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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*名:**学号:************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。

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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 (3)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的液位控制系统设计摘要:以可编程控制器(PLC)为核心,把智能传感器检测、电机和PLC控制相结合,提出了一种基于PLC的液位控制系统的设计方案。

系统运用液位传感器实时检测水箱液位的变化;并且由PLC处理,并控制电机来实现对液位的控制,液位情况有触屏显示器上显示出来。

触屏显示器与PLC相联,可以通过触屏显示器改变液位阈值。

这种液位控制系统具有控制灵活,精度高,易于操作的特点。

关键词:PLC;液位;自动控制;传感器The Liquid Level Control System Based on PLC Is Designed Abstract:With the programmable controller (PLC) as the core, the intelligent sensor, motor and PLC control, this paper puts forward a design scheme of control system based on PLC. System uses liquid level sensor to check the real-time changes of liquid level of water tank; and the PLC control the liquid level through controlling motor , and level is displayed on a touch-screen display. The touch screen display is connected with PLC, through changing the touch screen display level threshold is set. The control system of liquid level has the characteristics of flexible control, high accuracy, easy operation .Key words:PLC; Liquid level; Control system; Sensor引言液位控制在工业生产中是一个比较常见的控制过程,他在工业生产的作用毋庸置疑。

随着科技的进步,液位控制也从人工控制发展到了自动控制。

早期,用继电器、定时器、接触器及其触点按照电路关系连接起来就组成了人工继电接触器控制系统,然而这种继电接触器控制是存在诸多问题的,例如操作的灵敏度、控制的精度等,现在的电气液位自动控制系统已经解决了人工控制中存在的问题。

本文设计一种基于PLC的液位控制系统,PLC具有抗干扰能力强、控制结构简单、可编程、操作容易等优点,因而在工业的液位控制系统中应用非常广泛,具有较广阔的发展前景。

1. PLC简介与系统方案及原理可编程序控制器是新一代工业自动化控制装置,近年来得到迅速发展并广泛应用的。

前期的PLC在功能上只是实现逻辑控制,所以被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)。

随着科技的进步,微处理器获得了广泛的应用,一些PLC生产厂商就选用微处理器用作PLC的中央处理器,使PLC 的功能得到了加强。

因此,美国电器制造协会于1980年将它正式命名为可编程序控制器(Programmable Controller,PC)。

该名称已在工业界使用多年,但近年来个人计算机(Personal Computer)也简称PC,为了区别,目前可编程控制器常被称为PLC[1]。

在1985年,国际电工委员会颁布的标准中,对可编程序控制器定义为:一种转为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。

它采用可编程序的存储器,在其内部存储进行逻辑与算术运算、顺序控制、计数与定时等操作指令,通过数字式、模拟式的输入与输出,控制各种各样的生产机械与过程。

近年来,PLC发展非常迅速,其功能已经大大超出以上所述定义范围。

1.1 液位控制系统方案论文的主要内容是设计一个基于PLC的液位控制系统,要求控制系统可以根据生产的需要对液位进行设定,当液位低于或高于限定值时自动启动电机加液或排液,当液位达到设定值时电机停转,操作人员可以改变限定值,并达到阈值报警功能。

根据要求系统设计方案如图1所示。

图1 系统设计方案图1.2 系统的工作原理液位控制系统工作原理:液位传感器监控水箱液位变化并转化成电信号发送给PLC,然后PLC根据不同的电信号来控制电机的正转、反转与停止。

同时液位信息也同步发送给触摸屏,在触摸屏上显示出液位变化,而且触摸屏通过数据线与PLC相接可以设置水箱内的液位参数。

当系统出现故障时工作人员可以通过接触器来控制电机正转、反转和停止。

2. 器件的选取及其特点PLC在市场上主要有三菱(日本)和西门子(德国)两个品牌,西门子具有较强的过程控制与通信控制能力,而且程序简单,模拟量模块价格也适宜,而三菱的模拟量模块价格昂贵,程序复杂,三菱在过程控制和通信方面的功能较弱。

所以针对液位控制系统选取西门子的PLC,而且此次设计的所需要的设备中有很多仪表的数据要用通信进行采集,选取西门子一系列产品便于控制。

因此本设计选取的主要器件有:西门子S7-200型号的PLC,欧姆龙公司NS8触摸屏,浮球式液位变送器和直流电动机。

2.1 西门子S7-200PLC简介S7-200PLC的硬件由主机、I/O扩展机及外部设备组成,其简化框图如图2所示。

主机:由微处理器通过数据总线、地址总线、控制总线和一些辅助电路联接存储器、接口与I/O口单元,检测PLC的硬件工作状态;由编程器感应并接收用户键入的程序与数据;读取、翻译并运行输入的程序;按所定的时序接收输入状态、更新输出状态,与外部设备进行交换信息等[1]。

在主机中包含有微处理器和存储器及I/O接口。

电源:PLC都会配有开关式稳压电源,电源的交流输入端一般接有尖峰脉冲吸收电路,来增加抗干扰的能力输入输出模块:输入输出模块就是I/O模块,是PLC与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。

输入模块用于调理输入信号,把输入信号安全地传递到PLC内部。

输出模块用于把用户程序的逻辑运算结果输出到PLC外部。

功能模块:除了开关量输入/输出外,PLC的其他输入/输出功能由功能模块来实现。

较常见的功能模块有A/D模块、D/A模块、动态输入/输出模块、温度传感器模块、计数器模块、PID模块、远程I/O模块与通信模块等。

图2 PLC硬件简化框图扩展口:扩展口为PLC的总线接口。

主机和近程扩展机之间都是由扩展口来连接的。

编程器:编程器为PLC经常使用的外设,也是PLC中唯一不需要通过功能模块而直接与总线相连接的外部设备。

它在主机上通过编程器接口与其相连。

编程器装配着一个方式选择开关,用于控制PLC的工作方式。

也就是编程方式和监控方式。

其他外设:PLC可带打印机、显示器、键盘等外设。

本设计就用到了触摸屏外设。

S7-200PLC的器件参数如表1所示。

2.2 NS8触摸屏简介触摸式可编程终端是由显示器与触摸屏系统组成,习惯上称为触摸屏,是通过触摸方式来进行人机信息交换的可视人机界面,具有安全耐用、灵敏度高、节省空间、便于交流的优点。

本设计采用OMRON公司NS8触摸屏,如图3所示。

NS8PT是一款整体机,具有简单灵活的系统配置和无缝网络通信配置,连接设备简单,监控功能强大,高性能专用软件等特点。

它通过串行口(RS-232C)表1 S7-200PLC的主要器件参数用户数据大小10240字节变量存储器(V)VB0~VB10239输入映像寄存器I0.0~I15.7 局部存储器(L)LB0~LB63输出映像寄存器Q0.0~Q15.7 位存储器(M)M0.0~M31.7模拟量输入(只读)AIW0~AIW62 特殊存储器(SM)只读SM0.0~SM549.7 SM0.0~SM29.7模拟量输出(只写)AQW0~AQW62 定时器(T)256(T0~T255)计数器(C)C0~C255 跳转/标号0~255高速计数器(HC)HC0~HC5 调用/子程序0~127顺序控制继电器(S)S0.0~S31.7 中断程序0~127累加器寄存器(AC)AC0~AC3 正/负跳变256PID回路0~7 端口端口0,端口1图3 欧姆龙NS8外观图和以太网与PLC连接,串行口连接是最基本,最常用的连接方式。

NS8PT最基本的使用方法是:在PC上用CX-Designer软件编写程序,下载到PT上,再把PT与PLC连接起来,实现预期的功能。

2.3 浮球式液位变送器简介浮球式液位变送器是有磁性浮球、信号单元、测量导管、电子单元、接线盒及其安装组件构成。

常用的磁性浮球的比重低于0.5,能漂浮在液面之上并可沿测量玻璃管上下浮动。

导管内装配有测量单元,根据外磁作用变送器把被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号,并通过电子单元转换成4~20mA电流信号或其它类型信号输出。

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