毕业论文（设计）
题目： 基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计
姓 名： 濮孝金 学 号： 122120018 专 业： 机械电子工程 年 月
摘要
在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。
为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。 关键词：水塔液位控制，水位控制，继电器，PLC
Abstract
In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to complete the performance capability aiming at doing a needs analysis. The main experimental method used is to install an automatic water level measuring device on the tank. The level sensor detecting the water tank to measure the actual water level
and the control module to send information to the PLC, via A / D conversion, the data obtained is compared with the set level, the controller processes the data and sends the appropriate commands to control the motor speed change pumping rate, the water level maintained in the proper position. Than Touch screen completes the level display, fault alarm information display, real-time and historical curve curves show. If the water level is lower or higher than the set value, the hazard warning signal will be issued In this paper , PLC automatic water supply system based on good execution process level control .
Keywords: tower water; water level control; relays; PLC
目 录
第一章 绪论 ........................................................... 1
§ 1.1研究背景 .................................................... 1
§ 1.2 PLC的产生与发展 ............................................ 1
1.2.1 PLC的产生 ............................................... 1 1.2.2 PLC技术的发展 ........................................... 2 § 1.3设计任务 .................................................... 3 第二章 液位控制装置硬件设计 ........................................... 4 § 2.1 自动液位控制系统应用简介 ................................... 4
§ 2.2液位控制装置硬件组成 ........................................ 4 § 2.3 PLC的基本结构 ............................. 错误！未定义书签。
2.3.1中央处理单元(CPU) ....................... 错误！未定义书签。
2.3.2 I / O模块 .............................. 错误！未定义书签。 2.3.3 电源模块 ............................... 错误！未定义书签。 § 2.4 PLC的工作原理 ............................. 错误！未定义书签。
2.4.1 公共处理扫描阶段 ....................... 错误！未定义书签。 2.4.2 输入采样扫描阶段 ....................... 错误！未定义书签。 2.4.3 执行用户程序扫描阶段 ................... 错误！未定义书签。
2.4.4 输出刷新扫描阶段 ....................... 错误！未定义书签。 § 2.5水箱液位控制系统组成及工作原理 .............................. 5 2.5.1 液位控制系统结构图： .................................... 6
2.5.2 液位控制系统工作原理 .................................... 6 2.5.3液位控制系统工作过程： ................................... 6
2.5.4水箱液位的标定 ........................................... 6
第三章 液位控制系统软件设计 ........................................... 7
§ 3.1 PLC软件程序介绍 ........................... 错误！未定义书签。
3.1.1 梯形图的组成： ......................... 错误！未定义书签。
3.1.2 梯形图的几个特点 ....................... 错误！未定义书签。 3.1.3 梯形图的格式 ........................... 错误！未定义书签。 § 3.2程序设计流程图 .............................................. 7 § 3.3 PLC中PID控制器的实现 ...................................... 7
3.3.1 PID算法 ................................................ 7
3.3.2 PLC实现PID控制的方式 .................................. 8 3.3.3 连续调节器FB41的使用 .................................. 8 § 3.4系统软件设计 ................................................ 9 第四章 装置测试与结果分析 ............................................ 10 致谢 ................................................................. 11 参考文献 ............................................................. 11
第一章 绪论
§ 1.1研究背景
目前，城市液位控制系统主要为水厂、生活区、高层建筑液位控制系统等仍使用较传统的方法液位控制。给水工作人员基于历史数据和工作经验人工调节水泵电机的开停来实现水位的控制。当用水量增加时， 水压降低，此时手动增大水泵功率；当用水量减少时，水压变大，此时把水泵电机功率降低或让水泵停机。由于水泵是液位控制工程的通用机械，消耗大量能源。在我国 ，每年在水泵上的能源消耗占总用电量的21％。为了节约能源，必须采取措施改良泵站，以适应负载的变化来运行。 传统的液位控制方式有很多不足之处，尤其是对多台泵水系统。首先，由于水泵电机工作时只有额定运行和停车两种工作状态，并且系统完全依赖于人工操作进行控制，如此以来就不能提供一个稳定的液位控制压力，而且断水、水管崩裂、管道共振等现象经常出现。其次，由于水泵电机只能工作在工频状态，长期高速运行，电能浪费较大，据统计，在目前传统的供水方式中，电费在水费成本中的
比例高达45% 以上。再次，由于对电机的人为控制很难保证切换秩序准确性，加大了电机运行故障的可能性，容易造成电机在长远运作过程中不均匀磨损，机械磨损大就会缩短设备寿命且维护量大，设备和劳动力成本较高。最后，目前的城市生活区高层液位控制系统，基本都采用高位水箱或水塔液位控制，这种方式的建设既增加基础设施投资，也造成水资源二次污染。
使用新型基于PLC的控制塔与过去水塔液位控制方式相比，无论在设备投资方面，还是运行经济性、稳定性、可靠性、自动化程度方面都有着不可比拟的优点，再者还具有显著的节能效果。恒压液位控制系统，引起了国内几乎所有设备制造商的重视并不断投资研发，旨在生产高科技产品。目前， 产品正向着高可靠性，全数字微机控制，多品种系列方向发展。追求高度自动化、智能化、标准化是未来液位控制系统着眼于开发城市建设智能楼宇、和液位控制管网的必然趋势。
本文重点介绍基于PID控制的自动液位控制装置的相关内容及设计，使模拟水塔的水箱液位保持动态平衡。通过软件调整PLC控制器内的参数，结合液位变送器反馈的实时液位信号再经PID计算输出控制量控制水泵功率调节进水，如此构成单闭环系统。 水箱水位控制系统集PLC控制技术、PID控制技术，电力电子技术，微电子技术、计算机技术和检测技术于一体，该液位控制装置可以提高液位控制的稳定性和可靠性，具有良好的控制水位动态平衡的效果。
§ 1.2 PLC的产生与发展
1.2.1 PLC的产生
1960年随着小型计算机的产生和大型规模开发生产，人们都试图实现以小型工业控制计算机来代替传统的继电器控制接触器。然而，由于小型工业控制计
基于PLC的液位控制系统设计
