液位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-13 10:27 本頁面
【正文】 復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，對過程控制技術(shù)提出了新的要求，迫切需要生產(chǎn)過程集中控制與管理。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品取代了電子真空管，之后，集成電路取代了分立元件，電子儀表的可靠性大為提高，逐步替代了氣動儀表。這時的過程控制系統(tǒng)大量采用單元組合儀表和組裝式儀表，生產(chǎn)過程實現(xiàn)了車間范圍和大型系統(tǒng)的集中監(jiān)控。為了提高控制質(zhì)量和滿足特殊工藝的控制要求，開發(fā)使用了多種復(fù)雜控制系統(tǒng)方案，例如串級控制、前饋控制、比值控制、均勻控制等。特別式前饋控制、選擇控制的實現(xiàn)，使過程控制品質(zhì)、安全性大為提高。前饋控制使控制質(zhì)量顯著提高；選擇控制自動實現(xiàn)保護性自動控制，以免強制性連鎖停車，改變了過去不得不切向手動或被迫連鎖停車的狀況，從而擴大了自動化的范圍。3. 集散控制階段（20世紀70年代中期至今）20世紀70年代，隨著大規(guī)模集成電路出現(xiàn)及微處理器的問世，計算機的性價比和可靠性大為提高，采用了冗余技術(shù)和自診斷措施的工業(yè)計算機完全滿足工業(yè)控制對可靠性的要求，為新的過程控制儀表、裝置與系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供了強有力的支持。此時的大型生產(chǎn)過程一般都是分散系統(tǒng)，這樣可以使生產(chǎn)過程控制分散進行，將發(fā)生故障和危險的風(fēng)險分散?；凇凹泄芾?，分散控制”理念，在數(shù)字儀表和計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的集散型控制系統(tǒng)（DCS, Distributed Control System）在大型生產(chǎn)過程控制中得到廣泛應(yīng)用。過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也由單變量控制系統(tǒng)發(fā)展到多變量系統(tǒng)，由生產(chǎn)過程的定值控制發(fā)展到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等。到20世紀90年代以后，隨著測量儀表數(shù)字化、通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和集散型控制技術(shù)日益成熟、現(xiàn)場總線技術(shù)以及基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制系統(tǒng)逐步推廣、使用，使過程控制系統(tǒng)的開放性、兼容性和現(xiàn)場儀表與裝置的智能化水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。工廠自動化（FA）、計算機集成過程控制（CIPS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）和企業(yè)資源綜合規(guī)劃（ERP）等方案的規(guī)劃和實施，正在成為提高工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)濟效益的關(guān)鍵手段。 本課題研究的內(nèi)容與目的液位自動控制系統(tǒng)中，主要是針對單容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，涉及到液位的動態(tài)控制、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計、PLC控制、位式控制算法、壓力變送器和電磁閥等一系列的知識。設(shè)計單容液位控制系統(tǒng)中，控制方式采用了位式控制算法，控制核心為S7300系列的CPU313C2DP以及PLC內(nèi)部A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，檢測元件為壓力傳感器，執(zhí)行器為電動調(diào)節(jié)閥。通過以上的器件設(shè)備、位式控制算法和上位機的組態(tài)等，實現(xiàn)液位自動控制系統(tǒng)的設(shè)計。本課題研究內(nèi)容：（1）控制器的算法（2）通過PLC實現(xiàn)液位自動控制（3）對輸入變量的轉(zhuǎn)換與歸一化（4）組態(tài)軟件的使用（5）實現(xiàn)上位機對液位的實時監(jiān)控2 液位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 液位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計 硬件設(shè)計是在對課題進行深入分析，對相關(guān)信息進行調(diào)查之后所進行的基礎(chǔ)性工作，是軟件設(shè)計實現(xiàn)的前提。硬件的合理選用，對于整個課題的設(shè)計至關(guān)重要，既要合理、適合，也要經(jīng)濟適用。本設(shè)計要實現(xiàn)用S7300 PLC作為控制器，通過變頻器控制電機速度，同時由變送器和四個液位檢測開關(guān)收集液位信號反饋給PLC來進行進一步控制，從而實現(xiàn)使液位保持在設(shè)定值附近的自動控制系統(tǒng)。 單容水箱的液位控制系統(tǒng)如下圖21所示。圖21 液位控制系統(tǒng) PLC的選型S7300是模塊化的通用型PLC，適用于中等性能的控制要求。SIMATIC S7300編程序控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。其CPU集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。不需附加任何硬件、軟件、編程，就可建立一個MPI網(wǎng)絡(luò)。若有PROFIBUSDP接口，就可建立一個DP網(wǎng)絡(luò)。S7300可大范圍擴展各種功能模塊，很好的滿足自動控制任務(wù)。簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使其應(yīng)用十分靈活。且指令集成功能強大，可用于復(fù)雜控制。其功能較S7200要強大很多。而且，就其價格而言，又較S7400要經(jīng)濟得多。所以，S7300是本次設(shè)計中控制器的首選。 CPU型號的選擇S7300有20種不同等級的CPU，分別使用于不同等級的控制要求。CPU 313C2 DP帶集成數(shù)字量輸入/輸出和PROFIBUS DP主站/從站接口的緊湊型CPU，帶有與過程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)，可以連接單獨的I/O設(shè)備。該控制器配置為：16DI/16DODC24V、Flash EPROM微存儲器卡（MMC）、一個MPI接口和一個DP總線接口。相比之下，CPU 312C適用于對處理能力有較高要求的小型應(yīng)用；CPU 313C滿足對處理能力和響應(yīng)時間要求較高的場合，但不帶主站/從站接口；CPU 312適用于全集成自動化的基本型CPU及中等處理速度的小規(guī)模應(yīng)用；CPU 314適用于中等處理量的應(yīng)用；而CPU 3152 DP、CPU 3152 PN/DP、CPU 3172DP、CPU 3172 PN/DP及CPU 3193 PN/DP，固然有較高的性能，可用于要求較高的應(yīng)用，但對于本設(shè)計來說是不經(jīng)濟的，也是不必要的。CPU 313C2DP實物如圖22所示。 圖22 CPU 313C2DP 圖23 SM334 模擬量輸入/輸出模塊 模擬量模塊（SM）的確定
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