profibus锅炉液位远程控制系统设计
摘 要在锅炉工业生产中，液位的高低在整个生产设备中占据极为重要的部分，液位过高会影响蒸汽和水的分离效果，而过低则可能破坏汽水循环，导致锅炉爆炸。因此为了确保生产的安全和效率，必须严格控制锅炉液位是恒定的或按特定规律变化的。为此本文采用现场总线的控制技术来实现对锅炉液位的远程控制，以期达到上述目的。该技术在工业锅炉的环境中不仅能够保证工作人员的人身安全，而且能够节能增效，具有广阔的市场空间和投资前景。本文根据锅炉液位控制的原理与控制方式，确定了液位控制的策略；通过PROFIBUS技术、PLC、远程IO、变频器、液位变送器等各个模块硬件的建立，以及在软件方面采用PID控制和WINCC组态软件对被控对象进行监测，从而实现工业锅炉恒液位的控制。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2液位控制的背景及意义 1
1.3液位控制问题在国内外研究的现状 1
1.4本文研究的主要内容 2
第二章 硬件方案 3
2.1液位控制系统主要的硬件组成 3
2.2可编程序控制器 3
2.2.1PLC的定义和分类 3
2.2.2PLC的系统组成与工作原理 4
2.2.3PLC选型 4
2.3变频器 5
2.3.1变频调速基础 5
2.3.2西门子变频器 6
2.3.3变频器的选型 6
2.4 PROFIBUS技术 7
2.4.1现场总线的概念 7
2.4.2 PROFIBUS现场总线概述 8
2.4.3系统组成和功能实现 9
2.5 液位变送器 10
2.6 基于PLC的电气原理接线图 11
第三章 液位控制软件设计 12
3.1下位机软件中的硬件配置 12
3.1.1 STEP 7简介 12
3.1.2 STEP7的硬件配置 12
3.1.3 程序结构 13
3.2上位机软件组态设计 18
3.2.1 WINCC概述 18
3.2.2 WINCC的通讯连接 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.2.3 组态变量 18
3.2.4组态监控画面 19
3.2.5运行结果 19
第四章 调试与研究展望 21
4.1 调试工作 21
4.2 研究展望 21
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
液位一直是工业过程中的主要被控对象之一，在工业生产的各个领域有广泛的应用，比如工业锅炉的液位控制，水箱液位控制等。据计，我国是世界上生产和使用工业锅炉最广泛的国家之一，现如今我们处在一个注重生产安全以及节约能源的年代，这就需要我们的技术更加发达。因此，研究锅炉液位控制仍有其很高的实用价值。
1.2液位控制的背景及意义
随着工业部门先进生产技术应用和管理的完善，对工业锅炉的液位控制能力提出了更高的要求，要求保证生产安全高效的进行必须严格控制锅炉液位使其保证恒定或按一定规律变化。在锅炉工业技术中,若液位过高,则会影响蒸汽和水分离的效果,使设备发生故障；而液位过低,则会破坏汽水循环,极有可能导致锅炉爆炸，由此可见锅炉液位控制是极为重要的。锅炉液位自动控制的任务,就是控制进水量,使液位稳定在规定的范围内，这样才能保证锅炉的正常工作。
为了解决人工控制的控制度低、速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而引入了工业生产的自动化控制。然而一般的自动化控制已经不能满足工业生产控制的需求，所以我们就引入了可编程序控制器（PLC），PLC将会使控制方式更集中、有效、更加的及时。因此，PLC在液位控制领域有着广泛而深入的应用。
1.3液位控制问题在国内外研究的现状
这么多年以来，有关控制系统的技术在现代工业领域中一直都被广泛运用，在研究和发展上也逐渐完善，控制的理念更是在各方面都深入人心，为人类的发展和进步带来巨大贡献。液位控制系统在一般工业生产中一是必不可少的一部分。通过远程的控制系统，人们不用在锅炉现场工作，而是能在监控室通过电脑的监控画面随时获知整个设备的运行情况，大幅度降低了工作人员的工作危险性，同时也提升了生产的质量。
在液位控制中，大多数的控制回路方案都采用传统的PID控制。随着智能仪表和PLC的发展，一些新型控制方法发展迅速并在实际中得到了很好的应用。
目前，在世界上的过程控制技术先进的国家，他们研究开发出很多先进的完善的搞笑的液位控制器以及相应的仪表仪器，并广泛应用于各个领域。这些先进的算法，采用模糊控制、自校正控制、人工智能及计算机技术、自适应控制式液位控制器的适应范围更加广泛。
而在我国，虽然液位控制应用在很多地方，但是由于我们本身的局限性一些控制技术还不是那么优秀，与先进国家的差距还很大。在中国通常采用的液位控制器都是常规的PID控制器，虽然能解决大部分问题，但还是无法适用于较为复杂的液位系统控制。智能化、自适应的控制系统，国内还没有较为成熟的技术，所以，发展先进的液位控制技术是我们需要重视的趋势。
1.4本文研究的主要内容
1.对液位控制系统进行硬件设计，包括控制器PLC型号，远程IO模块，PROFIBUS技术，变频器，液位变送器的选择。
2.对液位控制系统进行软件设计，搭建一个基于STEP7 与PLC的恒液位控制程序，主要涉及到FB41背景数据块和FC105，FC106模块实现信号的A/D，D/A转换，PID闭环控制系统的设计。WINCC组态界面的设计。
3.综合调试运行。
第二章 硬件方案
2.1液位控制系统主要的硬件组成
结合现有的知识理论以及实验设备，本文涉及出一套液位控制系统，以下是这个液位控制系统的流程图，如图21所示。
图21 液位控制系统流程图
整个硬件主要是由PLC、PROFIBUS总线、远程IO模块、变频器、电机、液位变送器、计算机网络所构成。以PLC为控制器，先由液位变送器将液位信号转换为标准的电压信号，然后将电压信号传送给PLC，经过PID控制算法处理数据，并将控制信号经数/模转换控制变频器，从而控制电机转速改变调节阀大小控制进水量，最终实现恒液位控制。采用WINCC组态技术为系统设计良好的监控界面。
2.2可编程序控制器
2.2.1PLC的定义和分类
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2液位控制的背景及意义 1
1.3液位控制问题在国内外研究的现状 1
1.4本文研究的主要内容 2
第二章 硬件方案 3
2.1液位控制系统主要的硬件组成 3
2.2可编程序控制器 3
2.2.1PLC的定义和分类 3
2.2.2PLC的系统组成与工作原理 4
2.2.3PLC选型 4
2.3变频器 5
2.3.1变频调速基础 5
2.3.2西门子变频器 6
2.3.3变频器的选型 6
2.4 PROFIBUS技术 7
2.4.1现场总线的概念 7
2.4.2 PROFIBUS现场总线概述 8
2.4.3系统组成和功能实现 9
2.5 液位变送器 10
2.6 基于PLC的电气原理接线图 11
第三章 液位控制软件设计 12
3.1下位机软件中的硬件配置 12
3.1.1 STEP 7简介 12
3.1.2 STEP7的硬件配置 12
3.1.3 程序结构 13
3.2上位机软件组态设计 18
3.2.1 WINCC概述 18
3.2.2 WINCC的通讯连接 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.2.3 组态变量 18
3.2.4组态监控画面 19
3.2.5运行结果 19
第四章 调试与研究展望 21
4.1 调试工作 21
4.2 研究展望 21
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
液位一直是工业过程中的主要被控对象之一，在工业生产的各个领域有广泛的应用，比如工业锅炉的液位控制，水箱液位控制等。据计，我国是世界上生产和使用工业锅炉最广泛的国家之一，现如今我们处在一个注重生产安全以及节约能源的年代，这就需要我们的技术更加发达。因此，研究锅炉液位控制仍有其很高的实用价值。
1.2液位控制的背景及意义
随着工业部门先进生产技术应用和管理的完善，对工业锅炉的液位控制能力提出了更高的要求，要求保证生产安全高效的进行必须严格控制锅炉液位使其保证恒定或按一定规律变化。在锅炉工业技术中,若液位过高,则会影响蒸汽和水分离的效果,使设备发生故障；而液位过低,则会破坏汽水循环,极有可能导致锅炉爆炸，由此可见锅炉液位控制是极为重要的。锅炉液位自动控制的任务,就是控制进水量,使液位稳定在规定的范围内，这样才能保证锅炉的正常工作。
为了解决人工控制的控制度低、速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而引入了工业生产的自动化控制。然而一般的自动化控制已经不能满足工业生产控制的需求，所以我们就引入了可编程序控制器（PLC），PLC将会使控制方式更集中、有效、更加的及时。因此，PLC在液位控制领域有着广泛而深入的应用。
1.3液位控制问题在国内外研究的现状
这么多年以来，有关控制系统的技术在现代工业领域中一直都被广泛运用，在研究和发展上也逐渐完善，控制的理念更是在各方面都深入人心，为人类的发展和进步带来巨大贡献。液位控制系统在一般工业生产中一是必不可少的一部分。通过远程的控制系统，人们不用在锅炉现场工作，而是能在监控室通过电脑的监控画面随时获知整个设备的运行情况，大幅度降低了工作人员的工作危险性，同时也提升了生产的质量。
在液位控制中，大多数的控制回路方案都采用传统的PID控制。随着智能仪表和PLC的发展，一些新型控制方法发展迅速并在实际中得到了很好的应用。
目前，在世界上的过程控制技术先进的国家，他们研究开发出很多先进的完善的搞笑的液位控制器以及相应的仪表仪器，并广泛应用于各个领域。这些先进的算法，采用模糊控制、自校正控制、人工智能及计算机技术、自适应控制式液位控制器的适应范围更加广泛。
而在我国，虽然液位控制应用在很多地方，但是由于我们本身的局限性一些控制技术还不是那么优秀，与先进国家的差距还很大。在中国通常采用的液位控制器都是常规的PID控制器，虽然能解决大部分问题，但还是无法适用于较为复杂的液位系统控制。智能化、自适应的控制系统，国内还没有较为成熟的技术，所以，发展先进的液位控制技术是我们需要重视的趋势。
1.4本文研究的主要内容
1.对液位控制系统进行硬件设计，包括控制器PLC型号，远程IO模块，PROFIBUS技术，变频器，液位变送器的选择。
2.对液位控制系统进行软件设计，搭建一个基于STEP7 与PLC的恒液位控制程序，主要涉及到FB41背景数据块和FC105，FC106模块实现信号的A/D，D/A转换，PID闭环控制系统的设计。WINCC组态界面的设计。
3.综合调试运行。
第二章 硬件方案
2.1液位控制系统主要的硬件组成
结合现有的知识理论以及实验设备，本文涉及出一套液位控制系统，以下是这个液位控制系统的流程图，如图21所示。
图21 液位控制系统流程图
整个硬件主要是由PLC、PROFIBUS总线、远程IO模块、变频器、电机、液位变送器、计算机网络所构成。以PLC为控制器，先由液位变送器将液位信号转换为标准的电压信号，然后将电压信号传送给PLC，经过PID控制算法处理数据，并将控制信号经数/模转换控制变频器，从而控制电机转速改变调节阀大小控制进水量，最终实现恒液位控制。采用WINCC组态技术为系统设计良好的监控界面。
2.2可编程序控制器
2.2.1PLC的定义和分类
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