【正文】 7]. 王驥程 ， 祝和云 .化學(xué)過程控制工程 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 . [8]. ZAJP 精小型電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥 . 上海艾迪爾自控儀表有限公司 : [9]. 王建國 .檢 測(cè)技術(shù)及儀表 .北京 :中國電力出版社 .2021 [10]. 余成波，胡新宇，趙勇 .傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù) .北京 :高等教育出版社 .2021 [11]. 楊后川 .西門子 S7200PLC 應(yīng)用 100例 .北京 :電子工業(yè)出版社 . [12]. 李笑，張新敏，王輝 .控制 系統(tǒng)數(shù)字仿真 .沈陽 :東北大學(xué)出版社， 1999,10 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 致謝 從論文選題到搜集資料，從提綱的完成到正文的反復(fù)修改，我經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中，心情是如此復(fù)雜。它以一臺(tái) S7200 系列的 CPU224 和一個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊 EM235 進(jìn)行液位檢測(cè)和電動(dòng)閥門開度調(diào)節(jié)。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 第 6 章 系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn) 硬件設(shè)計(jì) 繪制控制接線示意圖 圖 控制系統(tǒng)接線示意圖 6, I/O 資源 分配 表 I/O資源分配表 輸入 輸出 數(shù)字量 PID 手 /自動(dòng)切換 紅燈亮 電動(dòng)閥開 黃燈亮 電動(dòng)閥關(guān) 綠燈亮 電動(dòng)閥開關(guān) 模擬量 AIW0 液位變送信號(hào) AQW0 調(diào)節(jié)閥開度 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 軟件設(shè)計(jì) STEP 7 Micro/Win SP6 編程軟件介紹 STEP 7 Micro/Win SP6 是西門子公司于 2021年 12月正式推出的 S7200 新版編程軟件。 Simulink 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、 仿真和分析的交互式軟件。 電 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 閥L C電 動(dòng) 開 關(guān) 閥P L Cii ??hh ??000 ?? 圖 鹽酸儲(chǔ)罐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 令 iQ 表示輸入液體流量的穩(wěn)態(tài)值， iQ? 表示輸入液體流量的增量， 0Q 表示輸出液體流量的穩(wěn)態(tài)值， 0Q? 表示輸出液體流量的增量， h 表示液位高度， 0h 表示液位高度的穩(wěn)態(tài)值，h? 表示液位的增量， u 表示調(diào)節(jié)閥的開度?；芈份敵鍪?~ 之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化了的實(shí)數(shù)值。給定值通常是一個(gè)固定的值。 在許多控制系統(tǒng)中，有時(shí)只應(yīng)用一種或兩種環(huán)路控制的方法。從這種意義上說， PID 運(yùn)算存在一種“自動(dòng)”運(yùn)行方式。該指令有兩個(gè)操作數(shù) TBL 和LOOP，兩者均是 BYTE 型，限用 VB 區(qū)域。在每次計(jì)算出 nMI 之后都要用nMI 去更新 MX 。微分環(huán)節(jié)則是與偏差的寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 變化有關(guān)系，偏差越大其控制作用越強(qiáng)，以抑制偏差的增大，如偏差的變化減小，其控制作用就減弱，以抑制偏差的減小。 PID 在控制非線性、時(shí)變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)式，效果不是太好。 EM235 有 1路模擬量輸出，其輸出可以是電壓也可以是電流。 根據(jù)上面的原則 選 擇 合適的機(jī)型 ： 從工藝要求中可以看出，從控制方式選擇上需要 三個(gè) 按鈕 開關(guān) 、 和 ，用來控制 PID 手動(dòng)（ =0）、自動(dòng)（ =1）切換和電動(dòng)開關(guān)閥的開合。有的手冊(cè)或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點(diǎn)數(shù)或最大輸出點(diǎn)數(shù)，常意味著只插輸入模塊或只插入輸出模塊的容量，即實(shí)際給出的是輸入和輸出容量之和，有時(shí)也稱為掃描容量，需格 外注意。 3) 根據(jù)控制對(duì)象選擇機(jī)型 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行估計(jì)對(duì)確定機(jī)型十分重要。這類系統(tǒng)可以由一個(gè)上位機(jī)（可以是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或高檔 PLC）和多臺(tái)下位 PLC 構(gòu)成，其中每一臺(tái)下位 PLC 控制系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。可以 預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30%~ 40% 。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。但是繼電接觸器控制有明顯的缺陷，設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，特別是由于它是靠硬鏈接邏輯構(gòu)成系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 6） 對(duì)于正常工況下液體密度發(fā)生明顯變化介質(zhì) ,不宜選用差壓式液位變送器 。隨著科技發(fā)展，磁致伸縮式、超聲波式和射頻導(dǎo)納式液位計(jì)的用量將會(huì)迅速增加，壓力（差壓）式液位計(jì)比例會(huì)有所下降。 終點(diǎn) 177。 3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性 。它接受控制器來的信號(hào)作為輸入信號(hào)，并以其輸出信號(hào)去控制控制閥，同時(shí)將控制閥的閥桿位移信號(hào)反饋到閥門定位器的輸入端而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)。一種解決的辦法就是 選擇帶有自整定功能的控制器，它能根據(jù)負(fù)荷的變化及時(shí)修改控制器的參數(shù)，以適應(yīng)變化了的新情況。 3) 流量特性的選擇 目前我國生產(chǎn)的控制閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性（即等百分比特性）和快開特性三種，尤其以前兩種特性的控制閥應(yīng)用最多。這樣即使控制閥斷電，閥門也會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)。 B. 從保證產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā)。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所需自動(dòng)控制裝置少，投資較低，操作維護(hù)也比較方便，該控制方案完全可以滿足本系統(tǒng)的控制要求。在電子式液位檢測(cè)方法中，許多新的測(cè)量原理，包括壓電式、應(yīng)變式、 浮球式、電容式、 雷達(dá)式、超聲波式、磁致伸縮式、伺服式、混合式等檢測(cè)技術(shù) 被應(yīng)用到新型液位檢測(cè)儀表的開發(fā)中 。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 儲(chǔ)罐液位控制 的發(fā)展及現(xiàn)狀 儲(chǔ)罐液位測(cè)量來源于石油和化工業(yè)，是工業(yè)測(cè)量中極為廣闊的領(lǐng)域。 2. 介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，包括了系統(tǒng)功能分析，控制方案設(shè)計(jì)。從而我們引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。其工藝流程 為 ，稀鹽酸從儲(chǔ)罐頂部流入，罐體下部 裝 有一電子開關(guān)閥， AC220V供電 ， 由一個(gè)DC24V繼電器控制， 根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)打開或關(guān)閉閥門 。PLC 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract This article is designed based on PLC, tank level control system. It takes a series s7200 CPU224 and an analog quantities of EM235 expansion module to level detection and electric valve opening regulation. System main function is to achieve constant low level PID control and limiting alarm. The main contents of this paper: the choice of the control system plan, system hardware configuration, PID algorithm introduced, system modeling and simulation, and PLC programming. PLC programming with the design of the tank level control have the advantage of simple wiring, easy programming, easy to modify, easy maintenance and so on. Key word: tank 。寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘要 本文設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 的儲(chǔ)罐液位控制系統(tǒng)。仿真 。C ，耐腐蝕性強(qiáng)，對(duì)鹵素、鹵代烴、強(qiáng)氧化劑、沸酸、堿、多種有機(jī)溶劑都有良好的耐蝕性。 為了解決人工控制的 控制準(zhǔn)確度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的 方案設(shè)計(jì)， 硬件配置， 被控對(duì)象 數(shù) 學(xué)模型的建立， 系統(tǒng)仿真 ， PLC 編程實(shí)現(xiàn)等，具體有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： 1. 介紹 鹽酸儲(chǔ)罐恒液位控制任務(wù) ，指出本文的研究意義所在 和研究的主要內(nèi)容 。 7. 總結(jié)全文 。電子式測(cè)量方法便是其中的重要成果之一。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)性能指標(biāo) 將儲(chǔ)罐內(nèi)的稀鹽酸液位控制在 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 由工藝要求可知，該系統(tǒng)只有一個(gè)被控變量即：液位；其控制精度要求也不是很高，根據(jù)在滿足控制要求的情況下，盡量選擇簡(jiǎn)單易行的控制方案這一原則，這里選用單回路反饋控制系統(tǒng)。即當(dāng)電源供電中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥無法正常工作，以致閥芯回復(fù)到無能源的初始狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不致發(fā)生故障。 根據(jù)以上幾條原則綜合考慮，這里我們選電開閥。在正常工況下，閥門開度處于 15%~85% 之間。這樣就不可能在負(fù)荷變化時(shí)，適時(shí)的對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行修改。 5) 閥門定位器的選用 閥門定位器是控制閥的一種輔加裝置，與控制閥配套使用。 2. 滯后不是很大 。 回差 % ≤ 死區(qū) % ≤ 始終點(diǎn)偏差 % 氣開 始點(diǎn) 177。其次，磁浮子式、浮筒式、電容式液位計(jì)也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用量。 5） 測(cè)液位的差壓液位變送器宜帶有正負(fù)遷移機(jī)構(gòu) ,其遷移量應(yīng)在選擇儀表量程時(shí)確定 。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面極廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(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)。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC 的應(yīng)用。 2) 大系統(tǒng)的機(jī)型選擇 不管是慢過程大系統(tǒng)還是快速控制大系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)都是由多臺(tái) PLC 構(gòu)成。這是一個(gè)大型的網(wǎng)絡(luò)控 制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)成本較高，工作速度比較快，可用于快速控制大系統(tǒng)的控制，特別適用于工廠自動(dòng)化、大量數(shù)據(jù)處理和企業(yè)綜合管理系統(tǒng)。一是 PLC 可帶 I/O 點(diǎn)數(shù)。內(nèi)存利用率的提高會(huì) 使程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資，縮短周期時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。 EM235 具有 4路模擬量輸入和 1路模擬量輸出，它的輸入信號(hào)可以是不同量程的電壓或電流，其電壓、電流是由開關(guān) SW SW2 到 SW6 設(shè)定。但是， PID 算法也有其局限性。積分環(huán)節(jié)主要用于消除控制系統(tǒng)的積 累誤差，使系統(tǒng)稱為無靜差系統(tǒng)。該項(xiàng)可以寫為 ? ?/n I n C s I n nM I K e M X K T T SP PV M X? ? ? ? ? () 式中 sT 采樣時(shí)間 IT 積分時(shí)間常數(shù) 積分項(xiàng)前值 MX 是第 n 采樣周期前所有積 分項(xiàng)之和。如圖 42所示為 PID 回路控制指令。 表 回路表格式 偏移地址 變量名 數(shù)據(jù)類型 變量類型 描述 0 過程變量（ nPV ） 實(shí)數(shù) 輸入 必須在 ~ 之間 4 設(shè)定值（ nSP ） 實(shí)數(shù) 輸入 必須在 ~ 之間 8 輸出值（ nM ） 實(shí)數(shù) 輸入 /輸出 必須在 ~ 之間 12 增益（ CK ） 實(shí)數(shù) 輸入 比例常數(shù)，可正可負(fù) 16 采樣時(shí)間（ ST ） 實(shí)數(shù) 輸入 單位為秒，必須是 正數(shù) 20 積分時(shí)間（ IT ） 實(shí)數(shù) 輸入 單位為分鐘，必須是正數(shù) 24 微分時(shí)間（ DT ） 實(shí)數(shù) 輸入 單位為分鐘，必須是正數(shù) 28 積分項(xiàng)前項(xiàng)（ MX ） 實(shí)數(shù) 輸入 /輸出 必須在 ~ 之間 32 過程變量當(dāng)前值（ 1?nPV ） 實(shí)數(shù) 輸入 /輸出 最后 PID運(yùn)算的過程變量值，必須在 ~ 之間 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 S7200 的 PID 回路沒有設(shè)置控制方式，只有當(dāng) PID 控制回路接通時(shí)，才執(zhí)行 PID 運(yùn)算。 CPU進(jìn)入 RUN 方式后首次使 PID 塊有效，由于沒有使能位的正跳變，那么就不能進(jìn)行無擾動(dòng)切換。 PID 回路指令輸入 /輸出變量數(shù)值轉(zhuǎn)換 （ 1） 回路輸入的轉(zhuǎn)換和標(biāo)準(zhǔn)化 每個(gè) PID 回路有兩個(gè)輸入量，給定值（ SP） 和過程變量（ PV）。 （ 2） 回路輸出值轉(zhuǎn)換成刻度整數(shù)值 回路輸出值一般是控制變量。被調(diào)量為水位 h ，它反映液體的流入與流出之間的平衡關(guān)系。 MATLAB 是當(dāng)今世界上最為流行的數(shù)學(xué)軟件之一，除了其主軟件包提供的一些通用功能外，還提供了擴(kuò)充主程序包，解決不同專業(yè)領(lǐng)域問題的工具箱以及交互式仿真環(huán)境 Simulink。 該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性 。 本文設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 的儲(chǔ)罐液位控制系統(tǒng)。相信隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，液位監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象將會(huì)更廣泛，控制規(guī)模會(huì)更大，控制精度會(huì)更高。 最后感謝四年里陪伴我的同學(xué)、朋友們，有了他們我的人生才豐富，有了他們我在奮斗的路上才不孤獨(dú)，謝謝他們。 t?€ 戯憤焿驆罳騙 ^萡 P ? 躀 cP縮蒕 \ ?nP砫 }?C?Z豸值 ?箾殶竛吐 K?M轂