【正文】 ................................................................................. 26 系統(tǒng)軟件選定 ........................................................................................... 27 硬件系統(tǒng) ............................................................................................................. 27 計(jì)算機(jī)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(cè)傳感器 ....................................................................................... 32 軟件系統(tǒng) ............................................................................................................. 34 PID 控制器 ................................................................................................ 36 組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)部分 ................................................................................ 38 PLC 軟件部分 ........................................................................................... 47 第 6 章 結(jié)束語(yǔ) ..................................................................................................................56 致謝 ....................................................................................................................................57 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................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(yīng)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(dòng)維持液位高度，工作人員可以輕易在操作室獲知整個(gè)設(shè)備的儲(chǔ)水狀況，大大減低工作人員工作的危險(xiǎn)性，同時(shí)更提高了工作的效率及簡(jiǎn)便性。 液位控制是工業(yè)中常 見的過程控制，它對(duì)生產(chǎn)的影響不容忽視 。近年來液位控制系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多新型的液位控制儀，如差壓式液位測(cè)量、超聲波液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、光電液位開關(guān)、浮體式液位測(cè)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(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的豐富多樣性。 對(duì)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(yīng)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(duì)參數(shù)變化不敏感和魯棒性強(qiáng)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(yīng)用。 在自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外的液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，美國(guó)、德國(guó)、日本等技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家，生產(chǎn)開發(fā)出一系列實(shí)用性強(qiáng)、性能優(yōu)異的液位控制器以及相應(yīng)的儀器儀表，并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。這些先進(jìn)的控制器不僅能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜環(huán)境下的液位控制系統(tǒng)的控制，而且運(yùn)用先進(jìn)的算法，采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能及計(jì)算機(jī)技術(shù)，使液位控制器的適用范圍更加廣泛。國(guó)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(guó)，雖然液位控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)生活的應(yīng)用十分廣泛，但國(guó)內(nèi)的液位控制器的發(fā)展水平仍 然不高，同先進(jìn)國(guó)家的差距仍然很大。國(guó)內(nèi)的液位控制器仍以常規(guī)的 PID 控制器為主，無(wú)法適用于滯后、復(fù)雜、時(shí)變的液位系統(tǒng)控制。智能化、自適應(yīng)的控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)還沒有相關(guān)的成熟技術(shù)。我國(guó)相關(guān)控制器大量依靠國(guó)外的成熟技術(shù)，這些都是必須正視的現(xiàn)實(shí)。所以，發(fā)展先進(jìn)的液位控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢(shì)。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)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(guó)內(nèi)外液位控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 本設(shè)計(jì)研究的目的及意義 在工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)、電力工程 和 機(jī)械制造等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類 流體的液位高度 進(jìn)行檢測(cè)和控制 .由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，它對(duì)控制調(diào)節(jié)器要求極高。 為了解決人工控制的 控制速度慢、 控制準(zhǔn)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(chǎn)的自動(dòng)化控制。在自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個(gè)很重要的控制參數(shù)就是液位。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)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(dòng)化控制已經(jīng)也不能 夠滿足工業(yè)生產(chǎn)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(shí)。 在我國(guó)隨著社會(huì)的發(fā)展，很早就實(shí)行了自動(dòng)控制。而在我國(guó)液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?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(chǎn)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(dòng)力，更多的時(shí)間。 本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容 本 設(shè)計(jì) 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(nèi)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(gè)人機(jī)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(bào)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(shí)時(shí)的情況控制液位在一個(gè)設(shè)定的范圍之內(nèi)。 結(jié)合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，該設(shè)計(jì)模擬由 PLC、變頻器、水泵、水箱、水池以及相應(yīng)的傳感器組成液位控制系統(tǒng)。水箱 的進(jìn)水處 與水泵的出水口相連接， 同時(shí)還有底部的出水口，而 水泵的進(jìn)水口與儲(chǔ)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(shí)際需求情況來決定出水量的大小，在用水量大的時(shí)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(duì)可能出現(xiàn)的緊急情況處理。 以 3 上 的實(shí)時(shí)信息都會(huì)回傳到主控中心，用組態(tài)王搭建的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì) 把 各個(gè)部分的工作情況展現(xiàn)在人們面前，人們 可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)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(jī)器人和 CAD/CAM） 之一。 PLC 控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平， PLC裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本裝置。 PLC 的產(chǎn)生和定義 PLC 的產(chǎn)生 20 世紀(jì) 60 年代，在世界技術(shù)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(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器。 1968 年，美國(guó)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(yīng)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(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 維護(hù)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(jì)算機(jī)； 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)； 輸入可以是交流 115V； 輸出為交流 115V、 2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥； 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需要很小的變更； 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4KB。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界上第一臺(tái) PLC（ PDP14 型），并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期。從此， PLC 這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā) 展很快。 5 PLC 的定義 國(guó)際工委員會(huì)（ IEC）曾于 1982 年 11 月頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)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(duì)可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)計(jì)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(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功 能的原則設(shè)計(jì)。 定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，是一種計(jì)算機(jī)。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的工業(yè)計(jì)算機(jī)，是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計(jì)算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。 這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，所以編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)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(kuò)充。 定義還強(qiáng)調(diào)了 PLC 能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和適 應(yīng)范圍。這也是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是 PLC 與順序控制器在可編程方面有質(zhì)的區(qū)別。 PLC 引入了微處理機(jī)及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等新一代電子器件，并用規(guī)定的指令進(jìn)行編程，能靈活的修改，即用軟件方式來實(shí)現(xiàn)可編程的目的。 PLC 的特點(diǎn) 可靠性高、抗干擾性強(qiáng) 通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全 編程簡(jiǎn)單、使用方便 模塊化結(jié)構(gòu) 安裝簡(jiǎn)便、調(diào)試方便 網(wǎng)絡(luò)通信 體積小、能耗低、便于機(jī)電一體化 6 PLC 的發(fā)展概況及趨勢(shì) 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(shè)計(jì)自動(dòng)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(gè)階段： 第一階段：從 1969 年第一臺(tái) PLC 問世到 1972 年，是 PLC 的初創(chuàng)階段。它采用計(jì)算機(jī)的初級(jí)語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序：它的 CPU 采用中、小規(guī)模集成電路，以邏輯運(yùn)算為主，只是專用的邏輯處理器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)專用的邏輯控制計(jì)算機(jī)，還缺乏 PLC自己的鮮明的性格，它的價(jià)格昂貴、功能僅限于開關(guān)量邏輯控制。所以它主要用于邏輯運(yùn)算和計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)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(yùn)算、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)功能外，還具有數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)控、記錄顯示、計(jì)算機(jī)接口