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-在線瀏覽
2024-08-14 22:06本頁(yè)面
【正文】 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。智能化也往往是從設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)始。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。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。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。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖11所示。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。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。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)。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。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。為了提高控制質(zhì)量和滿足特殊工藝的控制要求，開(kāi)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。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。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。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。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。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。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。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)。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。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合以用于擴(kuò)展。不需附加任何硬件、軟件、編程，就可建立一個(gè)MPI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)。且指令集成功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜控制。而且，就其價(jià)格而言，又較S7400要經(jīng)濟(jì)得多。 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。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。CPU 313C2DP實(shí)物如圖22所示。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。實(shí)物如圖23所示。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)。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。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%。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。如圖27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。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。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。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。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 。可以任意方向安裝，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。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(méi)有盲區(qū)，不怕固體漂浮物的影響的優(yōu)點(diǎn)。 圖210 電子式水位開(kāi)關(guān)BZ24013 液位控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)單容水箱液位控制系統(tǒng)控制框圖如下圖31所示。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)。其中，液位信號(hào)由液位變送器LT和水位檢測(cè)開(kāi)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(kāi)關(guān)量信號(hào)。表31 變頻器輸出頻率與PLC輸出的關(guān)系速度0010Hz01010Hz01115Hz10020Hz10130Hz11040Hz11150Hz0
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