【導(dǎo)讀】本文設(shè)計了一種基于PLC的儲罐液位控制系統(tǒng)。它以一臺S7-200系列的。CPU224和一個模擬量擴展模塊EM235進行液位檢測和電動閥門開度調(diào)節(jié)。統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是恒液位PID控制和高低限報警。本文的主要研究內(nèi)容：控制系統(tǒng)方案的選擇，系統(tǒng)硬件配置，PID算法介紹，系統(tǒng)建模及仿真和PLC編程實現(xiàn)。具有接線簡單、編程容易，易于修改、維護方便等優(yōu)點。

　　

【正文】 通用功能外，還提供了擴充主程序包，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。 Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、 仿真和分析的交互式軟件。在控制系統(tǒng)設(shè)計、 DSP 設(shè)計、通信系統(tǒng)設(shè)計及其他一些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 本工程的特點是：在系統(tǒng)中，被控對象的慣性比較大，故系統(tǒng)僅采用比例和積分控制，其增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定。實際上還需要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制的效果。初步確定的增益和時間常數(shù)為： 增益： ? 采樣時間： ? 秒 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 29 積分時間： 30iT? 分 要求系統(tǒng)超調(diào)量 %? 小于 15%，調(diào)節(jié)時間小于 3Min，上升時間小于 1Min 系統(tǒng)仿真 應(yīng)用 simulink 交互式仿真環(huán)境對 對象 進行仿真如 圖 所示 ： 圖 儲罐液位控制系統(tǒng)框圖 其中 PID 參數(shù)為 P=,I=,D=0。滯后環(huán)節(jié)時間取 3秒 。 其仿真結(jié)果如 圖 ： Scope1 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 30 圖 儲罐液位控制曲線 由圖 所示的仿真曲線可知，該系統(tǒng)在 200s 時已達到穩(wěn)定，為了檢驗該系統(tǒng)的抗干擾性能，我們在 300s 時 分別在對象前后加一幅值為 的階躍干擾 如圖 ，得到系統(tǒng)的仿真曲線如圖 所示 ： Scope4 圖 階躍干擾時儲罐液位控制曲線 由上面的仿真結(jié)果可以得出： 當 P、 I、 D 參數(shù)選擇合適時， 該控制器可以對被控對象起到很好的控制作用 。 該系統(tǒng)具有較強的抗干擾性 。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 31 第 6 章 系統(tǒng)編程實現(xiàn) 硬件設(shè)計 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 /自動切換 紅燈亮 電動閥開 黃燈亮 電動閥關(guān) 綠燈亮 電動閥開關(guān) 模擬量 AIW0 液位變送信號 AQW0 調(diào)節(jié)閥開度 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 32 軟件設(shè)計 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。安裝 Micro/WIN SP6 升級版將把先前系統(tǒng)中安裝的 正式版（包括各 SP 版本）升級到 SP6，安裝 SP6 升級版也需要先安 裝有 的任何版本；如果已有 STEP 7Micro/WIN + SP6 正式版，則可直接安裝。 STEP 7Micro/WIN SP6 可以完全兼容所有 S7200 CPU (CPU21x 和 22x)． STEP 7Micro/WIN SP6 可以毫無限制的打開老版本軟件 STEP 7Micro/WIN 或 所編寫的程序． STEP 7Micro/WIN SP6 創(chuàng)建的項目不能使用老版本的軟件打開或上載． STEP 7Micro/WIN SP6 的主要新功能和改進為： 1. 支持新的 TD400 C 2. 支持 TS Adapter IE teleservice adapter 3. 優(yōu)化了 modem 向?qū)ВС?modem 模塊 EM241 新功能 STEP 7Micro/WIN SP6 支持的操作系統(tǒng)： ? Microsoft WindowsXP Home ? Microsoft WindowsXP Proffesional ? Microsoft Vista HomeBasic ? Microsoft Vista HomePremium ? Microsoft Vista Business ? Microsoft Vista Ultimate 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 33 恒液位 PID 控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程 圖 系統(tǒng)流程圖 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 34 編寫控制程序 使用向?qū)渲?PID 參數(shù)如下 進入向?qū)?，并指定回路? 如圖一所示進入 PID 向?qū)?。然后指定配置哪一個 PID 回路。一般情況下，在只有一個 PID時采用默認參數(shù)，即 PID 回路 0。 設(shè)置回路參數(shù) 設(shè)置回路輸入和輸出選項 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 35 設(shè)置回路 報警選項 為計算指定存儲區(qū) 指定子程序、中斷程序和選擇手 /自動切換 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 36 生成 PID 代碼 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 37 程序清單 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 38 結(jié)束語 儲罐液位測量來源于石油和化工業(yè) ,是工業(yè)生產(chǎn)過程中最常見、最廣泛的過程參數(shù)之一。在石油工業(yè)、化工成產(chǎn)、電力工程、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對各類流體的液位高度進行檢測和控制。 本文設(shè)計了一種基于 PLC 的儲罐液位控制系統(tǒng)。它以一臺 S7200 系列的 CPU224 和一個模擬量擴展模塊 EM235 進行液位檢測和電動閥門開度調(diào)節(jié)。系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功 能是恒液位 PID 控制和高低限報警。 較傳統(tǒng)控制方式控制精度高，接線簡單 、 編程容易，易于修改 、維 護 方便 。 但是 本系統(tǒng)由于研究和設(shè)計的時間緊，加之知識和能力有限，尚有許多不足之處有待改進與提高： （ 1） 只是建立了被控對象的傳遞函數(shù)模型，而沒有建立電動調(diào)節(jié)閥和測量變送儀表的傳遞函數(shù)，因此系統(tǒng)仿真的結(jié)果可能會與實際系統(tǒng)有較大的差距。 （ 2） 只 設(shè)置了下位控制系統(tǒng)，而沒有建立上位監(jiān)控畫面，控制效果不能直觀反映出來。 目前，人們對罐區(qū)儲罐的控制要求已不再滿足于控制單一儲罐的液位高度，而是要對整個罐區(qū)所有儲罐的液位、溫度、流量等進行監(jiān)控 。 人們開始采用下位監(jiān)測和上位控制的模式來組成系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)管理水平，保障其安全運行。相信隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，液位監(jiān)測控制的對象將會更廣泛，控制規(guī)模會更大，控制精度會更高。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 39 參考文獻 [1]. 李方圓 .西門子 S7 系列 PLC 電氣控制精解 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 .2021 [2]. 劉華波 .西門子 S7200PLC 編程及應(yīng)用案例精選 .北京 :機械工業(yè)出版社 . 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