2022年PLC的液位控制系统设计方案.docx

基于 PLC 的液位掌握系统设计简 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剂，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采纳 ABB 公司变频器，系统中由 PLC 完成数据的采集和对变频器、电机等设备的掌握任务；基于 S7 200 PLC 的编程软件 ,采纳模块化的程序设计方法，大量采纳代码重用，削减软件的开发和爱护；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掌握技术的进展，使得沟通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、简洁使用、高牢靠性，经常被用来作为现场数据的采集和设备的掌握；本设计就是利用变频器和PLC 实现水池水位的掌握；变频器技术是一门综合性的技术，它建立在掌握技术、电子电力技术、微电子技术和运算机技术的基础上；它与传统的沟通拖动系统相比，利用变频器对沟通电动机进行调速控 制，有很多优点，如节电、简洁实现对现有电动机的调速掌握、可以实现大范畴内的高效连续调速掌握、实现速度的精确掌握；简洁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；完善的爱护功能:变频器爱护功能很强，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，并立刻封锁输出电压；这种“自我爱护 ”的功能，不仅爱护了变频器，仍爱护了电机不易损坏；PLC 特点：第一，牢靠性高、抗干扰才能强，平均故障时间为几十万小时；而且PLC 采纳了很多硬件和软件抗干扰措施；其次，编程简洁、使用便利目前大多数PLC 采纳继电器掌握形式的梯形图编程方式，很简洁被操作人员接受；一些PLC 仍依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，设计安装简洁，爱护工作量少；第四，适用于恶劣的工业环境，采纳封装的方式，适合于各种震惊、腐蚀、有毒气体等的应用场合；第五，与外部设备连接便利，采纳统一接线方式的可拆装的活动端子排，供应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就，才能保证系统工作的稳固；（1） ）最大限度地满意被控对象的掌握要求；（2） ）系统结构力求简洁；（3） ）系统工作要稳固、牢靠；（4） ）掌握系统能便利的进行功能扩展、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剂，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采纳 ABB 公司的 ABB ACS800 变频器，系统中由S7-200 系列 PLC 完成数据的采集和对变频器、电机等设备的掌握任务；基于 S7-200 PL C 的编程软件 ,采纳模块化的程序设计方法，大量采纳代码重用，削减软件的开发和爱护；系统利用对 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；1. 本设计的掌握要求1) 系统要求用户能够的直观明白现场设备的工作状态及水位的变化；2) 要求用户能够远程掌握变频器的启动和停止；3) 用户可自行设置水位的高低，以掌握变频器的起停；4) 变频器及其他设备的故障信息能够准时反映在远程PLC 上；5) 具有水位过高、过低报警和提示用户功能；2. 本设计掌握结构由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC 进行单个对象的掌握，只要适当的选用高性能的PLC, 完全能够胜任此功能；系统掌握结构如图1 所示；PLC 采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息；本系统中，对电机采纳一台变频器来进行频率的调剂掌握；采纳 PLC 输出的模拟量信号作为变频器的掌握端输入信号，从而掌握电机转速大小，并且向 PLC 反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向 PLC 发出报警信号；由于变频调速是通过转变电动机定子供电频率以转变同步转速来实现的，故在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有高效率、宽范畴、高精度的调速性能；3. 设备的选型（1） ） PLC 及其扩展模块的选型：目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC ，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满意各种工业掌握的需要；另外，新的PLC 产品仍在不断的涌现，那么，如何挑选一个合适PLC ？本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器，共有十八个I/O 点，它们构成被控对象；综合分析各类PLC 的特点，最终选西门子公司的S7 系列 PLC ；由于 CPU226 集成 24 输入/16 输出共 40 个数字量 I/O 点，完全能满意掌握要求；此PLC 可连接 7 个扩展模块，最大扩展至248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点； 26K 字节程序和数据储备空间； 6 个独立的 30kHz 高速计数器， 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 掌握器； 2 个 RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯才能； I/O 端子排可很简洁地整体拆卸；用于较高要求的掌握系统，具有更多的输入/ 输出点，更强的模块扩展才能，更快的运行速度和功能更强的内部集成特别功能；依据上述分析，参照西门子S7-200 产品目录，选用主机为CPU226 PLC一台、另加上一台模拟量扩展模块EM235 ；（2） ）变频器模块的选型：目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采纳ABB 公司的 ABB ACS800变频器； AC S800 系列传动产品最大的优点就是在全功率范畴内统一使用了相同的掌握技术，例如启动向导，自定义编程，DTC 掌握，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和爱护的通用软件工具；内含启动引导程序，令您调试易如反掌；自定义编程：内置可编程模 块，如同 PLC 令您发挥自如；体积小巧：内置滤波器，斩波器及电抗器、性能杰出；4. 系统的掌握流程（1） ）程序设计前预备工作：明白系统简况，形成整体概念，熟识被控对象、编制出高质量的程序，充分利用手头的硬件和软件工具；（2） ）程序框图设计：这步的主要工作是依据软件设计规格书的总体要求和掌握系统具体要求，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，然后在依据工艺要求，绘制出各功能单元的具体功能框图；（3） ）编写程序：编写程序就是依据设计出的框图逐条地编写掌握程序，这是整个程序设计工作的核心部分；（4） ）程序测试和调试：程序测试和调试不同，软件测试的目的是尽可能多地发觉软件中的错误，软件调试的任务是进一步诊断和改正软件中的错误；（5） ）编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结；下面是系统设计流程图：图 2 PLC 水位掌握流程图5. 程序结构本程序分为三部分：主程序、各个子程序、和中断程序（见第四章）；规律运算及报警处理等放在主程序中；系统初始化的一些工作及液位显示放在子程序中完成，用以节约时间；利用定时中断功能实现PID 掌握的定时采样及输出掌握；在本系统中，只用比例积分掌握，确定增益和时间常数为：增益Kc=0.25 ；采样时间 Ts=0.1S ；积分时间 Ti=30S ；微分时间 Td=0S ；6. PLC 编程软件本设计使用的是软件是STEP7-Micro/WIN,该软件主要帮助用户开发应用程序，除了具有创建程序的相关功能，仍有一些文档治理等工具性功能，仍可直接通过软件设置PLC 的工作方式、参数和运行监控等；该软件可以工作于联机和离线两种工作方式，所谓联机是指直接与PLC 连接，答应两者之间进行通信，如上装或下载用户程序和组态数据等；离线就是指不直接与PLC 联系，全部程序及参数临时存入磁盘，联机后再下载至PLC ；