基于s7-300plc和wincc組態(tài)的單容水箱液位控制(已修改)
2024-11-26 03:28 本頁面
【正文】 電氣工程與自動化學院 基于 S7300PLC 和 WINCC 組態(tài)的單容水箱液位控制 專業(yè)班級 ：自動化 113班 學 號： 04 姓 名：郭曉鵬 指導老師：朱俊林 時 間： 2020 年 6月 10 日 摘要 本文以西門子 S7300PLC 為主要控 制器，單容水箱液位為控制對象，設計了一個單閉環(huán)單容水箱液位定值控制系統(tǒng)，液位信號通過液位變送器變送至 PLC，經(jīng)過 PLC 中 PID智能控制算法對數(shù)據(jù)進行處理，輸出控制信號經(jīng)過 D\A 轉(zhuǎn)換控制執(zhí)行機構變頻器，進一步控制 壓力泵 ，從而使液位達到預期 給定值。并運用西門子 WINCC flexible SMART 觸摸屏系列組態(tài)產(chǎn)品，為系統(tǒng)設計了界面良好的人機界面，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的實時監(jiān)控。 關鍵詞：單容水箱；液位控制； PLC； WINCC flexible PID 第一章 引言 簡介 過程控制是自動化技術的一個重要應用領域，它是指對液位，溫度，配比，流量，壓力等過程量的實時監(jiān)控。在冶金，機械，化工，電力等方面得到了廣泛的應用。尤其是水位控制技術在現(xiàn)實生活，生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用；比如民用水塔的供水，如果水位太低，則會影響居民用水 ，過高又會導致成本的增加或者降低系統(tǒng)經(jīng)濟效益。此外工礦企業(yè)的排水與給水，如果排水與給水控制失調(diào)，則會影響車間的生產(chǎn)狀況；鍋爐汽包液位的控制，如果鍋爐內(nèi)液位過低，可能會導致鍋爐內(nèi)部溫度過高，可能引發(fā)生產(chǎn)事故，此外還有精餾塔液位的控制等等。而對這些過程量的傳統(tǒng)控 制方法基本上都是依靠高強度的人力勞動，或者傳統(tǒng)的模擬儀表（指針式，浮子式，磁電式，接近開關，電容式等）來顯示控制被控對象的當前值 ，但是這些傳統(tǒng)的控制有其顯著的缺點：對操作人員的要求高，人機界面不友好，控制精度不夠高，特別是當系統(tǒng)的模型或者某些參數(shù)發(fā)生變化后，系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性都無法得到保證，所有這些需要迫切解決的問題催生了 21 世紀以來的各種智能控制技術的迅猛發(fā)展，其中一項就是 PID 先進控制技術，這一技術以其靈活，易操作，控制性能優(yōu)良而廣泛應用于各個 生產(chǎn)領域，因此研究 PID 在液位控制方面的應用具有很高的使用 價值。 另一方面， PLC 的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)局面，不但如此， 被稱為“工業(yè)界的藍領計算機”的 PLC 自 1968 年誕生以來，經(jīng)過 不斷地創(chuàng)新與發(fā)展，尤其是 PLC 被應用到計算機，通信，自動控制等領域，使得 PLC 不但能夠完成簡單的邏輯運算，在模擬量控制，網(wǎng)絡通信， HMI 等的領域也是越來越廣泛和深入，并集三電（電控裝置，電儀裝置，電氣傳動控制裝置）于一身，使得 PLC 在工廠中倍受歡迎，用量高居首位，成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱（ PLC，機器人， CAD\CAM），這些都預示著 PLC 在未來的廣闊前景，加之近年來西門 子提出的 TIA（全集成自動化）思想在工業(yè)應用中日益廣泛。能夠熟練地掌握西門子 PLC 的編程和工業(yè)網(wǎng)絡技術，對解決工程中的 PLC 和網(wǎng)絡通信問題尤為重要。 以 S7300PLC 為控制器，將液位信號經(jīng)液位變送器轉(zhuǎn)換為標準4~20mA 電流信號送至 PLC，經(jīng)過 PID 控制算法處理數(shù)據(jù)，并將控制信號經(jīng) D\A 變送裝置控制變頻器，從而控制壓力泵控制水箱進水速度，最終使得箱內(nèi)液位恒定在給定值，實現(xiàn)無差控制液位。采用WINCC flexible 組態(tài)技術為系統(tǒng)設計良好的人機界面。 學習使用變頻器，掌握其內(nèi)控與 外控模式，掌握 PLC 控制單元的使用，了解其工作機制，掌握西門子模擬量輸入輸出通道的應用。 1 根據(jù)系統(tǒng)要求進行硬件選型 ，并列出所選型號的技術參數(shù)。 2 對 PLC 進行硬件組態(tài)，并進行 I/O 分配。 3 按系統(tǒng)要求進行硬件連接 4 系統(tǒng)控制程序的編寫與調(diào)試 5 組態(tài)界面的設計，主要實現(xiàn)通過 WINCC Flexible Smart 觸摸屏組態(tài)界面控制系統(tǒng)的啟動與停止， PID 參數(shù)的輸入與修改，給定液位和實際液位顯示窗口，繪制系統(tǒng)階躍響應曲線。 考慮 到初次接觸本系統(tǒng)設計，將本次設計分為四個步驟進行，分別為：第一步，系統(tǒng)的硬件選型，包括控制器 PLC 型號，變頻器，流量計，液位變送器的選擇；第二步，基于 STEP7 的控制程序的編寫，主要使用到 FB41 背景數(shù)據(jù)塊和 FC105， FC106 模塊實現(xiàn)信號的A/D， D/A 轉(zhuǎn)換， PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計：第三步： WINCC 組態(tài)界面的設計；第四步：系統(tǒng)的綜合調(diào)試。 第二章 系統(tǒng)的硬件 選型 本次設計采用西門子 300 系列 CPU314C2PN/DP，其主要特點如下 。 西門子 CPU 314C2 DP 是緊湊型 CPU，適合安裝在分布式結構中。通過其擴展工作存儲器，該緊湊型 CPU 也適用于中等規(guī)模的應用。集成的數(shù)字量和模擬量輸入和輸出可與過程信號直接連接。集成的 的 PROFIBUS DP 主站 /從站以及 PROFINET IO 控制器 /I設備接口，用于 PROFIBUS 和 PROFINET 的分布式連接。這使得 CPU 314C2 PN/DP 可作為進行快速處理的分布式單元使用，也可作為 PROFIBUS 和 PROFINET 系統(tǒng)中具有低端現(xiàn)場總線系統(tǒng)的上位控制器。 除此之 外，該 CPU 還是 帶 有 集成的數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出的緊湊型 CPU， 對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力 ，這一點對于有較高精度要求的液位控制系統(tǒng)很重要。 工業(yè)網(wǎng)絡接口方面通過 PR
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