基于plc液位控制系统设计

摘要在众多生产领域中,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:PLC液位控制触摸屏变频器目录前言……………………………………………………………………………1第一章绪论……………………………………………………………………131.1本课题设计背景……………………………………………………………131.2本课题设计内容……………………………………………………………141.3本课题设计的目的和意…………………………………………………14第二章系统控制方案的确定…………………………………………………142.1采用PLC控制液位的优点…………………………………………………142.2系统设计的基本步骤………………………………………………………152.3系统控制方案………………………………………………………………16第三章系统硬件设计…………………………………………………………183.1可编程控制器（PLC）的选型………………………………………………183.1.1如何选购PLC产品…………………………………………………183.1.2PLC的选型标准……………………………………………………183.1.3PLC机型的选择与特点……………………………………………193.1.4模拟量输入输出模块（XC-E4AD2DA）……………………………213.2水泵选型……………………………………………………………………233.3变频器选型…………………………………………………………………243.4触摸屏选型…………………………………………………………………263.4.1触摸屏的工作原理……………………………………………………263.4.2触摸屏的主要类型………………………………………………………3.4.3触摸屏的选择……………………………………………………………273.5硬件接线图……………………………………………………………………28第四章系统软件设计………………………………………………………………284.1程序设计编程基本原则与注意问题…………………………………………284.1.1程序设计（梯形图）编程基本原则……………………………………284.1.2程序设计注意问题……………………………………………………284.2所用编程软件特点及界面操作…………………………………………………294.2.1编程软件特点……………………………………………………………294.2.2信捷XCPPro编程软件操作……………………………………………294.3变频器参数设定…………………………………………………………………314.4触摸屏程序……………………………………………………………………324.4.1屏幕保护画面……………………………………………………………324.4.2操作画面…………………………………………………………………324.4.3参数设置画面……………………………………………………………33致谢参考文献附录一系统硬件电路图前言可编程控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于其具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积小，重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除了许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内越来越多的设备采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。与继电-接触器系统相比PLC控制系统更加可靠；占位空间比继电-接触器控制系统小；价格上能与继电-接触器控制系统竞争；易于现场变更程序；便于使用，维护，维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能想中央数据处理系统直接传输数据等。第一章.绪论1.1本课题设计背景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：（1）编程方便，可现场修改程序（2）维修方便，采用插件式结构（3）可靠性高于继电器控制装置（4）体积小于继电器控制盘（5）数据可直接送入管理计算机（6）成本可与继电器控制盘竞争（7）输入可以是交流150V以上（8）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（9）扩展时原系统改变最小（10）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：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。可遍程序控制器极其相关外部设备，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。定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。1.2本课题设计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。1.3本课题设计的目的和意义可编程控制器（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。第二章系统控制方案的确定2.1采用PLC控制液位的优点1·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。2·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。3·从控制速度上比较：电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过通过半导体来控制，速度很快，无触点，故无抖动一说。4·从定时，计数上比较：电器控制定时精度不高，易受环境温度变化的影响，且无计数功能；而PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有计数功能。5·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。2．2系统设计的基本步骤在液位控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：1·深入了解和分析液位控制系统的工艺条件和控制要求。2·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。3·根据I/O点数选择合适的PLC类型。4·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。5·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。6·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。7．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。图2-1系统设计步骤图2．3系统控制方案系统控制原理如图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系统原理图第三章系统硬件设计触摸屏PLCAD/DA变频器液位计水泵3.1可编程控制器（PLC）的选型3.1.1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OMRON、MITSUBISHI、FUJJ,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?1、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%）。2、确定负载类型根据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。3、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PL