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基于西门子s7_300PLC的液位水槽控制装置.doc
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第 1 章 绪论
第 1.1 节 水槽装置的概述
液位控制常采用控制,该控制方法具有响应迅速、稳态误差小等优点。但当
系统部参数发生变化或受到外界干扰时,参数整定就比较困难,给学生实验带来很
大的不便。为了满足自动化、冶金、化工等专业的实验室水槽液位控制的要求我们
对其进行了深入研究,设计了水槽装置控制系统,该系统具有较强的适应部参数
变化和克服外界干扰的能力,具有一定的应用价值。
第 1.2 节 西门子 PLC 简介
1.2.1 可编程控制器概述
可编程控制器()简称 ,个人计算机
也简称 ,为了避免混在一起,人们将最初用于逻辑控制的可编程器叫
做 (),通常也称为可编程控制器。它是以
微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种通用的工业
自动控制装置;具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点 ,
本系统采用在工业领域有着广泛应用的西门子 系列 作为主控制器,完成
一套过程控制实验系统,涵盖了《可编程控制器》、《信号和信息处理》、《传感
技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能
控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制
系统》等课程的教学实验与研究。
国际电工委员会()曾于 年 月颁发了可编程控制器标准草案第一
搞, ! 年 月发表了第二稿, 年 月颁发了第三稿。该草案中对可编程控
制器的定义是:
"可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境而设计。它采用
了可编程序的存储器,用来在其部存储器执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和
算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型机械
的生产过程。而有关的外围设备,都应按易于与工业系统联成一个整体,易于扩充
其功能的原则设计。”
1.2.2 PLC 的指导思想
是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在 运行时,#
根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址
号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程
序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描
过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入
端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新
输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相
应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的容
随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶
段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动
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相应输出设备工作。
1.2.3 PLC 的历史和发展过程
世界上公认的第一台 是 $ 年美国数字设备公司(研制的。限于当
时的元件条件与计算机发展水平,早期的 主要由分立元件和中小规模集成电路
组成,可以完成简单的逻辑控制与定时、计数功能。 世纪 年代初出现了微处
理器。人们很快将其引入可编程控制器,使 增加了运算、数据传送与处理等功
能,成为真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统
的工程技术人员使用,可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编
程语言,并将参加运算与处理的计算机存储单元都以继电器命名。因而人们称可编
程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通讯网络
技术等高新技术的发展是分不开的,他们推动了 的发展,而 的发展又对这
些高新技术提出了更高更新的要求。
的发展经历了以下四个阶段:
(1)初始阶段:第一台 PLC 的问世到 70 年代中期。
产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算,# 由中小规模的集成电路组成,
控制功能较简单。因为它能完成逻辑运算功能,又被称为可编程序逻辑控制器
()。
典型的产品:%&&' 公司的 (
)'*+), 公司的 --
公司的 -(
日本日立公司的 ,-
(2)扩展阶段:70 年代中期到 70 年代末期。
产品主要在控制功能上得到较大的发展,来自两个方面:
. 从可编程序控制器发展的控制器-完成的是逻辑运算与扩展了其它运算功能 ,
称之为可编程序控制器()即 ();
/ 从模拟仪表发展的控制器-完成的是模拟运算与扩展其它逻辑运算功能,称
之为单回路或多回路控制器(数字调节仪表)。
典型的产品:%&&' 公司的 (, ( 和 0 (
西门子公司的 %)10 系列
日本立石公司(&%2&')的 ,%)- 系列等
日本三菱公司的 34 系列和 34 系列等
(3)通讯阶段:70 年代末期到 80 年代中期。
与计算机通讯的发展相联系,初步形成了分布式的通讯网络体系,但各制造厂
各自为政,通讯系统自成体系,产品的功能得到发展,可靠性也大大提高。
典型的产品:西门子公司的 %)1$ 系列
5&# 公司的 % (, ( 等
(4)开放阶段:80 年代中期开始至现在。
开放系统的提出,使 得到了较大的发展,主要表现在通讯系统的开放,通
讯协议的标准化使各厂家的产品可以通讯。这期间产品的规模增大功能不断的完善 ,
大中型产品多数有 21 显示功能,采用标准软件,增加高级编程语言等。
典型的产品: 西门子公司的 %)1! 系列
)'-+2), 公司的 -! 等
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第 1.3 节 主要任务
为使工科学生在校期间就受到良好的工程实践锻炼,建设具有实际工程环境的
实验室和实训基地一直是自动化实验室建设的重要目标。工业自动化可分为机械自
动化和过程自动化,过程控制系统是指对连续性工业生产过程如化工石油石化冶金
电站轻工等工业生产过程中以流体为主的有关的物理量(温度、压力、流量与液位
等四个参数)的自动调节控制。过程控制实验装置是根据自动化专业与相关专业教
学特点,基于过程控制基础上集 技术、网络技术和计算机监控为一体的先进的
实验装置。本实验装置建成后,可以形成一套独特的真实工业对象过程控制系统全
仿真工业现场的实验装置。成果形式提供水槽装置可编程控制器控制系统实验装
置。6
本设计主要基本要求包括:
()正确理解系统应用的目的和要求、掌握工程应用的一般程序。
()熟悉某一种类型 的特点、使用与程序编制。
(0)具有使用仪表使用手册、查阅相应资料的能力。
(()了解计算机辅助设计软件的基本使用方法。
(!)具有根据调研、收集和查阅到的资料来分析判断确定论文7设计方案的能力。
($)初步具备运用自动化装置选型的能力。
()具有归纳、整理技术资料,撰写技术论文的能力。
( )具有阐述论证论文7设计成果的能力,并通过答辩。
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第 2 章 基本知识介绍
第 2.1 节液位水槽装置的基本原理
2.1.1 液位水槽装置简单介绍
在本设计中,用水槽 和水槽 构成液位 与液位 的串级控制系统。水槽
的液位 为副变量,水槽 的液位 为主变量。其主调节器 接受主参数信号,
它的输出作为副调节器 的外给定信号。而副调节器 则是根据副参数与主调节器
来的给定信号去调节阀,达到控制的目的。串级控制系统是比较常见的一种复杂控
制系统。由于它具有主、副两台调节器,且有一个副环,它具有许多简单控制系统
所不具有的优点,一般来说,串级控制系统的调节质量要比简单调节系统的调节质
量高。当控制精度要求较高,简单调节系统不能满足要求时,串级调节系统往往会
取得比较满意的结果,调节质量会大大提高。但是,如何更好地发挥串级调节系统
的特点,以提高质量,这就与副参数的选择,或者说与副回路的构成有着密切的关
系。
由于串级控制系统具有主、副两台调节器,因此它的投运和整定比简单调节系
统要复杂一些。
图 * 水槽液位串级控制系统工艺流程图
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2.1.2 液位水槽装置各设备的选型
表 2-1 液位水槽装置设备选型
名称 型号 规格 精度 数量 制造厂家
中央处理器
模块
(#)
#0
3%
存 2)% 扩展到 $(8
模拟量输入
模块())
%00
处理 点输入信
号。
模拟量输出
模块()&)
%00
处理 点输出信号
电源模块
*0
!),(9
适配器
20 串行
通信接口
$*
)0*
4)
电容式差压变
送器
!*
!%+0
量程 : ~06: ~
$6 :
工作电源:(9
输出电流:(~)
二
线制
6!
市新大云传
感技术公司
精制自吸泵
!;+*(*
6!!
电 压 : 9 功 率 :
6!!8<
流量:6 ~007= 口
径:!
吸程: 6扬程:(
~(!
转速: $7
喷龙机电
单相自吸水泵
+;$!*(6$*
!
功 率 : $!< 转 速 :
转7分
扬 程 : ! 温 升 :
!>
流量:(6$07=吸程:
频率 !?;
中外合资谊
聚机电
电气转换器
-;*)
输入信号:(~)
输 出 压 力 : 6*
6% 气 源 压 力 :
常熟仪表
厂
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资源评论
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- z157251138172022-12-20资源内容总结的很到位,内容详实,很受用,学到了~
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