基于PLC实现的液位控制设计毕业设计(论文).doc
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1、 南 山 学 院毕 业 论 文题目 PLC的液位控制设计 姓 名: _ 解 健 _所在学院: _ 自动化工程学院 所学专业: 电气工程及其自动化 班 级 _ 电气工程2+2 学 号 _ 200806608924 指导教师: _ 王选成 _完成时间: _2012年4月 毕业论文(设计)任务书论文题目PLC的液位控制设计院部自动化工程学院专业电气工程及其自动化班级2+2毕业论文(设计)的要求: 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,采用海利普公司的HLPA03D743B变频器,系统中由信捷XC3系列PLC完成数据的采集和对变
2、频器、电机等设备的控制任务。基于信捷XCPPro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。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。毕业论文(设计)的内容与技术参数本设计使用的是软件是信捷XCPPro编程软件,该软件主要协助用户开发应用程序,除了具有创建程序的相关功能,还有一些文档管理等工具性功能,还可直接通过软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。技术参数:(1)利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。 (2)在本系统中,只用比例积分控制,确定增益和时间常数为:增益Kc=0.25。 (3)采样时间Ts=0
3、.1S;积分时间Ti=30S;微分时间Td=0S。毕业论文(设计)工作计划201112 看关于单片机原理的书籍;2012。01 看关于自动控制关于比例积分微分有关书籍;2012.01 看有关显示电路,输出控制电路和故障报警电路的书籍; 2012.02 制定开题报告;2012.03 开始编写论文:a 编写所用到的各种元器件的原理和简单介绍 b 完成主题设计思路 完成电路图设计;2012.03 编写主程序;2012.04完成装置的调试工作;2012.04.15 完成设计总结接受任务日期 2011年 12月 5 日 要求完成日期 2012 年 4 月 15 日学 生 解健 (签名) 2012年 4
4、月 2日指 导 教 师 (签名) 年 月 日院长(主任) (签名) 年 月 日摘 要自从三十多年前将PLC引进以来,PLC已经在广泛的工业领域中成为几十万控制系统的基础。在众多生产领域中,经常需要对贮槽,贮罐,水池等容器中的液位进行监控,以往采用传统的继电器接触器控制,使用的硬件连接多,可靠性差,自动化程度不高,目前已有许多企业采用先进控制器对传统控制器进行改造,大大提高了控制系统的可靠性和自动化程度,为企业提供了更可靠的生产保障.本文介绍了基于信捷XC3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
5、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,其结构简单,监控系统不仅自动化程度高,还具有在线修改功能,灵活性强.关键词: PLC 液位控制 触摸屏 变频器AbstractSince thirty years ago to the introduction of PLC, the PLC has become the basis of hundreds of thousands of control systems in a wide variety of industries. In many areas of production, often need to monito
6、r the liquid level in the tank, tanks, pools and other containers, in the past using the traditional relay contactor control hardware used to connect multiple, poor reliability, and high degree of automation, the current many enterprises have advanced controller to transform the traditional controll
7、er, greatly improving the reliability and degree of automation of the control system to provide enterprises with a more reliable production.This article describes Nobukatsu XC3 programmable logic controller (PLC), the configuration software level control system design. System uses a PID algorithm to
8、 achieve automatic control of the level using the configuration software design man-machine interface, through the serial port and the programmable controller communication, real-time monitoring of the control system, field data acquisition and processing, its simple structure, the monitoring system
9、 is not only the degree of automation, but also has the online editing features and flexibility.Keywords: PLC level Control Touch Screen Inverter目录 1 绪论1的液位控制设计的背景1的液位控制设计的内容1本课题设计的目的和意义12 系统控制方案的确定32.1 采用PLC控制液位的优点3从控制速度上比较3从工作方式上比较3从可靠性,可维护性上比较32.2 系统设计的基本步骤32.3 系统控制方案43 系统硬件设计6可编程控制器(PLC)的选型6如何选购
10、PLC产品6的选型标准63.1.3 PLC机型的选择与特点7水泵选型9变频器选型9触摸屏选型10触摸屏的工作原理11触摸屏的主要类型11触摸屏的选择11硬件接线图124 系统软件设计13程序设计编程基本原则与注意问题13程序设计(梯形图)编程基本原则13程序设计注意问题13所用编程软件特点及界面操作134编程软件特点13信捷XCPPro编程软件操作14变频器参数定14触摸屏程序14屏幕保护画面14操作画面14参数设置画面15结论16致谢17参考文献18附录一 系统硬件电路图19 1 绪 论 PLC的液位控制设计的背景 20世纪20年代起,人们把各种继电器定时器接触器及其触点按一定的逻辑关系连接
11、起来组成控制系统,控制各种生产机械,这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统由于它结构简单,容易掌握,价格便宜,在一定范围内能满足控制要求,因而使用面甚广,在工业控制领域中一直占主导地位但是继电接触器控制系统有明显的缺点:设备体积大,可靠性差,动作速度慢,功能少,难与实现较复杂的控制,特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统,接线复杂,当生产工艺或对象改变时,原有的接线和控制盘就要更换,所以通用性和灵活性较差 20世纪60年代末期,美国的汽车制造业竞争激烈,各生产厂家的汽车型号不断更新,它必然要求生产线的控制系统亦随之改变,以及对整个开展系统重新配置为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚,适应白热化
12、的市场竞争要求,1968年美国通用汽车公司公开向社会招标,对汽车流水线控制系统提出具体要求,归纳起来是:编程方便,可现场修改程序;维修方便,采用插件式结构;可靠性高于继电器控制装置;体积小于继电器控制盘;数据可直接送入管理计算机;成本可与继电器控制盘竞争;输入可以是交流150V以上;输出为交流115V,容量要求在2A以上,可直接驱动接触器,电磁阀等;扩展时原系统改变最小;用户存储器至少能扩张到4KB(适应当时汽车装配过程的需要) 十项指标的核心要求是采用软布线(编程)方式代替继电控制的硬接线方式,实现大规模生产线的流程控制 美国国际电工委员会(IEC)在1987年对可编程序控制器做出如下定义:
13、可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统,它采用了可编程序的存储器,用来在其内部进行存储执行逻辑运算顺序运算定时记数和算术运算等功能的面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入或输出,控制各种类型的机械或生产过程可遍程序控制器及其相关外部设备,都应按照易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计PLC的液位控制设计设计的内容本课题将在以下几方面对液位系统进行研究和论证:控制系统可以根据生产的需要对液位进行来设定,当液位低于设定限位时自动启动水泵进行加液,当液位到达设定值时停泵,操作人员可以通过触摸屏进行液位设定,控制监控等操作 PLC的液位控制设计的目的和
14、意义可编程控制器(PLC)因为抗干扰能力强,可靠性好,控制系统结构简单,通用性强,编程方便,易于使用,设计施工调试的周期短,体积小,维护操作方便,易于实现网络化,可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广,最广泛的通用工业控制装置,成为当代工业自动化的主要支柱之一通过PLC对程序设计,提高液位系统的控制水平因此PLC在液位控制系统中应用非常广泛,具有很高的应用价值2 系统控制方案的确定2.1 采用PLC控制液位的优点从控制方式上比较用继电接触器控制完成一项控制工程,必须首先按工艺要求画出电气原理图,然后画出继电器屏的布置和接线图等,进行安装调试,以后修改起来十分不便而采用PLC控制,由于其硬软件
15、齐全,为模块化积木式结构,且已商品化,故仅需按性能控制要求设计控制程序,而且在以后的修改中只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能从工作方式上比较电器控制并行工作,而PLC串行工作,不受制约,I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路;在结构上对耐热防潮防尘抗震等都有周到的考虑从可靠性,可维护性上比较电器控制接触点多,会产生机械磨损和电弧烧伤,接线较多,可靠性,维护性差;而PLC无触点,采用密封防尘抗震的外壳封装结构,能适应工作现场的恶劣环境,使用寿命长,且有自我诊断功能,对程序执行的监控功能,现场调试和维护方便在液位控制系统的设计过程中主要考虑以下几点:深入了解和分析液位控制系统的工艺条
16、件和控制要求;确定I/O设备;根据液位控制系统的功能要求,确定系统所需的输入,输出设备;根据I/O点数选择合适的PLC类型;分配I/O点,分配PLC的输入输出点,编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图;设计液位控制系统的梯形图,根据控制要求设计出周密完整的梯形图程序,这是整个液位控制系统设计的核心工作;将程序输入PLC进行软件测试,查找错误,使系统程序更加完善;进行液位控制系统的整体联机调试,调试中发现的问题逐一排除,直至调试成功具体系统设计步骤如图2-1所示图2-1 系统设计步骤图系统控制原理如图2-2所示,系统主要是由触摸屏可变程序控制器变频器(PLC)液位计配电装置以及水泵等组成触
17、摸屏 PLC AD/DA 变频器液位计水泵图2-2 系统控制图系统带有触摸屏显示装置,可以显示系统的工作状态当前压力贮水池水位设定压力压力曲线变频器频率等各种控制参数等系统工作压力可以由触摸屏设置变频器的作用是为三相水泵的电机提供可变频率的电源,实现电机的无级调速,从而使水管的水压连续变化液位计的作用是检测当前液位压力在PLC内部设定液压期望值,压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后,经可编程控制器内部PID控制运算输出给变频器一个控制信号图2-3系统原理图3 系统硬件设计3.1可编程控制器(PLC)的选型如何选购PLC产品在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例
18、如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度压力流量的设定与控制等,工业现场中的这些自动控制问题,若采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一硬件选购目前市场上的PLC产品众多,除国产品牌外,国外有:日本的 OMRONMITSUBISHIFUJJ,德国的SIEMENS,韩国的LG等近几年,PLC产品的价格有较大的下降,其性价比越来越高,这是众多技术人员选用PLC的重要原因那么,如何选购PLC产品呢? 首先,系统规模首先应确定系统用PLC单机控制,还是用PLC形成网络,由此计算PLC输入输出点数,并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%) 第二,确
19、定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的 第三,存储容量与速度,尽管国外各厂家的PLC产品大体相同,但也有一定的区别目前还未发现各公司之间完全兼容的产品各个公司的开发软件都不相同,而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标一般存储容量越大速度越快的PLC价格就越高,但应该根据系统的大小合理选用PLC产品 第四,编程器的选购PLC编程可采用三种方式:一种是用一般的手持编程器编程,它只能用商家规定语句表中的语句编
20、程这种方式效率低,但对于系统容量小,用量小的产品比较适宜,并且体积小,易于现场调试,造价也较低还有一种是用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,但该编程器价格较高再一种是用IBM个人计算机加PLC软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式,但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试 因此,应根据系统的大小与难易,开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品LC的选型标准世界上有很多厂商生产PLC,如德国的西门子日本的三菱松下,美国GE公司等完成系统的设计主要是选型和程序设计但是由于PLC应用在不同场合,有不同的工艺流程,对控制
21、功能 有不同的要求,由于各程序难易程度不一样,因此有一定的选择标准,主要表现在:PLC机型选择主要考虑I/O点数根据控制系统所需要的输入设备(如按钮限位开关转换开关等)输出设备(如接触器电磁阀信号指示灯等)以及A/DD/A转换的个数,确定I/O的点数一般要留有一定裕量(约占10%),满足生产发展和工艺的改进;随着PLC功能日益完善,很多小型机也具有中大型机的功能对于PLC的功能选择,一般只要满足I/O点数,大多数机型也能满足目前大多数PLC机型都具有I/O扩展模块A/DD/A转换模块,以及高级指令中断能力与外设通信能力;PLC一般根据I/O点数的不同,内存容量会有相应的差别在选择内存容量时同样
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