【正文】 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。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。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。智能化、自適應的控制系統(tǒng)，國內還沒有相關的成熟技術。 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。 在我國隨著社會的發(fā)展，很早就實行了自動控制。 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)。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。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。 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。 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。 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。 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。 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。 第 二階段：從 1973 年到 1978 年，是 PLC 的成熟階段。 第三階段：從 1978 年到 1984 年，是 PLC 的大發(fā)展階段。 它的編程語言除了梯形圖、流程圖、語句外表外，還能用高級語言，如 BASIC、 PASCAL、 C 語言、數(shù)控語言等。 一 、 大型化 大型 PLC 向著大存儲容量、高速度、高性能、增加 I/O 點數(shù)的方向發(fā)展。 PLC 的主要功能 PLC 在不斷發(fā)展，其性能也在不斷的完善、功能也在不斷的增強。配置 PID 控制單元或模塊，對控制過程中的某一變量進行 PID 控制。 順序控制：在工業(yè)控制中， PLC 實現(xiàn)順序控制可以采用 IEC 規(guī)定的用于順序控制的標準化語言 —— 順序功能圖（ Sequential Function Chart SFC）進行設計，可以用移位寄存器和順序控制指令編寫程序。 圖 21 PLC 的基本組成 微處理器 存儲器 電源 輸 入 單 元 輸 出 單 元 編程器 SB SQ SA KM YV HL 9 各組成部分的作用 一、 CPU： 將各種輸入信號取入存儲器。 二、 存儲器： RAM：存儲 各種暫存數(shù)據(jù)、中間結果、用戶正調 試的程序。 可控硅 高速大功率 。 PLC 的工作原理 PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括 5 個 階段：內部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、執(zhí)行用戶程序、輸出處理，其工作過程如圖 22所示： 10 圖 22 PLC的工作原理圖 當 PLC 方式開關置于 RUN 時，執(zhí)行所有階段；當方式開關置于 STOP 時，不執(zhí)行后三個階段；此時可進行通信處理，如對 PLC 聯(lián)機或離線編程。 S7200 可編程控制器簡介 PLC 中的 S7200 是德國西門子公司 1996 年推出的產品，它屬于小型 PLC，在1998 年升級為第二代產品， 2021 年升級為第三代產品。 S7200 的基本構成 S7200 系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分構成，其組成圖如圖 23 所示： 圖 23 S7200 PLC 系統(tǒng)組成 計算機 CPU 主機 TD200 文本 顯示 器 TP 系列 觸摸屏 通信及 網(wǎng)絡設備 EM1 擴展 模塊 其他 設備 工業(yè)軟件 EM2 擴展 模塊 EMn 擴展 模塊 12 一 、 硬件 基本單元 擴展單元 特殊功能模塊 相關設備 二 、 工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標準工具、過程工具、運行軟件和人機接口等幾大類構成。 表 22 I/O 特性 型號 主機輸出類型 主機輸入點數(shù) 主機輸出點數(shù) 可擴展模塊數(shù) CPU221 DC/繼電器 6 4 無 CPU222 DC/繼電器 8 6 2 CPU224 DC/繼電器 14 10 7 CPU226 DC/繼電器 24 16 7 五、存儲容量 ，如表 23。 組態(tài)王軟件結構由工程管理器 （ Projmanager） 、工程瀏覽器 (TouchExplorer)及 畫面 運行系統(tǒng) (Touchvew)三部分構成。 組態(tài)王（ Kingview）是目前國內比較流行的一種工業(yè)自動化通用組態(tài)軟件。其中監(jiān)控層對下連接 15 控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以 動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢 曲線 等，可便利的生成各種報表。 組態(tài)王主要用來組成監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。組態(tài)王擁有豐富的工具箱、圖庫和操作導向，在工業(yè)控制中廣泛應用。 在采用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制應用程序過程中要 考慮以下三個方面 ： 圖形是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應的工控設備。該產品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應用服務平臺為目標，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè) 實時數(shù)據(jù)庫（ KingHistorian）的支持，可以為企業(yè)提供一個對整個生產流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時有效的獲取信息，及時的做出反應，以獲得最優(yōu)化的結果。 組態(tài)王 集成了對 KingHistorian 的支持，極大的提高了組態(tài)王的數(shù)據(jù)存儲能 17 力，能夠更好的滿足大點數(shù)用戶對存儲容量和存儲速度的要求。 連接與采集 ： 組態(tài)王 已能連接 PLC、智能儀表、板卡、模塊、變頻器等上千種工業(yè)自動化設備。 強大無比的通訊能力 ： 組態(tài)王 為第三方軟件提供了多種訪問組態(tài)王工程數(shù)據(jù)的接口，可以方便的對采集上來的數(shù)據(jù)進行 二次計算，應用各種先進的算法，以滿足工程上的特殊需要。 新增數(shù)據(jù)詞典變量的導入導出功能和變量名替換功能 ： －可以針對某一個或某些的變量進行導入導出及變量名替換 ； －對于同類工程，或者在同一個工程中有多個相似功能塊的工程，變量導入導出功能可以方便的建點 ； －變量在導入時，可以自定義前綴或后綴 、 新增配方管理功能 ： －可以同時管理多個配方文件，在運行時方便的調用 ； －可以對當前配方、待裝配方和實時值分別進行保存，以便以后分析，查看 ； 新增組態(tài)王工程打包工具 ： 可以將制定的組態(tài)王工程進行打包，在目標計算機上之間安裝該打包文件，不需要再安裝組態(tài)王。用戶可以根據(jù)工程的需 要任意改變報表的外觀。20 第 4 章 變頻器 變頻器概述 隨著電力電子技術、計算機技術，自動控制技術的迅速發(fā)展，交流調速取代直流調速已成為現(xiàn)代電氣傳動的主要發(fā)展方向之一，而異步電動機交流變頻調速技術是當今節(jié)電，改善工藝流程以提高產品質量和改善環(huán)境，推動技術進步的一種主要手段，它以其優(yōu)越的調速和起制動性能、高效率、 高功率因數(shù)和顯著的節(jié)電效果而廣泛應用于風機、水泵等的大、中型籠型感應電動機，它被公認為最有發(fā)展前途的調速方式。 西門子 Micromaster 4 系列變頻器 西門子的 Micromaster 4 系列變頻器是用于三 相交流電動機調速的系列產品， 由微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管（ IGBT）作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和很強的功能。 21 西門子 MicroMaster420 變頻器 MicroMaster420 是全新一代模塊化設計的多功能標準變頻器。 10%，單相 /三相，交流， ； 380V480V177。 對于隨著電動機轉速的下降反而要求電動機輸出轉矩增加的恒功率負載，雖然容易滿足無級調速的要求，但卻不能滿足低轉速時輸出大轉矩的要求。當使用變頻器作為電動機的電源時時，有些變頻器具有控制電機正反 23 轉的功能。其次，變頻器的保護和抗干擾措施也是我們應用變頻器時應注意的問題?；谥悄芸刂频哪：刂?，神經(jīng)網(wǎng)絡，專家系統(tǒng)及各種自優(yōu)化，自診斷技術等。所謂清潔電能變流器指變流器的功率因數(shù)為 1，網(wǎng)側和負載側的諧波分量盡可能低，以減小對電網(wǎng)的公害和電動機的轉矩脈動。 5．高壓大容量變頻器的廣泛應用。 25 第 5 章 基于組態(tài)王 與 PLC 液位控制系統(tǒng) 的設計 系統(tǒng)設計方案 設計方案的提出 結合實際情況模擬一種與實際 應用環(huán)境十分相當場景 ， 提出 設計 一個 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) 方案 。 再加上用組態(tài)王搭建的實時監(jiān)控系統(tǒng) 把各個部分的工作情況展現(xiàn) 反饋回控制中心，實現(xiàn)遠程管理。 本設計是液位的控制，所以 液位的高低是人工給定的，且液位是一個控制范圍。結合本設計情況，采用西門子公司的 S7— 200 系列，CPU 224XP CN 的 PLC 邏輯控制器。 液位檢測傳感器 液位檢測傳感器是用于檢測液位的高低，將液位的情況返回給控制中心 .在本 系 27 統(tǒng)中就用 CBM2100/CBM2700 投入式靜壓液位計 ，具體原理見硬件系統(tǒng) 。 儲水池 儲水池是一個無限大的水源地，在這里只是起一個水的無限量供給。 PLC 編程軟件是設計系統(tǒng)控制的一個平臺，可以為設計者帶來便利，是實現(xiàn)算法的 。硬件系統(tǒng)的質量直接反應出系統(tǒng)性能的高低，是關系到 實現(xiàn)控制的重要設備?？刂谱冾l器的工作情況為：若液位在 A 之上，停止供水，關閉變頻器輸出；若液位在 A 之下 ， PLC