基于s7-300的單容水箱液位控制系統(tǒng)設計統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-31 22:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 劃（ERP）等方案的規(guī)劃和實施，正在成為提高工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)濟效益的關鍵手段。 本課題研究的內(nèi)容與目的液位自動控制系統(tǒng)中，主要是針對單容水箱液位控制系統(tǒng)的設計過程，涉及到液位的動態(tài)控制、控制系統(tǒng)的總體設計、PLC控制、位式控制算法、壓力變送器和電磁閥等一系列的知識。設計單容液位控制系統(tǒng)中，控制方式采用了位式控制算法，控制核心為S7300系列的CPU313C2DP以及PLC內(nèi)部A/D、D/A轉換模塊，檢測元件為壓力傳感器，執(zhí)行器為電動調節(jié)閥。通過以上的器件設備、位式控制算法和上位機的組態(tài)等，實現(xiàn)液位自動控制系統(tǒng)的設計。本課題研究內(nèi)容：（1）控制器的算法（2）通過PLC實現(xiàn)液位自動控制（3）對輸入變量的轉換與歸一化（4）組態(tài)軟件的使用（5）實現(xiàn)上位機對液位的實時監(jiān)控2 液位控制系統(tǒng)硬件設計 液位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設計 硬件設計是在對課題進行深入分析，對相關信息進行調查之后所進行的基礎性工作，是軟件設計實現(xiàn)的前提。硬件的合理選用，對于整個課題的設計至關重要，既要合理、適合，也要經(jīng)濟適用。本設計要實現(xiàn)用S7300 PLC作為控制器，通過變頻器控制電機速度，同時由變送器和四個液位檢測開關收集液位信號反饋給PLC來進行進一步控制，從而實現(xiàn)使液位保持在設定值附近的自動控制系統(tǒng)。 單容水箱的液位控制系統(tǒng)如下圖21所示。圖21 液位控制系統(tǒng) PLC的選型S7300是模塊化的通用型PLC，適用于中等性能的控制要求。SIMATIC S7300編程序控制器是模塊化結構設計。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。其CPU集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。不需附加任何硬件、軟件、編程，就可建立一個MPI網(wǎng)絡。若有PROFIBUSDP接口，就可建立一個DP網(wǎng)絡。S7300可大范圍擴展各種功能模塊，很好的滿足自動控制任務。簡單實用的分散式結構和多界面網(wǎng)絡能力，使其應用十分靈活。且指令集成功能強大，可用于復雜控制。其功能較S7200要強大很多。而且，就其價格而言，又較S7400要經(jīng)濟得多。所以，S7300是本次設計中控制器的首選。 CPU型號的選擇S7300有20種不同等級的CPU，分別使用于不同等級的控制要求。CPU 313C2 DP帶集成數(shù)字量輸入/輸出和PROFIBUS DP主站/從站接口的緊湊型CPU，帶有與過程相關的功能，可以完成具有特殊功能的任務，可以連接單獨的I/O設備。該控制器配置為：16DI/16DODC24V、Flash EPROM微存儲器卡（MMC）、一個MPI接口和一個DP總線接口。相比之下，CPU 312C適用于對處理能力有較高要求的小型應用；CPU 313C滿足對處理能力和響應時間要求較高的場合，但不帶主站/從站接口；CPU 312適用于全集成自動化的基本型CPU及中等處理速度的小規(guī)模應用；CPU 314適用于中等處理量的應用；而CPU 3152 DP、CPU 3152 PN/DP、CPU 3172DP、CPU 3172 PN/DP及CPU 3193 PN/DP，固然有較高的性能，可用于要求較高的應用，但對于本設計來說是不經(jīng)濟的，也是不必要的。CPU 313C2DP實物如圖22所示。 圖22 CPU 313C2DP 圖23 SM334 模擬量輸入/輸出模塊 模擬量模塊（SM）的確定S7300的模擬量I/O模塊包括模擬量輸入模塊SM33模擬量輸出模塊SM332和模擬量輸入輸出模塊SM334和SM335，通常選用SM334系列的模塊。它既有模擬量輸入通道，又有模擬量輸出通道，用于連接模擬量傳感器和執(zhí)行器。這種模塊目前有SM334 AI4/AO28/8位和SM334 A4/AO212位兩個型號。這里選用的是SM334 AI4/AO28/8位的模塊，它具有4個輸入、2個輸出，精度是8位。它是不可編程的，通過硬件連線來定義測量和輸出類型。實物如圖23所示。模擬量輸入模塊用于將模擬信號轉換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要部分是A/D轉換器。模擬量輸入模塊的輸入信號一般是模擬量變送器輸出的標準直流電壓、電流信號。各模擬量通道轉換是順序執(zhí)行的，每個模擬量通道的輸入信號是被依次輪流轉換的。由圖24知，模擬量輸入模塊由多路開關、A/D轉換器、光隔離元件、內(nèi)部電源和邏輯電路組成。圖24 SM334模擬量輸入模塊原理圖SM334模擬量輸入模塊的接線如圖25所示。圖25 SM334模擬量輸入端子接線圖模擬量輸出模塊用于將CPU送給它的數(shù)字信號轉換為成比例的電流信號或電壓信號，對執(zhí)行機構進行調節(jié)或控制，其主要轉換部分是D/A轉換器。如圖26所示。圖26 SM334模擬量輸出模塊原理圖 電源模塊的選用 電源模塊選用的是PS307 2A，電源效率是83%。模塊輸入電壓為單相交流120/230V，50/60Hz；輸出電壓為DC24V，具有短路和斷路保護。正常狀態(tài)時，綠色LED亮；當輸出電路過載時，LED指示燈會閃爍；如果輸出端斷路，則輸出電壓為0，此時LED變暗。輸入電壓過高，可能損壞模塊；輸入欠壓，模塊關閉，停止工作。如圖27所示。 圖27 電源模塊變頻器選用的是MICROMASTER 420系列，MM 420是用于控制三相交流電機速度的變頻器系列。本變頻器由微處理器控制，并采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高的運行可靠性和功能多樣性。具有易于安裝、調試，快速相應，正常狀態(tài)下無跳閘運行，更好的動態(tài)特性，過/欠電壓保護，短路保護等優(yōu)點。本變頻器必須可靠接地，斷開電源后可進行電源及電機端子的接線，接線方法如圖28所示。圖28 電動機和電源接線方法 可采用擴散硅液位變送器，用于收集液位信號，產(chǎn)生4~20mA模擬信號，作為模擬量輸入信號傳遞給PLC，進行進一步控制。液位變送器包括一個表頭，兩邊都有蓋子，打開蓋子，一邊的表內(nèi)部可以調節(jié)零點或滿量程，另一邊內(nèi)部用于接線。如圖29所示。圖29 變送器接線和調節(jié)圖水位開關分為：電容式水位開關、電子式水位開關、電極式水位開關、光電式水位開關、音叉式水位開關、浮球式水位開關等。這里選用的是電子式水位開關BZ2401，檢測方式為有水時閉合。它可以直接與PLC搭配工作，判斷有水時輸出24V，無水時0V，電流容量2A 。高低電平的信號可通過P
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