基于s7-300的單容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-31 22:06 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劃（ERP）等方案的規(guī)劃和實(shí)施，正在成為提高工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵手段。 本課題研究的內(nèi)容與目的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要是針對(duì)單容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，涉及到液位的動(dòng)態(tài)控制、控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、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(shí)。設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換模塊，檢測(cè)元件為壓力傳感器，執(zhí)行器為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。通過(guò)以上的器件設(shè)備、位式控制算法和上位機(jī)的組態(tài)等，實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課題研究?jī)?nèi)容：（1）控制器的算法（2）通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)液位自動(dòng)控制（3）對(duì)輸入變量的轉(zhuǎn)換與歸一化（4）組態(tài)軟件的使用（5）實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)控2 液位控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 液位控制系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)是在對(duì)課題進(jìn)行深入分析，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行調(diào)查之后所進(jìn)行的基礎(chǔ)性工作，是軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的前提。硬件的合理選用，對(duì)于整個(gè)課題的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，既要合理、適合，也要經(jīng)濟(jì)適用。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)用S7300 PLC作為控制器，通過(guò)變頻器控制電機(jī)速度，同時(shí)由變送器和四個(gè)液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)收集液位信號(hào)反饋給PLC來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步控制，從而實(shí)現(xiàn)使液位保持在設(shè)定值附近的自動(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。其CPU集成了過(guò)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(gè)MPI網(wǎng)絡(luò)。若有PROFIBUSDP接口，就可建立一個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)。S7300可大范圍擴(kuò)展各種功能模塊，很好的滿足自動(dòng)控制任務(wù)。簡(jiǎn)單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使其應(yīng)用十分靈活。且指令集成功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜控制。其功能較S7200要強(qiáng)大很多。而且，就其價(jià)格而言，又較S7400要經(jīng)濟(jì)得多。所以，S7300是本次設(shè)計(jì)中控制器的首選。 CPU型號(hào)的選擇S7300有20種不同等級(jí)的CPU，分別使用于不同等級(jí)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(guò)程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)，可以連接單獨(dú)的I/O設(shè)備。該控制器配置為：16DI/16DODC24V、Flash EPROM微存儲(chǔ)器卡（MMC）、一個(gè)MPI接口和一個(gè)DP總線接口。相比之下，CPU 312C適用于對(duì)處理能力有較高要求的小型應(yīng)用；CPU 313C滿足對(duì)處理能力和響應(yīng)時(shí)間要求較高的場(chǎng)合，但不帶主站/從站接口；CPU 312適用于全集成自動(dòng)化的基本型CPU及中等處理速度的小規(guī)模應(yīng)用；CPU 314適用于中等處理量的應(yīng)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(yīng)用，但對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不經(jīng)濟(jì)的，也是不必要的。CPU 313C2DP實(shí)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(gè)型號(hào)。這里選用的是SM334 AI4/AO28/8位的模塊，它具有4個(gè)輸入、2個(gè)輸出，精度是8位。它是不可編程的，通過(guò)硬件連線來(lái)定義測(cè)量和輸出類(lèi)型。實(shí)物如圖23所示。模擬量輸入模塊用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要部分是A/D轉(zhuǎn)換器。模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)一般是模擬量變送器輸出的標(biāo)準(zhǔn)直流電壓、電流信號(hào)。各模擬量通道轉(zhuǎn)換是順序執(zhí)行的，每個(gè)模擬量通道的輸入信號(hào)是被依次輪流轉(zhuǎn)換的。由圖24知，模擬量輸入模塊由多路開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號(hào)或電壓信號(hào)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制，其主要轉(zhuǎn)換部分是D/A轉(zhuǎn)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(hù)。正常狀態(tài)時(shí)，綠色LED亮；當(dāng)輸出電路過(guò)載時(shí)，LED指示燈會(huì)閃爍；如果輸出端斷路，則輸出電壓為0，此時(shí)LED變暗。輸入電壓過(guò)高，可能損壞模塊；輸入欠壓，模塊關(guān)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(jī)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(yùn)行可靠性和功能多樣性。具有易于安裝、調(diào)試，快速相應(yīng)，正常狀態(tài)下無(wú)跳閘運(yùn)行，更好的動(dòng)態(tài)特性，過(guò)/欠電壓保護(hù)，短路保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。本變頻器必須可靠接地，斷開(kāi)電源后可進(jìn)行電源及電機(jī)端子的接線，接線方法如圖28所示。圖28 電動(dòng)機(jī)和電源接線方法 可采用擴(kuò)散硅液位變送器，用于收集液位信號(hào)，產(chǎn)生4~20mA模擬信號(hào)，作為模擬量輸入信號(hào)傳遞給PLC，進(jìn)行進(jìn)一步控制。液位變送器包括一個(gè)表頭，兩邊都有蓋子，打開(kāi)蓋子，一邊的表內(nèi)部可以調(diào)節(jié)零點(diǎn)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(diào)節(jié)圖水位開(kāi)關(guān)分為：電容式水位開(kāi)關(guān)、電子式水位開(kāi)關(guān)、電極式水位開(kāi)關(guān)、光電式水位開(kāi)關(guān)、音叉式水位開(kāi)關(guān)、浮球式水位開(kāi)關(guān)等。這里選用的是電子式水位開(kāi)關(guān)BZ2401，檢測(cè)方式為有水時(shí)閉合。它可以直接與PLC搭配工作，判斷有水時(shí)輸出24V，無(wú)水時(shí)0V，電流容量2A 。高低電平的信號(hào)可通過(guò)P
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