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基于PLC的液位控制

摘要

本次课程设计的课题是基于PLC的水箱液位控制系统的设计。涉及到的主要内容包括：水箱的特性确定与实验曲线分析，S7-300可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和应用PLC语句编程来控制水箱水位。

关键词：S7-300西门子PLC、控制对象特性、PID控制算法、压力变送器、电动调节阀、变频器，PID指令。

摘要............................................................................................................................................. I 第1章引言 . (1)

1.1 实验目的 (1)

1.2 实验原理 (1)

1.3 设计方案的确定 (2)

第2章系统硬件介绍 (2)

2.1 西门子PLC控制系统简介 (2)

2.3模拟量输入模块 (3)

2.4模拟量输出模块 (3)

2.5 电源模块 (4)

第三章系统硬件控制设计 (5)

3.1 系统设计 (5)

3.2 硬件设计 (6)

3.2.1 检测单元 (6)

3.2.2 执行单元 (7)

第四章软件设计 (8)

4.1 FC105 介绍： (8)

4.2 FC 106 介绍： (8)

4.3 FB41 介绍 (9)

4.4 软件控制流程图： (10)

第五章程序实现 (10)

5.1 step 7 软件编程： (10)

5.2程序调试与结果 (15)

5.3 过程中出现的问题与解决办法 (15)

第6章实验心得与体会 (19)

附录：程序清单 (20)

参考文献 (24)

第1章引言

1.1 实验目的

1熟悉可编程序控制器的工作原理、主要参数、硬件结构、模块特性、安装配置及指令系统、程序设计、调试方法。

2、熟悉S7-300模拟量模块的工作原理，掌握硬件安装接线的方法及软件的设置及编程。

3、掌握模拟量模/数、数/模转换的原理，输入输出编程方法及STEP7开发环境的使用。

4 掌握过程控制的中pid的调节方法，实现液位的自由控制。

1.2 实验原理

本次实验采用PLC 控制，将液位控制在设定高度，根据上水箱液位信号输出给PLC ，PLC根据P I D 参数进行PID 运算，输出信号给变频器，然后由变频器控制水泵供水系统的进水流量，从而达到控制液位的恒定的目的。

单容水箱液位的控制原理：

图1-1单容水箱液位的控制原理：

本次实验原理：根据设定的流量输出给PLC ，用PLC 的输出来控制变频器，用流量计测出流量信号的反馈给PLC ，有PLC 进行比较和运算输出给变频器，从而达到流量的平衡。

图1-2液位控制系统原理框图

1.3 设计方案的确定

液位高度与水箱底部的水压成正比，故可用一个压力传感器来检测水箱底部压力，从而确定液位高度。要控制水位恒定，需用PID算法对水位进行自动调节。把液位变送器检测到的水位信号4～20mA送入至S7-300 PLC中，在PLC中对设定值与检测值的偏差进行PID 运算，运算结果输出去调节水泵电机的转速，从而调节进水量。水泵电机的转速可由变频器来进行调速。

过程控制在工业生产中应用广泛，在理论的研究与生产的实践中发展出很多的控制算法，主要有，PID控制算法，预测控制自适应控制，智能控制。大量的事实证明，传统的PID控制算法对于绝大部分工业过程的被控对象(高达90%)可取得较好的控制结果。采用改进的PID算法或者将PID算法与其他算法进行有机的结合往往可以进一步提高控制质量。

图1-3实验系统流程图

第2章系统硬件介绍

2.1 西门子PLC控制系统简介

S7-300的CPU模块集成了过程控制功能，用于执行用户程序。每个CPU都有一个编程用的RS-485接口，可以和计算机连接，PLC作为下位机，利用计算机作为上位机进行编程。功能强大的CPU的RAM存储容量为512KB，有8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量通道最大为65536点，模拟量通道最大为4096个，由于使用Flash EPROM，CPU断电后无需后备电池可以长时间保持动态数据，使S7-300成为完全无维护的控制设备。

S7-300系列PLC的主要特点是：

（1）功能强

●极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过SIMECLAMS联网

的网络功能，使S3-300功能更强。

●强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能、口令保护，便利的连接

系统和无槽位限制的模块化结构。

● 快速，极其快速的指令处理大大地缩短了循环周期。

（2）通用，着眼未来

● 满足各种要求的高性能模块和三种CPU 适用于任一场合。

● 模块可扩展至最多三个扩展机架，相当高的安装密度。

● 用于与SIMATIC 其他产品相连的接口，集成了MMI(人机界面)设备，

用户友好的Windows STEP7编程，使得S7-300成为对未来的安全投

资。

2.2 CPU 模块

CPU 314C-2 DP( 6ES7 314-6EH04-0AB0)：是紧凑型 CPU ，适合安装在分布式结构中。通过其扩展工作存储器，该紧凑型CPU 也适用于中等规模的应用。集成的数字量和模拟量 I/O 可直接与过程连接，PROFIBUS DP 主站/从站接口允许连接独立的 I/O 单元。因此，CPU 314C-2 DP 既可以用作本地单元进行快速预处理，也可以用作带从属现场总线系统的一个高级控制。通过集成的与过程相关的功能还可以实现其它应用：计数，频率测量， PID 控制。

2.3模拟量输入模块

系统中从检测装置过来的模拟量需经过A/D 转换才能输入到CPU 处理，这就要求PLC 有模拟量输入处理模块。SM 331模拟量输入 [简称模入(AI)] 模块目前有三种规格型号，即128?AI 位模块、168?AI 位模块和122?AI 位模块。

本次实验的模拟量输入/输出模块采用，SM331 AI8x12bit(6ES7 331-7KF02-0AB0)，该模块有8输入通道（默认地址：PIW256-PIW271）、测量范围：0～10V 电压、0～10K Ω电阻或Pt 100），输出范围0～10V 电压值或4～20mA 电流值

SM 331输入模块主要由A/D 转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离元件、逻辑电路组成。A/D 转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法。

2.4模拟量输出模块

经过CPU 处理后的结果是数字量，而执行机构能接收的信号是模拟信号，这

就要求PLC配有模拟量输出模块。

SM 332模拟量输出[简称模出(AO)]模块目前有3种规格型号：12

AO位模

块、12

AO位模块。本次实验采用的SM331 A04x12bit(6ES7

AO位模块和16

332-5HDO1-0AB0)该模块有4路输出通道（默认地址：PQW272-PQW279）SM 332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路与负载连接。

2.5 电源模块

PS 307电源模块是西门子公司为S7-300专配的DC24V电源，PS 307系列模块除输出额定电流不同外(有2、5、10A)，其工作原理和参数都一样。系统选用5A的电源模块。

PS 307 5A模块基本电路如图2-1所示。PS 307 5A模块的输入接单相交流系统，输入电压120/230V，50/60HZ，在输入和输出之间有可靠的隔离。输出电压允许范围20(%

±)V，最大上升时间2.5s，最大残留纹波150mV，PS 307可安装

在导轨上，除了给S7-300供电，也可给I/O模块提供负载电源。

图2-1PS 307电源模块(10A)基本电路图

第三章系统硬件控制设计

3.1 系统设计

在这个部分中控制的是上水箱的液位。单相泵正常运行，打开出水阀，电动调节阀以一定的开度来控制进入水箱的水流量，调节手段是通过将液位变送器检测到的电信号送入PLC中，经过A/D变换成数字信号，送入数字PID调节器中，经PID算法后将控制量经过D/A转换成与变频器开度相对应的电信号送入变频器，然后由变频器控制水泵，从而达到控制液位的目的。

当上水箱的液位小于设定值时，液位变送器检测到的信号小于设定值，设定值与反馈值的差就是PID调节器的输入偏差信号。经过运算后即输出控制信号给变频器，使其值增大，从而电动调节阀的开度增大，以使通道里的水流量变大，增加水箱里的储水量，液位升高。当液位升高到设定高度时，设定值与控制变量平衡，PID调节器的输入偏差信号为零，电动调节阀就维持在那个开度，流量也不变，同时水箱的液位也维持不变。

系统的控制框图如图4-1所示。其中SP为给定信号，由用户通过计算机设定，PV为控制变量，它们的差是PID调节器的输入偏差信号，经过PLC的PID程序运算后输出，调节器的输出信号经过PLC的D/A转换成4~20mA的模拟电信号后输出到变频器，调节电动调节阀的开度，以控制水的流量，使水箱的液位保持设定值。水箱的液位经过液位变送器检测转换成相关的电信号输入到PLC的输入接口，再经过A/D转换成控制量PV，给定值SP与控制量PV经过PLC的CPU 的减法运算成了偏差信号e ,又输入到PID调节器中，又开始了新的调节。所以系统能实时地调节水箱的液位。

图3-1 上水箱液位自动调节系统控制框图

3.2 硬件设计

3.2.1 检测单元

在过程控制系统中，检测环节是比较重要的一个环节。本次采样的对象时液位。液位变送器分为浮力式、静压力式、电容式、应变式、超声波式、激光式、放射性式等。系统中用到的液位变送器是SP0018G压力变送器，属于静压力式液位变送器，量程为0~10KPa，精度为%

0.1

，由24V直流电源供电，可以从PLC 的电源中获得，输出为4~20mA直流，接线如图4-2所示。

图3-2 压力变送器的接线图

接线说明：传感器为二线制接法，它的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接中继箱内正端(+)，中继箱内负端(—)接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接24V-。传感器输出4~20mA电流信号。

图3-3压力变送器工作原理图压力变送器的工作原理见图4-3。大气压力为P A ，选定的零液位处压力为P B ，零液位至液面高度为H ，其产生的压差ΔP 为

g H P P P A B ρ=-=? (4-1)

式中，ρ为水的密度，g 为重力加速度。根据式(4-1)，利用压力变送器将P B 转换成DC4~20mA 统一标准信号送入PLC 中，便得知被测的液位。

3.2.2 执行单元

变频器作为此次设计的执行单元，接受来自调节单元的输出信号，并转换成相应的数字量，从而控制水泵供水系统的进水流量，从而达到控制液位的目的。。

3.2.3 控制单元

控制单元是整个系统的心脏。在系统中，PLC 是控制的中心元件，它是控制单元设计的重要部分。

系统应用的是西门子S7-300系列的PLC ，其结构简单，使用灵活且易于维护。它采用模块化设计，本系统主要包括CPU 模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和电源模块。PLC 可以与计算机连接，便于计算机对PLC 进行编程和管理。

系统选用的S7-300PLC 的各个模块分别是CPU 314-2DP 、SM 331 128?A 位模拟量输入模块、SM 332 124?位模拟量输出模块、PS 3075A 电源模块，这些模块在前面已经作了详细的介绍。模块的选择是根据系统的实际要求选择的，能满足

系统的要求，符合节省成本的要求。

第四章软件设计

4.1 FC105 介绍：

图4-1 FC105结构图

SCALE功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。FC105的数值换算公式为：

OUT=(IN -K1)/(K2-K1)*(HI_LIM-LO_LIM )+LO_LIM

对双极性，输入值范围为-27648到27648，对应K1 =-27648，K2 =+27648，

对单极性，输入值范围为0到27648，对应K1 =0，K2 =+27648,如果输入整型值大于K2，输出(OUT)将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。

通过设置LO_LIM > HI_LIM可获得反向标定。使用反向转换时，输出值将随输入值的增加而减小。

4.2 FC 106 介绍：

UNSCALE功能接收一个以工程单位表示、且标定于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型输入值(IN)，并将其转换为一个整型值。将结果写入OUT。

UNSCALE功能使用以下等式：

OUT = (IN-HO_LIM)/(HI_LIM-HO_LIM)* (K2-K1) ]+ K1，并根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置常数K1和K2。

BIPOLAR：假定输出整型值介于-27648和27648之间，因此，K1 = -27648.0，K2 = +27648.0

UNIPOLAR：假定输出整型值介于0和27648之间，因此，K1 = 0.0，K2 = +27648.0 如果输入值超出LO_LIM和HI_LIM范围，输出(OUT)将钳位于距其类型(BIPOLAR

或UNIPOLAR)的指定范围的下限或上限较近的一方，并返回一个错误。

图4-2 FC106 结构图

4.3 FB41 介绍

：

图4-3 FB41

1）常用输入参数说明：

MAN_ON：BOOL：手动值ON；当该位为TURE时，PID功能块直接将MAN的值输出到LMN，这可以在PID框图中看到；也就是说，这个位是PID的手动/自动切换位；

P_SEL：BOOL：比例选择位：该位ON时，选择P（比例）控制有效；一般选择有效；

I_SEL：BOOL：积分选择位；该位ON时，选择I（积分）控制有效；一般选择有效；INT_HOLD BOOL：积分保持，不去设置它；

I_ITL_ON BOOL：积分初值有效，I-ITLVAL（积分初值）变量和这个位对应，当此位ON时，则使用I-ITLV AL变量积分初值。一般当发现PID功能的积分值增长比较慢或系统反应不够时可以考虑使用积分初值；

D_SEL ：BOOL：微分选择位，该位ON时，选择D（微分）控制有效；一般的控制系统不用；

CYCLE ：TIME：PID采样周期，一般设为200MS；

SP_INT：REAL：PID的给定值；

PV_IN ：REAL：PID的反馈值（也称过程变量）；

GAIN ：REAL：比例增益；

TI ：TIME：积分时间；

TD ：TIME：微分时间

LMN_OFF：REAL：PID输出值偏置值（OFFSET）；

I_ITLVAL：REAL：PID的积分初值；有I-ITL-ON选择有效

4.4 软件控制流程图：

？

图4-4 软件控制流程图

第五章程序实现

5.1 step 7 软件编程：

在进行软件设计前。必须先进行硬件组态.，使程序与硬件控制有机的结合起来。

图5-1 硬件组态图

2 因为本次设计采用的是电流信号，所以需将模拟量输入，输出模块的信号设置电流信号。

图5-2 SM332属性图

3 程序编写。整体的思路是，液位变送器采样的值通过FC105 转换为模拟量，将模拟量与给定的值通过FB41进行PID 运算，随后将输出值通过FC106转换为电流信号，将电流信号送入变频器，通过变频器控制电动调节阀，达到控制液位的目的。程序见附录。

4 本次设计采用的杰控软件进行界面的显示。通过界面，设置，液位给定，P I D 参数，以及显示液位变送器采样输出值和pid 输出值。

通过杰控软件，定义相对应的数据，并开辟相对应的内存空间，存储所需要的输入输出值，再通过PLC 的装载指令，将相对应的值装入相应的地址空间，便可以实现良好的人界的交互。

图5-3 杰控界面图

图5-4 定义的设备数据表

图5-5 定义存贮区

图5- 6 定义变量

5.2程序调试与结果

在比例调节实验的基础上，加入积分环节，在界面上设置P为10，I 设置为25观察得到被控制量回到设定值，

5.3 过程中出现的问题与解决办法

1 下载硬件组态时，出现无法转载或无法建立连接？

解决方法：出现这个问题时，我们首先重启了PLC 的CPU 对其进行了复位，在

此下载程序组态时，依然无法建立连接，随后便检查设备IP地址与计算机IP地址，打开计算机网络连接属性和组态PN-IO的属性地址进行检查，发现前三位地址不一致，于是修改了地址，使其前三地址相同，最后一位地址不相同，然后复位CPU 重新下载获得成功。

2 程序运行时SF 显示红灯？

解决方法：显示红灯，说明硬件组态与实际设备的型号不一致，于是检查硬件组态，发现电源模块订货号错误，更正后重新下载后程序正确运行。

3 FC105 模块的输入，即液位变送器的采样值，出现数字满量程，负值。

解决方法: 当出现满量程时，首先检查水箱的液位是否已满，发现没有。说明可能液位变送器工作不正常。于是检查液位变送器与水箱是否连接正常，发现连通管内水未装满，导致连通管内充有一定量的空气，检测不正常。随后打开连通管另一端，将水灌入，排除空气。随后检测值显示正常。出现负值时，检查了连线，发现连线接反。改变连线，采样正常。

4 ：程序运行，但发现电机与变频器没有正常运行。

解决方法：检查软件各模块输出值正常，检查设备参数设置，发现其值不合理，没有将其设置为外控模式，随后修改，运行正常。

4 杰控界面的液位给定值极P I D 个参数值无法传递到FB41的给定管脚。

解决方法:首先我们打开了杰控组态软件，检查设备数据表变量的定义是否弄错，发现本地参数的IP地址和远程参数的IP地址设置有误。无法进行通讯，随时修改后，重新运行程序，有显示回应。

5 各参数值发现显示异常，界面中进FC105 装换后的输出值出现闪烁的现象。

解决方法：检查定义变量的关联是否正确，检查无误。随后在数据的内存空间上发现，由于设置地址的起始于结束地址，设置不合理，导致出现了内存覆盖的情况，这样就导致，同一段内存，在不同时刻存入了不同的值，因此数显了闪烁的现象。

7 在进行P I D 调节中，发现输出曲线超调态大，滞后时间太长？

解决办法; 说明P设置太大了，于是重新进行了调试，通过先P 后I 的在D 的原则，将P 设置为20 观察曲线超调非常大，于是改为10，发现超调减少，随后将I 设置为50 曲线光滑，但滞后时间长，改为25时，曲线基本平滑，且时间合理。

基于PLC的液位控制系统设计论文

题目：基于PLC的液位控制系统设计姓名：学号：系别：专业：年级班级：指导教师： 2013年5月18日

毕业论文（设计）作者声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。本毕业论文内容不涉及国家机密。论文题目：作者单位：作者签名：年月日

目录摘要............................................................................................................. 1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。引言............................................................................................................. 1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.研究现状分析 ................................................................................... 2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.1题研究背景、意义和目的 ...................................................... 2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 1.2液位控制系统的发展状况 ...................................................... 3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 1.3课题研究的主要内容................................................................ 4茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.控制方案设计 ................................................................................... 4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.1系统设计 ...................................................................................... 4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 2.2单容水箱对象特性 .................................................................... 6預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 3.硬件配置 .............................................................................................. 8渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 3.1控制单元 ...................................................................................... 8铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 3.2检测单元 ...................................................................................... 9擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 3.3执行单元 ...................................................................................... 9贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 4.软件设计 .............................................................................................. 9坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 4.1STEP 7-Micro/WIN编程软件简介 ........................................ 9蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 4.2参数设定及I/O分配 .............................................................. 10買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 5.程序编程和系统仿真.................................................................. 12綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 5.1程序设计 .................................................................................... 12驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 5.2程序仿真和分析....................................................................... 13猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 6.结论....................................................................................................... 16锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。参考文献................................................................................................ 17構氽頑黉碩饨荠龈话骛。附录........................................................................................................... 19輒峄陽檉簖疖網儂號泶。致谢........................................................................................................... 22尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。

基于智能仪表和PLC系统的液位控制系统设计

本科生毕业论文（设计）题目：基于智能仪表和PLC的液位控制系统设计院系：专业：学生姓名：学号：指导教师：（职称）

摘要微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表结构的根本性变革，以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”，在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较，取得了巨大进展。智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。可编程控制器(Programmable Logic Controller---PLC)是一种应用广泛非常的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合液位控制的要求。本文介绍了基于智能仪表、西门子S7-300型可编程控制器（PLC）、组态软件的液位控制系统的设计方案。系统采用PID算法，实现液位的自动控制。利用组态软件设计人机界面，通过串行口和可编程控制器通信，实现控制系统的实时监控、现场数据的采集与处理。实验证明，控制系统效果比较令人满意，具有较大的工程实用价值。关键词：液位控制；智能仪表；可编程控制器；PID；人机界面

Abstract Nowadays intelligent measuring appliance is improving more and more quickly.It has been used in more an more place of our life.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient. Microelectronics and computer technology continues to develop, led to fundamental changes in the structure of instruments to micro-computer (single chip) as the main body, the computer technology and the organic integration of detection technology to form a new generation of "smart meters" in Measurement of process automation, measurement data processing and functional diversification of the traditional instrument, compared to conventional measuring circuit, tremendous progress has been made. PLC is a very useful control installment . It is widely used in a lot of control system in ourlives. It is the product of the computer,control,communication technology.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient.It very suits the control of water level. It will relay the traditional control technology, computer and communication technologies together with the control, and operation of flexible convenient, high reliability, suitable for continuous long-term characteristics of the work, very suitable for liquid level control requirements. This thesis mainly introduces a design of water level control system with intelligent measuring appliance,SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration soft. This system adopts increment type Proportional-Integral-Differential arithmetic to realize the water level automation. For convenience to monitor the system and process data in actual time, we have designed Human Machine Interface（HMI）with configuration soft. The result of experimentation indicates that this system could run quickly, accurately and stably which accords with our aim perfectly. This system has been used widely in the temperature control system field for its low cost and high stabilization advantages.Experiment proved that the control system more satisfactory results, with more practical engineering value. Keywords: Water Level Control；Intelligent measuring appliance；PLC；PID；HMI

基于PLC的液位控制系统设计

毕业论文（设计）题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计姓名：濮孝金学号：专业：机械电子工程年月

摘要在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。关键词：水塔液位控制，水位控制，继电器，PLC Abstract In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and

control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to

PLC水箱水位控制

自动化系统集成与调试实训报告自动化系统集成与调试实训报告本课程为自动化集成与调试，实际上就是让我们用PLC控制水箱打水。由于实训前接触过类似的程序与硬件，所以做起来相对简单。第一周实训，一开始长江老师让我们重新复习之前所学。我们组并没有急着开始做项目，而是认真的检查电源，传感器，变频器等硬件是否完好。然后再由徐同学与李同学完成硬件的接线，张组长则与吴同学完成程序的编写。一、接线图： S7-300模拟量输入输出模块、S7-300数字量输入输出模块、传感器以及变频器的接线（注意：用灰色细线将变频器3号端子接PLC数字量输出端子，变频器7号端子接PLC的M端，变频器9号端子接PLC模拟量输出端子，变频器10号端子接PLC模拟量COM端；用红、蓝、黑三种粗线将水箱抽水泵和变频器的U、V、W、PE端子对应接好）。二、项目要求：我们所做的项目如下（一）项目一、PLC控制变频器打水本项目总任务是通过PLC、变频器控制水泵打水。任务一、G110变频器参数设置及快速调试任务二、PLC控制变频器打水的组态、编程及仿真任务三、S7-300模拟量输出模块与接线任务四、现场实际调试与运行

（二）项目二、水箱液位的测量本项目总任务是通过PLC、变频器控制实现水箱液位的测量任务一、水箱液位测量的组态、编程及仿真任务二、现场接线任务三、现场实际调试与运行（三）项目三、水箱液位两位式调节本项目总任务是通过PLC、变频器、传感器监测水位控制水泵打水，当测量值大于高限值，变频器停止，水泵停止打水；当测量值小于低限值，变频器启动，水泵打水，当测量值在高限值与低限值之间时，变频器保持原状态。任务一、水箱液位两位式调节的组态、编程及仿真运行任务二、水箱液位两位式调节现场实际调试与运行（四）项目四、水箱液位PID控制总任务是调用PID模块使变频器的频率自动调节任务一、了解PID调节的原理任务二、水箱液位PID控制的组态、编程及仿真任务三、水箱液位PID控制的现场接线任务四、箱液位PID控制的现场调试与运行（五）项目五水箱液位的WinCC监控通过WinCC的新建变量与PLC S7-300的程序地址的连接，达到用WinCC监控水箱水位的目的。任务一、WINCC的新建工程及项目组态一、创建新项目二、组态变量任务二、创建过程画面并运行调试第一阶段：WinCC控制变频器打水第二阶段：两位控制第三阶段：PID控制第四阶段：变量记录一、过程值归档二、输出过程值归档第五阶段：报警记录一、组态报警二、组态模拟量报警（六）项目六、反馈控制系统 1、负反馈控制系统：由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通

基于PLC的液位控制

摘要本次课程设计的课题是基于PLC的水箱液位控制系统的设计。涉及到的主要内容包括：水箱的特性确定与实验曲线分析，S7-300可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和应用PLC语句编程来控制水箱水位。关键词：S7-300西门子PLC、控制对象特性、PID控制算法、压力变送器、电动调节阀、变频器，PID指令。目录

摘要............................................................................................................................................. I 第1章引言 . (1) 1.1 实验目的 (1) 1.2 实验原理 (1) 1.3 设计方案的确定 (2) 第2章系统硬件介绍 (2) 2.1 西门子PLC控制系统简介 (2) 2.3模拟量输入模块 (3) 2.4模拟量输出模块 (3) 2.5 电源模块 (4) 第三章系统硬件控制设计 (5) 3.1 系统设计 (5) 3.2 硬件设计 (6) 3.2.1 检测单元 (6) 3.2.2 执行单元 (7) 第四章软件设计 (8) 4.1 FC105 介绍： (8) 4.2 FC 106 介绍： (8) 4.3 FB41 介绍 (9) 4.4 软件控制流程图： (10) 第五章程序实现 (10) 5.1 step 7 软件编程： (10) 5.2程序调试与结果 (15) 5.3 过程中出现的问题与解决办法 (15) 第6章实验心得与体会 (19) 附录：程序清单 (20) 参考文献 (24)

基于PLC的液位控制系统设计

题目：基于PLC的液位控制系统设计姓名：朱峰学号：200913010027 系别：物理与电子工程系专业：电子信息工程年级班级：2009级1班指导教师：郭荣艳副教授 2013年5月18日

毕业论文（设计）作者声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。本毕业论文内容不涉及国家机密。论文题目：基于PLC的液位控制系统设计作者单位：物理与电子工程系作者签名：（学号：200913010027）年月日

目录摘要 (1) 引言 (1) 1.PLC简介与系统方案及原理 (2) 1.1液位控制系统方案 (2) 1.2系统的工作原理 (2) 2.器件的选取及其特点 (3) 2.1西门子S7-200PLC简介 (3) 2.2 NS8触摸屏简介 (4) 2.3浮球式液位变送器简介 (5) 3.硬件电路的设计 (6) 3.1 PLC与触摸屏的连接 (7) 3.2直流电动机控制电路的设计 (7) 3.3控制电路与PLC接线的设计 (8) 3.4液位传感器与PLC的连接 (9) 4.系统软件的设计 (9) 5.软件调试 (10) 6.结束语 (12) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录1：硬件电路连接示意图 (13) 附录2：输入/输出元件及控制功能表 (14) 附录3：系统主要程序 (15) 致谢 (17)

基于PLC水箱液位控制系统

摘要本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验。 The liquid level control system based on PLC ABSTRACT The subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge. Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC hardware control, PID tuning parameters and various parameters of the control performance comparison, the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction. Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, to expand the critical proportion method, PID instruction, experimental.

基于PLC水位控制

摘要汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC广泛应用于过程控制领域并极大地提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。关键词：汽包水位三冲量控制PLC PID控制

ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level Three impulses control PLC PID control

基于PLC的变频器液位控制设计

基于PLC的变频器液位控制设计随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大X围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。 PLC特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。（1）最大限度地满足被控对象的控制要求；（2）系统结构力求简单；（3）系统工作要稳定、可靠；（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；（5）人机界面友好。

基于智能仪表和PLC的液位控制系统设计[1]

https://www.wendangku.net/doc/1a5885078.html,
PLC

https://www.wendangku.net/doc/1a5885078.html,
S7-300 PID
PLC
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https://www.wendangku.net/doc/1a5885078.html,
Abstract
Nowadays intelligent measuring appliance is improving more and more quickly.It has been used in more an more place of our life.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient. Microelectronics and computer technology continues to develop, led to fundamental changes in the structure of instruments to micro-computer (single chip) as the main body, the computer technology and the organic integration of detection technology to form a new generation of "smart meters" in Measurement of process automation, measurement data processing and functional diversification of the traditional instrument, compared to conventional measuring circuit, tremendous progress has been made. PLC is a very useful control installment . It is widely used in a lot of control system in ourlives. It is the product of the computer,control,communication technology.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient.It very suits the control of water level. It will relay the traditional control technology, computer and communication technologies together with the control, and operation of flexible convenient, high reliability, suitable for continuous long-term characteristics of the work, very suitable for liquid level control requirements. This thesis mainly introduces a design of water level control system with intelligent measuring appliance,SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration soft. This system adopts increment type Proportional-Integral-Differential arithmetic to realize the water level automation. For convenience to monitor the system and process data in actual time, we have designed Human Machine Interface HMI with configuration soft. The result of experimentation indicates that this system could run quickly, accurately and stably which accords with our aim perfectly. This system has been used widely in the temperature control system field for its low cost and high stabilization advantages. Experiment proved that the control system more satisfactory results, with more practical engineering value. Keywords: Water Level Control Intelligent measuring appliance PLC PID HMI
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基于S7-200PLC的液位控制系统设计

综合自动化实验报告书题目：基于S7-200PLC的液位控制系统设计学生姓名：何丰丰学号：2225 专业班级：06电2班指导教师：刘振东计算机与自动控制学院 2010年01月14日

综合自动化实验 ——基于S7-200 PLC的液位控制系统设计实验目的： 1．学习西门子S7-200可编程控制器中模拟量、PID指令； 2．掌握组态王软件的编程调试方法； 3．掌握PLC可编程控制器和组态王软件结合通讯方法。实验要求： 1. 利用西门子S7-200可编程控制器实现液位PID控制系统,通过调节电动调节阀的开度，改变水箱的进水流量，从而使水箱内的液位维持于恒定值。 2. 在上位机编制工艺画面，能够显示系统的实时状态、通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式,向用户提供检验液位PLC控制系统的动态运行情况，显示SP（设定值）、PV（液位高度检测值）、OP（阀开度）、P（比例）、I（积分时间）、D（微分时间），并且在画面上能够实现手自动切换、历史数据查询、报表、报警信息、历史曲线等功能。实验步骤： 1.掌握各设备的主要功能及工作情况硬件设备主要包括：上水箱、液位变送器LT1、电动调节阀1，变频器，水泵。各个设备的连接情况如图1所示：

S S S S M M PT 1 LT 3 LT 1 LT 2 S S TE 1 TT 1 TE 2 TT 2 TE 3 TT 3TE 5 TT 5S S S 变频器 FIT 1FIT 2TT 4 TE 4 220 AC TIC 储水箱下水箱上水箱电磁流量计2电磁流量计1 电动调节阀1 电动调节阀2 水泵图1 过程控制系统结构图 2. 设备之间安装与连接按照图2所示，将实验所需的设备如液位变送器、PLC 、调节阀等安装并接线。 PC/PPI 通信电缆 M LT 1 上水箱电动调节阀1 液位变送器进水出水图2 控制系统示意图

PLC的液位控制系统设计方案

基于PLC的液位控制系统设计简介：在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司变频器，系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7 200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。关键字：PLC 变频器变频调速随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。

PLC特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。（1）最大限度地满足被控对象的控制要求；（2）系统结构力求简单；（3）系统工作要稳定、可靠；（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；（5）人机界面友好。本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电

基于PLC的液位控制系统设计

基于P L C的液位控制系统设计 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】

毕业论文（设计）题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计姓名：濮孝金学号：专业：机械电子工程年月