【正文】 示燈，開關(guān)輸出組合為 001（ 0Hz）。 表 31 變頻器輸出頻率與 PLC 輸出的關(guān)系 速度 0 0 1 0Hz 0 1 0 10Hz 0 1 1 15Hz 1 0 0 20Hz 1 0 1 30Hz 1 1 0 40Hz 1 1 1 50Hz 0 0 0 不用 PLC 控制要求和策略 水位檢測(cè)信號(hào)的安置如圖 33 所示，一共設(shè)置 4 個(gè)水位檢測(cè)開關(guān)，檢測(cè)方式為有水時(shí)閉合。 其中，液位信號(hào)由液位變送器 LT 和水位檢測(cè)開關(guān)傳送給 PLC，作為控制依據(jù) ，并由 PLC 向變頻器輸出 3 個(gè) 開關(guān)量信號(hào) 。上位機(jī)也可對(duì)相應(yīng)的地址進(jìn)行賦值，來(lái)設(shè)定相關(guān)參數(shù)。 圖 210 電子式水位開關(guān) BZ2401 3 液位控制系統(tǒng)的軟件 設(shè)計(jì) 液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 單容 水箱 液位控制系統(tǒng)控制框圖如下圖 31 所示 。而且具有 耐污、 耐顛簸、抗摔性強(qiáng)、耐酸堿，不怕磁場(chǎng)影響、不怕金屬體影響、不怕水壓變化影響、不怕光線影響，沒有盲區(qū)，不怕固體漂浮物的影響 的優(yōu)點(diǎn)?？梢匀我夥较虬惭b，當(dāng)橫向安裝時(shí)，水位到達(dá)藍(lán)線 就動(dòng)作，且精 度較高。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 。 圖 29 變送器接線和調(diào)節(jié)圖 水位檢測(cè)開關(guān) 的選定 水位開關(guān)分為：電容式水位開關(guān)、電子式水位開關(guān) 、 電極式水位開關(guān)、光電式水位開關(guān)、音叉式水位開關(guān)、浮球式水位開關(guān)等 。液位變送器包括一個(gè)表頭，兩邊都有蓋子，打開蓋子，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。 本變頻器必須可靠接地，斷開電源后可進(jìn)行電源及電機(jī)端子的接線，接線方法如圖 28 所示。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。如圖 27 所示。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。 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%。 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。由圖 24 知，模擬量輸入模塊由多路開關(guān)、 A/D 轉(zhuǎn)換器、光隔離元件、內(nèi)部電源和邏輯電路組成。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)。 實(shí)物如圖 23 所示。 這里選用的是 SM334 AI4/AO2?8/8 位的模塊，它具有 4 個(gè)輸入、 2 個(gè)輸出，精度是 8 位。 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 。 CPU 313C2DP 實(shí)物如圖 22 所示。該控制器配置為： 16DI/16DO? DC24V、 Flash EPROM 微存儲(chǔ)器卡（ MMC）、一個(gè) MPI 接口和一個(gè) DP 總線接口。 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。而且，就其價(jià)格而言，又較 S7400 要經(jīng)濟(jì)得多。且指令集成功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜控制。 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)。不需附加任何硬件、軟件、編程，就可建立一個(gè) MPI 網(wǎng)絡(luò)。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。 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。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)。 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。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。工廠自動(dòng)化（ FA）、計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制（ CIPS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）和企業(yè)資源綜合規(guī)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。過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也由單變量控制系統(tǒng)發(fā)展到多變量系統(tǒng)，由生產(chǎn)過(guò)程的定值控制發(fā)展到最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等。此時(shí)的大型生產(chǎn)過(guò)程一般都是分散系統(tǒng)，這樣可以使生產(chǎn)過(guò)程控制分散進(jìn)行，將發(fā)生故障和危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)分散。前饋控制使控制質(zhì)量顯著提高；選擇控制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)性自動(dòng)控制，以免強(qiáng)制性連鎖停車，改變了過(guò)去不得不切向手動(dòng)或被迫連鎖停車的狀況，從而擴(kuò)大了自動(dòng)化的范圍。為了提高控制質(zhì)量和滿足特殊工藝的控制 要求，開發(fā)使用了多種復(fù)雜控制系統(tǒng)方案，例如串級(jí)控制、前饋控制、比值控制、均勻控制等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體產(chǎn)品取代了電子真空管，之后，集成電路取代了分立元件，電子儀表的可靠性大為提高，逐步替代了氣動(dòng)儀表。到 20 世紀(jì) 50年代后期至 60 年代，先后出現(xiàn)了氣動(dòng)和電動(dòng)單元組合儀表，采用 了集中監(jiān)控與集中操作的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工廠儀表化和局部自動(dòng)化。過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展大致分為以下幾個(gè)階段： 1. 局部自動(dòng)化階段（ 20 世紀(jì) 50— 60 年代） 這個(gè)階段的過(guò)程控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是單輸入 單輸出系統(tǒng)；被控參數(shù)主要有溫度、壓力、流量和物 位四種參數(shù)；控制的目的是保持這些工藝參數(shù)的穩(wěn)定，確保安全生產(chǎn)。 而對(duì)于過(guò)程控制技術(shù)， 在 20 世紀(jì) 40 年代以前，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平相對(duì)落后，生產(chǎn)過(guò)程大多處于手工操作狀態(tài)，操作工通過(guò)目測(cè)判斷生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)，手動(dòng)調(diào)整生產(chǎn) 過(guò)程，生產(chǎn)效率很低。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕 生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)接口單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備配套更加容易。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱 PLC。早期的可編程控制器稱作 可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱 PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 因此，基于 PLC 的液位控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中具有重要的意義。智能化也往往是從設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng) 開始。假若我們能使用此系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)維持液位的高度，那么工作人員便可輕易的在操作室獲知整個(gè)設(shè)備的儲(chǔ)水狀況，因此 ， 液面高度是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)，特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，不僅能收到很好的效果，而且提升了 工作效率。 近幾十年來(lái)，自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在其研究與發(fā)展上也已趨于完備，而控制的概念更是應(yīng)用在許多生活周圍的事物。 附錄 .................................................................. 23 致謝 .................................................................. 32 1 引言 課題的提出 過(guò)程控制通常是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，是自動(dòng)化技術(shù)