毕业设计(论文)-plc的水塔水位pid控制设计.docx

毕业设计(论文)-plc的水塔水位pid控制设计.docx.水塔水位PID控制系统设计
摘要
供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提 高，对城市供水提出了更高的要求，有一个水箱需要维持一定的水位，该水塔里 的水以变化的速度流出。这就需要有一个输入控制液体阀以不同的速度给水塔 供水，以维持水位的变化，这样才能使水塔不断水。
研究设计的基于PLC控制的水塔水位PID供水系统，以西门子公司的S7-200 系列中PLC-CPU226为基础，结合模拟量模块EM235、液位传感器、输入控制液 压阀、输出控制液压阀等，组成一个基于S7-200系列中PCL-CPU226的水塔水位 控制系统，能完成逻辑控制、水位调节和数据采样等功能，实现对水塔的水位进行 控制及检测。在设计中大量运用PLC中PID来实现水塔水位的控制，为了精确地 实现对水位的控制，建立成闭环控制系统，实现了水塔中的进、出水的水位自动 控制。
关键词：可编程控制器PLC,水塔水位，PID控制
前言 1
第1章 水塔水位自动控制系统的概述 2
水位控制系统现状与发展 2
2
3
第2章 PLC结构和工作原理 4
PLC组成与基本结构 4
PLC的系统结构 4
PLC的基本工作原理 5
PLC的主要应用 6
S7-200系列可编程控制器 6
S7-200 PLC 系统组成 7
S7-200系列PLC元件功能 7
PID控制器简介 9
PID控制器的结构及原理 9
数字式PID控制 10
数字式PID控制的实现 12
第3章 水塔水位控制系统方案设计 14
系统的工作原理 14
14
可行性试验 15
16
水位闭环控制系统 16
PLC 的选择 17
供水的控制方法 18
第4章PLC中PID控制器的实现 20
PID 算法 20
PID 应用 21
PLC实现PID控制的方式 21
PLC PID控制器的实现 22
PID指令及回路表 24
第5章 系统硬件开发设计 26
26
EM235模拟量模块 28
EM235的安装使用 29
EM235的工作程序编制 29
硬件连接图 30
控制系统I/O地址分配 30
第6章 系统软件应用设计 31
水位PID控制的逻辑设计 31
35
控制程序 38
39
结论 40
谢辞 41
参考文献 42
附 录 错误！未定义书签。
外文资料翻译 46
在工业生产中，电流、电压、温度、压力、液位、流量、和开关量等都是常 用的主要被控参数。其中，水位控制越来越重要。在社会经济飞速发展的今天， 水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用。一旦断了水，轻则给人民生 活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。因此给水工程往往成 为高层建筑或工矿企业中最重要的基础设施之一。任何时候都能提供足够的水量、 平稳的水压、合格的水质是对给水系统提出的基本要求。就目前而言，多数工业、 生活供水系统都采用水塔、层顶水箱等作为基本储水设备，由一级或二级水泵从 地下市政水管补给。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大、可靠性差等缺点。 可编程控制器(PLC)是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环 境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前水位控制的方 式被PLC控制取代。同时，又有PID控制技术的发展，因此，如何建立一个可靠 安全、又易于维护的给水系统是值得我们研究的课题。
在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位(水位)进 行自动控制。比如自动控制水塔、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中 抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。虽然各 种水位控制的技术要求不同，精度不同。但其原理都大同小异。特别是在实际操 作系统中，稳定、可靠是控制系统的基本要求。因此如何设计一个精度高、稳定 性好的水位控制系统就显得日益重要。采用PLC和PID技术能很好的解决以上问 题，使水位控制在要求的位置。
本论文侧重介绍“水塔水位PID控制系统”的软件设计及相关内容，使水塔水 塔维持一定的水位。通过对变频器内置PID模块参数的预置，利用远传液位传感 器反馈量，构成闭环系统，根据用水量的变化，采取PID调节方式，在全流量范 围内利用输入液体控制阀连续调节和输出控制阀分级调节相结合，实现水塔供水 且有效节能。水位PID控制系统集PLC控制技术、PID技术、电子电力技术、微 电子技术和计算机技术、测试技术于一体。采用该系统进行供水可以提高供