基于PLC的液位控制系统研究毕业设计(论文)

毕业设计论文

基于PLC的液位控制系统研究

摘要

本文设计了一种基于PLC的储罐液位控制系统。它以一台S7-200系列的CPU224和一个模拟量扩展模块EM235进行液位检测和电动阀门开度调节。系统主要实现的功能是恒液位PID控制和高低限报警。

本文的主要研究内容：控制系统方案的选择，系统硬件配置，PID算法介绍，系统建模及仿真和PLC编程实现。本设计用PLC编程实现对储罐液位的控制,具有接线简单、编程容易，易于修改、维护方便等优点。

关键字：储罐;液位控制;仿真;PLC

Abstract

This article is designed based on PLC, tank level control system. It takes a series s7-200 CPU224 and an analog quantities of EM235 expansion module to level detection and electric valve opening regulation.System main function is to achieve constant low level PID control and limiting alarm.

The main contents of this paper: the choice of the control system plan, system hardware configuration, PID algorithm introduced, system modeling and simulation, and PLC programming. PLC programming with the design of the tank level control have the advantage of simple wiring, easy programming, easy to modify, easy maintenance and so on.

Key word: tank ; level ;control ;simulation ;plc

目录

摘要................................................................ I ABSTRACT ........................................................... I I 1 绪论. (1)

1.1盐酸储罐恒液位控制任务 (1)

1.2本文研究的意义 (2)

1.3本文研究的主要内容 (2)

2 控制系统方案设计 (3)

2.1储罐液位控制的发展及现状 (3)

2.2系统功能分析 (3)

2.3系统方案设计 (4)

3 系统硬件配置 (5)

3.1电动控制阀的选择 (5)

3.1.1 控制阀的选择原则 (5)

3.1.2 ZAJP 精小型电动单座调节阀性能和技术参数介绍 (10)

3.2液位测量变送仪表的选择 (13)

3.2.1 液位仪表的现状及发展趋势 (13)

3.2.2 差压变送器的测量原理 (13)

3.2.3 差压式液位变送器的选型原则 (14)

3.2.4 DP系列LT型智能液位变送器产品介绍 (15)

3.3PLC机型选择 (16)

3.3.1 PLC历史及发展现状 (16)

3.3.2 PLC机型的选择 (18)

3.3.3 S7-200系列CPU224和EM235介绍 (20)

4 PID算法原理及指令介绍 (21)

4.1PID算法介绍 (22)

4.2PID回路指令 (24)

5 系统建模及仿真 (28)

5.1系统建模 (28)

5.2系统仿真 (30)

5.2,1 MATLAB语言中Simulink交互式仿真环境简介 (30)

5.2.2 系统仿真 (31)

第6章系统编程实现 (33)

6.1硬件设计 (33)

6.1.1 绘制控制接线示意图 (33)

6,1.2 I/O资源分配 (33)

6.2软件设计 (34)

6.2.1 STEP 7 Micro/Win V4.0 SP6编程软件介绍 (34)

6.2.2 恒液位PID控制系统的PLC控制流程 (35)

6.2.3 编写控制程序 (36)

6.2.4 程序清单 (39)

结束语 (40)

参考文献 (41)

致谢 (42)

1 绪论

1.1 盐酸储罐恒液位控制任务

如图1.1所示为某化工厂稀盐酸储罐，该罐为钢衬聚四氟乙烯储罐，罐体高6米，容量为50立方米，重500千克。钢衬四氟乙烯储罐的介质工作温度为-100°C～250°C，耐腐蚀性强，对卤素、卤代烃、强氧化剂、沸酸、碱、多种有机溶剂都有良好的耐蚀性。其工艺流程为，稀盐酸从储罐顶部流入，罐体下部装有一电子开关阀，AC220V供电，由一个DC24V继电器控制，根据生产需要随时打开或关闭阀门。由于工艺要求，必须将储罐内液体保持在4.5米，即要求罐体内液位恒定不变。同时要求设置高低限报警，当液面高于5.4米时，高限报警，红灯亮；当液面低于3.0米时，底限报警，黄灯亮；正常运行时绿灯亮。要求用一台PLC实现这些控制要求，试设计合适的控制系统，并且选用相应的设备，实现该系统的控制要求。

图1.1 稀盐酸储罐工艺流程图

1.2 本文研究的意义

在工业生产过程中，液位是最常见、最广泛的过程参数之一。在石油工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类流体的液位高度进行检测和控制。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，自动控制难度较高。

为了解决人工控制的控制准确度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们引入了工业生产的自动化控制。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。随着现代工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经不能够满足工业生产控制的需求，所以我们就又引入了可编程逻辑控制（又称PLC）。引入PLC控制方式使控制更加的集中、及时和有效。

本文应用一台PLC通过PID模块实现对储罐液位的恒定控制，较传统的控制方法硬件接线简单，易于改变参数，而且更加快速、准确。对其它类似控制有一定的借鉴意义。

1.3 本文研究的主要内容

本文研究的是PID模块在PLC液位控制系统中的应用。从整体上分析和研究了控制系统的方案设计，硬件配置，被控对象数学模型的建立，系统仿真，PLC 编程实现等，具体有以下几个方面的内容：

1.介绍盐酸储罐恒液位控制任务，指出本文的研究意义所在和研究的主要

内容。

2.介绍了控制系统设计的基本步骤和方法，包括了系统功能分析，控制方

案设计。

3.系统硬件配置。为系统实现选择合适的硬件。

4.介绍PID算法和指令。

5.对被控对象进行建模及系统仿真。

6.介绍STEP 7 Micro/Win V4.0 SP6编程软件，绘制控制接线图等。应用

PLC编程实现本课题的控制要求。

7.总结全文。