plc水箱水位控制系统的分析与设计(附件)【字数：11318】
摘 要摘 要水箱水位的自动化控制是对于传统技术的一大革新，其智能化的特点极大改善了生产效能以及在相应环境下的工作成本。同时，准确的操作响应也减少了以往这一领域中水资源的消耗。本次设计的主要体现是基于PLC水箱水位控制系统的分析与设计。在本次设计中，选用了西门子S7—200型可编程逻辑控制器、KYB型压力传感器、微型隔膜水泵等实现了水箱水位的自动化控制。该系统在工作模式下，不同水位通过压力传感器，将压力信号所对应的电流信号传递至PLC工作机，由PLC工作机输出控制信号至水泵，实现水箱水位的控制。本文以THBDY-1单容水箱作为研究对象，基于恒定水位的控制目标，设计了单容水箱水位的自动控制系统。以西门子S7—200型可编程逻辑控制器为基础，建立了一套完善的控制系统，并通过水塔水位虚拟控制台验证了控制方案的可行性。针对单容水箱及其水位变化的规律，选型了EM235型扩展模块并引用PID算法，并将PLC程序固化于可编程逻辑控制器的存储模块中，实现了单容水箱水位实物控制。通过试验，该装置可实现水箱水位的恒定控制。关键词PLC（可编程逻辑控制器）；水箱水位；传感器；水泵。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究目的与意义 1
1.2 研究现状与趋势 2
1.3 主要研究内容 3
第二章 控制设备的工作原理 4
2.1 S7200型可编程逻辑控制器工作原理 4
2.2 S7—200的组成 4
2.2.1 S7—200的基本单元 4
2.2.2 S7200 型可编程逻辑控制器的扩展模块 5
2.2.3 PC端以及STEP—7编程软件 6
2.3 PLC的闭环控制 6
2.3.1 闭环控制原理 6
2.3.2 可编程逻辑控制器的PID原理 7
第三章 控制系统的软件设计与分析 8
3.1 水箱水位的PLC模拟控制 8
3.1.1 模拟控制的设计思路 8
3.1.2 模拟控制的程序编写 9
3.1.3 模拟控制的控制过程 11
3.2 水箱水位的实现程序 12
3.3本章小结 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第四章 控制系统的硬件选型与分析 17
4.1 CPU选型与分析 17
4.1.1 模拟设计中的CPU 17
4.1.2 实物设计中的CPU选型与分析 18
4.2 扩展模块的选型与分析 19
4.3 水泵的选型与分析 21
4.4 压力变送器的选型与分析 23
4.4.1 压力变送器的选型要求 23
4.4.2 压力变送器的原理与特点 23
4.5 变频器的选型与分析 24
第五章 控制系统的分析与实现 26
5.1 控制程序的固化 27
5.2 设备间的安装关系 28
5.3 控制系统的实现 29
5.4本章小结 31
总结 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
关于水箱水位的控制，无论是在工业体系的正常运转或是生活活动的普通环节乃至我国重要水系的水位监测中，皆是不可或缺的一环。一般的生产、研究部门或日常生活，都以液态水作为主要的工质来源。不同环节的对应需求量也有差异，实现定量、实时、可控的供水效果成为了众多控制子系统的专门任务[1]。比如，在工厂锅炉、高层建筑的供水与调节、长江水环境等等方面都需要这一系统。除此之外，我国在发展趋势上处于急速的经济上升期，在能源需求上属于消耗型大国，尤其是对于水资源有着较大程度的依赖，经过一段时间的过度和不科学的使用，我国水资源本身的存在价值几乎到了以稀为贵的地步，如果依然走低技术、高投入的粗犷型经济发展道路将会使资源消耗殆尽，导致产出和投入无法平衡，陷入经济发展的瓶颈期，在部分地区仍然存在水资源匮乏的问题。重视水资源的合理、科学的运用是一项创造长期红利的举措，而更高层级的水位控制将起到至关重要的作用。
在自动控制系统方面，生产部门对其有着迫切的需要，控制系统作为一个结合信息反馈与控制的综合体系经历了较漫长的发展。随着以机械式为代表的离心调速器为起点，再到近代出现的以继电器、接触器和计时器等传统继电器控制系统，人类也进入了电气文明的时代。这种传统的继电器控制系统往往需要占据大量的生产空间，同时，因为其设计思路属于硬线逻辑设计，因此需要大量的接触器等电气元件，在一定程度上影响了控制系统整体的可靠性。此外，由于一般的自动控制对象功能或工作效果单一，又局限了这种控制系统的通用性。在遇到控制对象变化的情况下，就需要对硬线逻辑控制系统进行重新设计，耗时耗力，对于各个连接节点硬件的工艺要求较高，使得生产成本也出现浪费。
现代工厂生产制度要求供给量更加精确、控制速度更加迅捷、产品加工流程更加简化，这就需要以高性能微处理器为计算核心、以全时态响应的传感器为信息采集手段、以机器语言为控制指令的一整套设备，才可实现。在人类的几次技术革命中，以可编程逻辑控制技术的出现为影响最巨大，开启了智能化与小型化时代的到来。
相比起传统的水箱水位控制系统，基于PLC的水箱水位控制系统广受欢迎，该系统依靠PLC作出相应的控制决定，将指令发送至水泵电动机，实现实时控制。其主要优势在于通过模块化的结构设计，改变控制程序即可达到预期的工作效果，节省了一定的成本；系统本身是插件式结构，维修简单；控制系统的体积变小；工作数据可以录入计算机；操作的响应速度有了提高；工作期间可靠性高等等。总而言之，采用可编程逻辑控制的水箱水位控制系统改善了以往水箱水位控制的精确性、可靠性、工作适应环境和智能化程度。
1.2 研究现状与趋势
有关传统的水箱水位控制方式[2]在经过多年的发展，主要体现在浮标式水位控制、电极式水位控制、压力式水位控制等三种继电器式控制模式。其中，以电极式的离子浮选法较为新颖。以上几种控制系统是基于液态工质的物理或化学特性而运转，主要是以大型水塔、污水处理等作为工作对象，并不具备全时态的响应功能。同时，受到环境变化的影响，经常会出现继电器失灵等现象。满足现代工业文明的精密化水位控制系统的任务绝不是以上几种方式能够完成的。而可编程逻辑控制系统的出现极大缓解了这一需求与生产能力的矛盾。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究目的与意义 1
1.2 研究现状与趋势 2
1.3 主要研究内容 3
第二章 控制设备的工作原理 4
2.1 S7200型可编程逻辑控制器工作原理 4
2.2 S7—200的组成 4
2.2.1 S7—200的基本单元 4
2.2.2 S7200 型可编程逻辑控制器的扩展模块 5
2.2.3 PC端以及STEP—7编程软件 6
2.3 PLC的闭环控制 6
2.3.1 闭环控制原理 6
2.3.2 可编程逻辑控制器的PID原理 7
第三章 控制系统的软件设计与分析 8
3.1 水箱水位的PLC模拟控制 8
3.1.1 模拟控制的设计思路 8
3.1.2 模拟控制的程序编写 9
3.1.3 模拟控制的控制过程 11
3.2 水箱水位的实现程序 12
3.3本章小结 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
第四章 控制系统的硬件选型与分析 17
4.1 CPU选型与分析 17
4.1.1 模拟设计中的CPU 17
4.1.2 实物设计中的CPU选型与分析 18
4.2 扩展模块的选型与分析 19
4.3 水泵的选型与分析 21
4.4 压力变送器的选型与分析 23
4.4.1 压力变送器的选型要求 23
4.4.2 压力变送器的原理与特点 23
4.5 变频器的选型与分析 24
第五章 控制系统的分析与实现 26
5.1 控制程序的固化 27
5.2 设备间的安装关系 28
5.3 控制系统的实现 29
5.4本章小结 31
总结 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 研究目的与意义
关于水箱水位的控制，无论是在工业体系的正常运转或是生活活动的普通环节乃至我国重要水系的水位监测中，皆是不可或缺的一环。一般的生产、研究部门或日常生活，都以液态水作为主要的工质来源。不同环节的对应需求量也有差异，实现定量、实时、可控的供水效果成为了众多控制子系统的专门任务[1]。比如，在工厂锅炉、高层建筑的供水与调节、长江水环境等等方面都需要这一系统。除此之外，我国在发展趋势上处于急速的经济上升期，在能源需求上属于消耗型大国，尤其是对于水资源有着较大程度的依赖，经过一段时间的过度和不科学的使用，我国水资源本身的存在价值几乎到了以稀为贵的地步，如果依然走低技术、高投入的粗犷型经济发展道路将会使资源消耗殆尽，导致产出和投入无法平衡，陷入经济发展的瓶颈期，在部分地区仍然存在水资源匮乏的问题。重视水资源的合理、科学的运用是一项创造长期红利的举措，而更高层级的水位控制将起到至关重要的作用。
在自动控制系统方面，生产部门对其有着迫切的需要，控制系统作为一个结合信息反馈与控制的综合体系经历了较漫长的发展。随着以机械式为代表的离心调速器为起点，再到近代出现的以继电器、接触器和计时器等传统继电器控制系统，人类也进入了电气文明的时代。这种传统的继电器控制系统往往需要占据大量的生产空间，同时，因为其设计思路属于硬线逻辑设计，因此需要大量的接触器等电气元件，在一定程度上影响了控制系统整体的可靠性。此外，由于一般的自动控制对象功能或工作效果单一，又局限了这种控制系统的通用性。在遇到控制对象变化的情况下，就需要对硬线逻辑控制系统进行重新设计，耗时耗力，对于各个连接节点硬件的工艺要求较高，使得生产成本也出现浪费。
现代工厂生产制度要求供给量更加精确、控制速度更加迅捷、产品加工流程更加简化，这就需要以高性能微处理器为计算核心、以全时态响应的传感器为信息采集手段、以机器语言为控制指令的一整套设备，才可实现。在人类的几次技术革命中，以可编程逻辑控制技术的出现为影响最巨大，开启了智能化与小型化时代的到来。
相比起传统的水箱水位控制系统，基于PLC的水箱水位控制系统广受欢迎，该系统依靠PLC作出相应的控制决定，将指令发送至水泵电动机，实现实时控制。其主要优势在于通过模块化的结构设计，改变控制程序即可达到预期的工作效果，节省了一定的成本；系统本身是插件式结构，维修简单；控制系统的体积变小；工作数据可以录入计算机；操作的响应速度有了提高；工作期间可靠性高等等。总而言之，采用可编程逻辑控制的水箱水位控制系统改善了以往水箱水位控制的精确性、可靠性、工作适应环境和智能化程度。
1.2 研究现状与趋势
有关传统的水箱水位控制方式[2]在经过多年的发展，主要体现在浮标式水位控制、电极式水位控制、压力式水位控制等三种继电器式控制模式。其中，以电极式的离子浮选法较为新颖。以上几种控制系统是基于液态工质的物理或化学特性而运转，主要是以大型水塔、污水处理等作为工作对象，并不具备全时态的响应功能。同时，受到环境变化的影响，经常会出现继电器失灵等现象。满足现代工业文明的精密化水位控制系统的任务绝不是以上几种方式能够完成的。而可编程逻辑控制系统的出现极大缓解了这一需求与生产能力的矛盾。
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