱液位自动调节系统设计：

本设计中我们需要对上水箱的液位进行控制，其中，SP为给定信号（由操作者通过PC端设定），PV为控制变量。当水箱中的液位高度小于给定值时，给定值与压力变送器检测到的反馈值之差就是PID调节器的输入偏差信号。

系统开始运行时，单相泵正常运行，打开上水箱的出水阀及其他相关阀门，并通过控制电动调节阀的开度控制水流量。具体调节方法如下：压力变送器检测到的电信号送入PLC并转换为数字信号，经过PLC的PID程序运算后输出转化为4~20mA的模拟电信号至电动调节阀中，以控制电动阀的开度。当水箱内的液位高度与给定值达到一致后，PID调节器的输入偏差信号为零，电动调节阀维持当前开度不变，水箱中的进出水量保持一致，水箱内的液位高度也将不会变化。

而比例-积分-微分(PID)调节器是常规调节器中性能最好的一种调节器，PID调节器因其兼具各类调节器的优点，从而能使系统达到更高的控制质量。本设计中采用的单闭环控制系统参数如下：被控系统液位的最大值和最小值：MAX:37cm ；MIN:0cm；液位检测仪表: PT330-G10KG13型号液位传感器；控制阀: QSTP-16K电动调节阀，手动机械调节阀；控制器：S7-200PLC；控制性：QSTP-16K电动调节阀：单极性；S7-200PLC：单极性；误差：不超过5%；控制界面：以MCGS界面来控制液位，可调节调整比例系数、积分时间、微分时间等参数。

目 录

第一章 设计课题和总体方案确

1.1设计课题

1.2总体方案

第二章 传感器的选择

2.1液位传感器/变送器

2.1.1液位变送器种类

2.2液位变送器的选择

2.2.1工作原理

2.2.2技术参数

2.2.3液位变送器的零点误差

2.2.4液位变送器的满度误差

第三章 西门子CPU222系列PLC介绍

3.1 西门子PLC控制系统

3.1.1 CPU模块

3.1.2 I/O模块

3.1.3电源模块

3.2 过程建模

3.3 PLC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

第五章 变频器的选择

5.2变频器的选择

5.2.1 变频器的基本结构

5.2.2变频器的原理

5.2.3变频器选择

第六章 电源的选择

6.1直流电源的选择

6.1.1直流电源的原理

6.1.2考虑的问题

6.1.3工作模式

6.1.4响应时间

DOI：10．19392/j．cnki．1671-7341．201927007水箱水位PLC自动控制系统的设计

许赟

江苏雷博科学仪器有限公司江苏无锡214400摘要：在本研究中针对水箱水位可编程控制系统进行分析设计，阐述了该系统的构成，硬件设计。软件设计，通过该系统能够实现建筑设备稳定运行以及自动化控制。关键词：水箱水位；PLC；自动控制系统；设计一、系统阐述PLC系统。从其结构上来看，PLC系统是集散型控制系统，此外也有全分布式控制系统这两种类型，其中目前采用最广的是体系系统。该系统由现场监控设备构成的多台CCD控制器，进而能够对控制器完成实时设备监控，在中央控制室中设置数字显示计算机。在给排水子系统中，该系统主要保障供排水系统能够实现生产运行，从内容上来看能够对排水泵，给水泵，污水泵的运行参数进行实时监测，能够对不同的水箱，污水池具体的水位情况以及压力参数进行实时监测，利用该信息控制水泵的启动和停止。对给水系统来说，给水系统主要是由阀门，水箱，水泵等设备共同构成的，在对给水系统进行监控过程中，主要从以下几点出发：首先，监测水泵的运行状态，以及有效控制水泵的启动和停止时刻，监视水泵出现一些故障之后的报警信号，监测水箱的水位情况，一旦超过水位限值则需要及时发出报警信号。二、水箱水位的自动化控制在水位水箱自动化控制系统中，主要是由高低水位检测电路，电动机，控制电路，监控台以及可编程控制部件共同构成的，其中最核心的是可编程控制部件。从高低水箱的水位检测电路上来看，高层建筑为实现稳定供水，通常在楼顶设置水箱，该水箱的水控制是高层建筑当前应用范围较广的一种技术。在本研究中采用插入式磁性液位变送器，将其作为水位检测电路，而对于UR插入式磁性液位变送器来说，由于其利用环形磁性浮子，能够随其液面的上升和下降，使传感器的干簧管吸合之后，能够将水位信号转化为相应的电阻值，该信号能够与数字显示器进行配套使用，进一步实现对水面液位的远距离操控检测，及时发出信号报警，做好相应的控制操作。UB型插入式磁性液位器是在上述前提下，利用接线盒加入模块，能够将电阻信号转为标准信号，这种信号能够与仪表和工控机设备共同使用，实现远距离监测和故障报警。在传感器检测管中安装有精密干簧管和电阻管，当管外的磁性附着水面出现液位明显变化时，此时检测管中主要位于页面干簧管，接通之后能够使电阻值发生显著变化，此时接线盒的电路模板会改变该信号，将其转为相应的电路输出信号。从水泵电动机的电路设计上来看，针对给排水工程采用三相异步电动机，该电动机从原理上属于单向旋转式设备，由于该电动机控制过程中需要完成手动切换按钮以及接触开关，其次能够利用交流接触器对电动机的运行情况进行有效控制，在不同接触动作中辅助常开触头闭合，形成一种自锁反应体系，这种触头也被认为是自锁触头，能够确保电动机实现长期稳定运行。短路保护，是在电路中通过利用断路器和熔断器用于短路保护，在电路中出现短路故障过程中时熔断器会熔断熔丝或者切断断路器主动触头，进一步实现短路保护功能。过载保护，是利用热继电器作为过载保护的重要装置，当电动机过载时，双金属片经过受热之后会完全断开常闭触点，当交流处接触器断电之后会停止电动机的运行情况，对于水泵电动机来说，水泵是否能够实现正常运行，对于人们用水和消防安全来说是十分重要的作用，为确保其能够实现高效稳定运行，在水泵电动机的电路设计中需要设置两台给水泵，其中一台作为备用，另一台能够在出现故障过程中作为备用泵使用，并及时发出故障报警信号。三、可编程控制器的硬件设计水泵房自动控制的规定。根据国家有关标准，针对水泵房自动控制在实际过程中有相应的要求，其中表明有多台水泵的机房需要根据相应的供水工艺安装下列装置，比如，高低水位信号灯，水位控制开关，信号指示，电动机等多种信号指示，自动切换按钮，手动和自动切换以及故障报警，而对于水泵房集中控制具有相应功能，能够实现远程手动以及自动模式的切换选择，进行水位和信号指示测量，受控水泵能够实现电动机运行参数状态分析，以及电气故障实时监测和故障报警。自动切换备用水泵的等。确定控制方式，随着近年来微处理器技术的发展，逐渐呈现以微处理器为主的智能仪表装置，在此基础上研发了可编程控制器，能够综合利用多项技术，具有故障自检，诊断监控，自动调节，报警等功能。在本系统中采用了可编程控制系统作为控制方式。四、可编程控制系统的软件设计该程序所储存的语句能够用于内容解释和执行程序，具体过程为，手动和自动控制一号水泵，当其处于手动状态时，需要启动一号水泵，通过按钮的控制，能够对水泵启停进行合理控制。当其处于制动状态时，如果高水位当前显示低水位状态和没水时，由高水位信号自动控制水泵的启停，累积水泵的运行时间。其次，水泵的手动如上所示，步骤相同。当两水泵互为备用，在设定水泵运行时间时可将其累积时间设置到完成自动切换，然后利用m170和m160的时间设置，其不能高于水泵的运行时间。液位报警，当高水位处于低水位，高水位，液位报警。在人机界面设置过程中按钮能够用于清理操作，可以设置水箱的报警信号，液位高度和水泵备用泵替换时间。在远程监控方面，当水泵处于远程监控状态时，需要接通x010之后由工作人员通过人机界面对其采取实时监控。总而言之，本研究针对当前高层建筑水箱水位控制，利用可编程控制器统将其用于建筑设备中，经过实际运行发现，该系统具有良好的安全性，稳定性，能够满足建筑设备的自动化合理控制。参考文献：［1］刘小春．基于PLC的水箱水位PID控制系统设计［J］．装备制造技术，2017（6）．［2］卢春华，石峰，范六灿．双容水箱液位控制系统设计［J］．山东工业技术，2018（13）．

第３４卷第８期　２０１３年８月　湖南科技学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ＿０１．３４　Ｎｏ．８　Ａｕｇ．２０１３　

基于ＰＬＣ与组态王的液位控制系统设计与实现　

李彪　

（宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州２３４０００）　

摘要：液位控制系统在工业控制领域应用广泛，文章以过程控制系统实验装置中的水箱液位控制为研究对象，其中控　制器采用西门子ＣＰＵ２２４型号并对模拟量模块进行扩展以便采集现场模拟信号，执行器采用电动调节阀，控制算法采用ＰＩＤ　

控制对其参数整定，并利用组态王软件构建组态环境进行调试　结果表明，采用ＰＩＥ）控制算法实现对液位的控制，系统运　行平稳，超调量为１１％，调节时间大概为３ｍｉｎ，能够基本满足液位控制要求。　

关键字：ＰＬＣ；液位控制；组态；ＰＩＤ控制　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７３－２２１　９（２０１　３）０８－００２４－０４　

０引　言　液位是过程控制系统中非常普遍的被控对象，液位控制涉及工控领域广泛，同时液位控制具有非线性及滞后性等特点，　常规控制方法往往难以满足控制要求，因此液位控制系统的可靠性及控制方案的精确选择至关重要【”。在现代化的工业生产　

控制环境下，ＰＬＣ的高可靠性及稳定性得到广泛应用，组态软件能够完成对现场数据的采集、实时曲线和历史曲线的　显示、　

在线修改控制参数及报表输出等功能而被广泛应用。本文介绍的液位控制系统结合ＰＬＣ技术和组态王软件实现液位控制，　

对控制过程进行实时整定及在线监控，具有控制灵活方便、显示直观及控制效果好等优点　。　

１液位控制系统的组成　

控制的目的使水箱液位在某一给定值上下较小范围内变化。其控制系统结构图如图１所示。主要有组态环境、ＰＬＣ控　

制器、上下水箱、电动调节阀、液位变送器、变频器、水泵及压力变送器等组成。组态王和ＣＰＵ２２４实时通信，实现模拟信　号的传输、显示及ＰＩＤ参数的调整。ＥＭ２３１及ＥＭ　２３２实现４￣２０ｍＡ液位信号的采集及控制信号的输出控制电动调节阀。