【正文】 ................................................................................. 26 系統(tǒng)軟件選定 ........................................................................................... 27 硬件系統(tǒng) ............................................................................................................. 27 計算機部分 ............................................................................................... 28 PLC 邏輯控制器部分 ............................................................................... 29 變頻器 ....................................................................................................... 30 多主站 PPI 電纜 ....................................................................................... 31 液位檢測傳感器 ....................................................................................... 32 軟件系統(tǒng) ............................................................................................................. 34 PID 控制器 ................................................................................................ 36 組態(tài)王軟件設計部分 ................................................................................ 38 PLC 軟件部分 ........................................................................................... 47 第 6 章 結束語 ..................................................................................................................56 致謝 ....................................................................................................................................57 參考文獻 ............................................................................................................................58 附錄 1：初始化配置 .........................................................................................................59 附錄 2： PLC 程序 ............................................................................................................60 1 第 1 章 引 言 液位控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 近幾十年來，液位控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在發(fā)展和研究上也趨于完備，控制的概念更是應用在許多生活周圍的事物。 液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少的，例如：蓄水槽、污水處理廠等都需要液位元的控制。使用液位控制系統(tǒng)來自動維持液位高度，工作人員可以輕易在操作室獲知整個設備的儲水狀況，大大減低工作人員工作的危險性，同時更提高了工作的效率及簡便性。 液位控制是工業(yè)中常 見的過程控制，它對生產的影響不容忽視 。近年來液位控制系統(tǒng)取得了很大的進步，出現(xiàn)了許多新型的液位控制儀，如差壓式液位測量、超聲波液位計、雷達液位計、光電液位開關、浮體式液位測量等，這些控制器的出現(xiàn)大大提高了控制系統(tǒng)的精度，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富多樣性。 對于液位控制系統(tǒng)，常規(guī)的 PID 控制采用固定的參數(shù)，難以保證控制適應系統(tǒng)的參數(shù)變化和工作條件變化，得不到理想效果，模糊控制具有對參數(shù)變化不敏感和魯棒性強等特征，但控制精度不太理想。 因此，除了傳統(tǒng)的 PID 控制系統(tǒng)外，近年來隨著組態(tài)王和 PLC 的快速發(fā)展，也得以廣泛應用。 在自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外的液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國、德國、日本等技術領先國家，生產開發(fā)出一系列實用性強、性能優(yōu)異的液位控制器以及相應的儀器儀表，并廣泛應用于生產生活的各個領域。這些先進的控制器不僅能實現(xiàn)各種復雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運用先進的算法，采用自適應控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及計算機技術，使液位控制器的適用范圍更加廣泛。國外的液位控制器正朝著高精度、智能化等方向快速發(fā)展。 反觀我國，雖然液位控制系統(tǒng)在國內生產生活的應用十分廣泛，但國內的液位控制器的發(fā)展水平仍 然不高，同先進國家的差距仍然很大。國內的液位控制器仍以常規(guī)的 PID 控制器為主，無法適用于滯后、復雜、時變的液位系統(tǒng)控制。智能化、自適應的控制系統(tǒng)，國內還沒有相關的成熟技術。我國相關控制器大量依靠國外的成熟技術，這些都是必須正視的現(xiàn)實。所以，發(fā)展先進的液位控制技術是我們必須重視的趨勢。 隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們對液位控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精2 度、智能化、人性化的液位控制系統(tǒng)是國內外液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。 本設計研究的目的及意義 在工業(yè)生產過程中， 液位 變量是最常見、最廣泛的過程參數(shù)之一 。 在 生活供水、石油 工業(yè)、化工生產、電力工程 和 機械制造等諸多領域中，人們都需要對各類 流體的液位高度 進行檢測和控制 .由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點，它對控制調節(jié)器要求極高。 為了解決人工控制的 控制速度慢、 控制準度低、靈敏度低等一系列問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產的自動化控制。在自動化控制的工業(yè)生產過程中，一個很重要的控制參數(shù)就是液位。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產的安全與否、生產效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高， 一般的自動化控制已經(jīng)也不能 夠滿足工業(yè)生產控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制（ PLC）。引入 PLC 使控制方式更加的集中、有效、 及時。 在我國隨著社會的發(fā)展，很早就實行了自動控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制 等 。 液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產都帶來了不可想象的變化。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。 本設計研究內容 本 設計 的系統(tǒng) 是 基于組態(tài)王監(jiān)控和 PLC 控制的 變頻水泵 液位 跟蹤 控制系統(tǒng)。 其內容主要包括兩部分：一、采用組態(tài)王 工業(yè)控制軟件建立一個人機交互的監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控的信息是液位、水量、水泵以及報警信息。二、采用西門子公司的 S7200的 PLC 控制器組成的液位控制系統(tǒng)，根據(jù)實時的情況控制液位在一個設定的范圍之內。 結合實際應用環(huán)境，該設計模擬由 PLC、變頻器、水泵、水箱、水池以及相應的傳感器組成液位控制系統(tǒng)。水箱 的進水處 與水泵的出水口相連接， 同時還有底部的出水口，而 水泵的進水口與儲水池相連接， 變頻器、水泵由 PLC 控制。水箱的出水口是根據(jù)實際需求情況來決定出水量的大小，在用水量大的時候， 控制變頻器的輸出使 水泵的出水量 變 大，反 之則小。再加上 針對可能出現(xiàn)的緊急情況處理。 以 3 上 的實時信息都會回傳到主控中心，用組態(tài)王搭建的實時監(jiān)控系統(tǒng)會 把 各個部分的工作情況展現(xiàn)在人們面前，人們 可以實現(xiàn)遠程控制，方便管理也節(jié)約了成本，因此研究它有重要的意義 。4 第 2 章 PLC 可編程控制器 可編程序控制器（ Programmable Controller,英文縮寫為 PC,后又稱為 PLC）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數(shù)字技術和通信網(wǎng)絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可 靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（ PLC、機器人和 CAD/CAM） 之一。 PLC 控制技術代表著當前程序控制的先進水平， PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置。 PLC 的產生和定義 PLC 的產生 20 世紀 60 年代，在世界技術改造的沖擊下，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應速度更快的新型工業(yè)控制器。 1968 年，美國最大的汽車制造商 —— 通用汽車公司從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件后，立即引起了開發(fā)熱潮。 這十大條件是： 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序； 維護方便，最好是插 件式； 可靠性高于繼電器控制柜； 體積小于繼電器控制柜； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 在成本上可與繼電器控制柜競爭； 輸入可以是交流 115V； 輸出為交流 115V、 2A 以上，能直接驅動電磁閥； 在擴展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更； 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4KB。 1969 年美國數(shù)字設備公司研制出世界上第一臺 PLC（ PDP14 型），并在通用汽車公司自動裝配線上試用獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。從此， PLC 這一新的控制技術迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達國家發(fā) 展很快。 5 PLC 的定義 國際工委員會（ IEC）曾于 1982 年 11 月頒布了可編程控制器標準草案第一稿，1985 年 1 月又發(fā)表了第二稿， 1987 年 2 月頒布了第三稿。該草案中對可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術計算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功 能的原則設計。 定義強調了 PLC 是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，是一種計算機。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計”的工業(yè)計算機，是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機通信聯(lián)網(wǎng)的功能。 這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，所以編程方便。它能完成邏輯運算、順序控制、定時計數(shù)和算術操作，而且還具有“數(shù)字量和模擬量輸入輸出控制”的能力， 容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，便于擴充。 定義還強調了 PLC 能直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和適 應范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 應該強調的是 PLC 與順序控制器在可編程方面有質的區(qū)別。 PLC 引入了微處理機及半導體存儲器等新一代電子器件，并用規(guī)定的指令進行編程，能靈活的修改，即用軟件方式來實現(xiàn)可編程的目的。 PLC 的特點 可靠性高、抗干擾性強 通用性強、靈活性好、功能齊全 編程簡單、使用方便 模塊化結構 安裝簡便、調試方便 網(wǎng)絡通信 體積小、能耗低、便于機電一體化 6 PLC 的發(fā)展概況及趨勢 PLC 的發(fā)展概況 PLC 的發(fā)展速度十分驚人，目前用可編程序控制器設計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。 PLC 的發(fā)展大致可以分為以下四個階段： 第一階段：從 1969 年第一臺 PLC 問世到 1972 年，是 PLC 的初創(chuàng)階段。它采用計算機的初級語言編寫應用程序：它的 CPU 采用中、小規(guī)模集成電路，以邏輯運算為主，只是專用的邏輯處理器實質上是一臺專用的邏輯控制計算機，還缺乏 PLC自己的鮮明的性格，它的價格昂貴、功能僅限于開關量邏輯控制。所以它主要用于邏輯運算和計數(shù)、計時和順序控制等功能。 第 二階段：從 1973 年到 1978 年，是 PLC 的成熟階段。 在控制功能上，除了具有位邏輯運算、計數(shù)、計時功能外，還具有數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)控、記錄顯示、計算機接口