智能液位测量

1东北大学秦皇岛分校自动化工程系《过程控制系统》课程设计设计题目：智能液位测量仪学生：专业：测控技术与仪器班级学号：5090825指导教师：吕江涛设计时间：2011.6.18-2011.7.12目录前言....................................................................................................................3第一章设计课题和系统方案....................................................................21.1设计题目与内容............................................................................21.2系统设计的基本步骤...................................................................41.3系统方案........................................................................................5第二章西门子PLC系统的介绍.....................................................................62.1S7-300PLC性能............................................................................22.2各部分介绍...................................................................................42.3PLC的工作原理............................................................................4第三章液位传感器的选择.............................................................................8第四章触摸屏选型.....................................................................................13第五章系统软件设计...................................................................................145.1STEP7的介绍................................................................................25.2梯形图设计原则...........................................................................45.3梯形图设计.....................................................................................2第六章组态软件与仿真...............................................错误!未定义书签。6.1组态软件介绍................................................................................26.2组态画面与仿真...........................................................................4第六章心得体会.............................................................错误!未定义书签。第七章参考文献...........................................................错误!未定义书签。3前言为了满足生产工艺过程的要求，工厂需要大容量的存储原液。根据整个生产工艺的要求，需要能够实时测量罐内的液体的高度，从而准确了解罐内液体的体积。同时，远程计算机的监控管理软件联系现场控制过程，并与工厂中其他过程控制系统交换数据来实现整个生产过程的统一控制。由于原先是人员职守的方式，该方式不仅费人力，而且不能与整个生产过程形成有机整体，安全性和可靠性低。所以，为了达到系统控制任务书的要求，本文电气控制系统的方案为：采用远程PC机作为系统主机，与现场的PLC（从机）通讯，PLC实现通讯、现场显示界面的显示、液位模拟量数据的采集、逻辑控制以及声光报警。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；能向中央数据处理系统直接传输数据等。可编程控制器（PLC）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，提高液位系统的测量和控制水平。因此PLC在液位测量和控制系统中应用非常广泛，具有很高的应用价值。4一、设计课题和系统方案1.1设计题目：智能化液位测量仪设计2设计任务液位传感器采用NIVELCO。写出液位测量过程，绘制液位测量仪组成框图3、（1）系统硬件电路设计硬件控制采用西门子300PLC（2）编制液位测量程序。3本控制设计任务需要实现以下目标：（1）可以实时监测记录液位的变化。（2）现场显示界面显示的内容主要包括：当前液位值、实时故障报警。（3）通讯采用RS-485总线通讯方式，使PLC与远程PC机联系，实现通过PC机控制液位高度，监测液位变化的目的。PC机同时与其他系统发生联系，进而使工厂生产过程构成了一个有机的整体。1.2系统设计的基本步骤液位控制系统的设计与步骤，如下图2-1所示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。1.3系统方案系统控制原理如图所示,系统主要是由触摸屏、可变程序控制器变频器（PLC）、5液位计等组成.系统是一个开环系统，被测对象是水罐中水的液位，系统带有触摸屏显示装置，可以显示系统的工作状态、当前水罐水位。液位计的作用是检测当前液位。二、西门子PLC系统的介绍2.1S7-300PLC性能SIMATICS7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程启动和维护高速的指令处理：0.6~0.1μS的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。方便用户的参数赋值：一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。人机界面(HMI)：方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中要求数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。诊断功能：CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件(例如：超时，模块更换，等等)。口令保护：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。操作方式选择开关：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式下面为PLC的原理图。触摸屏PLCAD/DA水罐液位计6图2.1PLC的原理图2.2各部分介绍CPU模块CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：1、PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。2、用扫描方式接受现场输入装置的状态，并存入映像寄存器。3、诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读去用户程序，按指令规定的任务，产生相应的控制信号，去起闭有关控制电路。I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）外存接口其他接口中央处理器CPUROMRAM编辑器CPROMEPROMRAM其他设备计算机A/DD/A输入接口光电耦合输出接口继电器或晶体管7等模块。1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块PLC的电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。功能模块如计数、定位等功能模块通信模块如以太