液位自动控制系统.doc

等级:

课 程 设 计

课程名称
电气控制与PLC课程设计
课题名称
液位自动控制系统设计与调试
专 业

班 级

学 号

姓 名

指导老师

电气信息学院
课程设计任务书
课题名称
液位自动控制系统设计与调试
姓 名

专业

班级

学号

指导老师

课程设计时间

教研室意见
审核人：
一. 课程设计的性质与目的
本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二. 课程设计的内容
1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.上机调试程序。5.编写设计说明书。
三. 课程设计的要求
1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。

四.进度安排
1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。
2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
3.第一周星期五：上机调试程序。
4.第二周星期一：指导编写设计说明书。
5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。
6.第二周星期五：答辩。

附录：课题简介及控制要求
（1）课题简介
某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。
本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。

（2）控制要求
控制系统技术参数表
变量名称
技术参数
备注
水位范围
0-3.0m

水位设定值
2.0 m

水位误差
±0.5m

水位低限
1.0m
超限报警
水位高限
2.6m
超限报警

目 录
第1章 液位自动控制系统的特点和发展 2
1.1摘要 2
1.2、液位自动控制系统的发展 2
1.3、液位自动控制系统的特点 2
第2章 控制要求和系统设计 3
2.1、液位自动控制系统的控制要求 3
2.2、液位自动控制系统的控制方法 3
2.3、系统的控制流程图 3
第3章 控制系统具体设计 4
3.1、液位自动控制系统的操作设计说明 4
3.2、梯形图 4
第4章 PLC程序调试 8
第5章 心得体会 10
附录 11
参考资料 11
程序图 11

第1章 液位自动控制系统的特点和发展
1.1摘要
随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的提高，以及在现实生活中暴露的一些问题，在工农业生产中经常对水位进行测量和控制水位控制在日常生活中也相当应用广泛。
1.2、液位自动控制系统的发展
近几十年来，控制系统已被广泛采用，在研究和发展已趋于完美。除了传统的PID控制系统之外，随着PLC技术的发展，加入智能型控制的系统也得以应用。出现了许多新兴的液位控制仪，如超声波液位计、雷达液位计等，这些控制器的出现大大的提高了控制系统的精度，实现了控制系统的多样性。随着科学技术的不断发展，人们对液位控制系统的要求不断提高，高精度、人性化的液位控制系统是国内外液位控制系统发展的必然趋势。
1.3、液位自动控制系统的特点
通过闭环控制系统对水位进行控制，使水位尽量保持在给定水位，当水位超出设计要求的最大值时报警，从而实现水位从注水到放水，直至保持在给定水位过程中的实时监控。

第2章 控制要求和系统设计
2.1、液位自动控制系统的控制要求
系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。
2.2、液位自动控制系统的控制方法
S7-200 CPU提供了8个回路的PID功能，用以实现需要按照PID控制规律进行自动调节的控制任务，比如温度、压力和流量控制等。因为PID回路没有设置控制方式，只有当PID指令盒接通时才能执行PID运算。所以说，从这个角度来说，PID运算可以算是一种“自动”的运行方式，当PID不被执行时，就可以称之为“手动” PID运算的任务就是根据反馈与给定的相对差值，按照PID运算规律计算出结果，输出到固态开关元件（控制加热棒），或者变频器（驱动水泵）等执行机构进行调节，以达到自动维持被控制的量跟随给定变化的目的。

2.3、系统的控制流程图
开始

水位检测

高于报警高限？
低于报警下限？

报警并放水

报警并注水

Q0.1动作
Q0.0动作

图 1 流程图
第3章 控制系统具体设计
3.1、液位自动控制系统的操作设计说明
本系统要具备手动和自动功能。当开始时水泵持续供水，达到给定上限水位时，停止供水。并报警。同时，因为需要水位保持在给定值左右，因而当实际水位超过给定水位上限或者低于给定水位下限时，需要报警提示并控制水泵执行相应的放水和注水功能。
3.2、梯形图
液位自动控制系统的梯形图分为中断程序、给定值、检测值值转换、PID指令、控制量输出转换，报警程序。

图2 中断程序

图3 给定数值

图4 检测值转换

图5 PID指令

图6 控制量输出转换

图7 报警程序

第4章程序调试
正常阶段，水位控制在一个稳定的范围。如图8

图8 正常阶段
当水位过高或者过低时，Q0.1亮，系统报警

图9 报警

图10 系统运行程序截图

第5章 心得体会
通过这次课程设计，让我更加深刻了解书本的知识，和以往对知识的疏忽部分得已补充。在这次课程设计中我们是拿到的是最难得几个课程设计之一。在一开始我们一点思路都没是沈老师一步步的教我们怎么去做、怎么去思考把这个设计做出来，最后在调试时候因为数据处理的原因总是没变换，后来在数据方面进行仔细的研究之后，终于解决了这个问题。圆满完成了此次课程设计。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作做准备打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们的课本知识和实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计不光是一门专业课，给我许多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门设计课，给了许多的思路，给我莫大的空间。同时设计让我感触很深。让我对抽象的理论有很深的认识。回顾此次课程设计至今我还感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里。可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西把理论和实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的动手和独立思考能力。
在实验过程中，也对团队精神进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。团结就是力量只有互相之间的默契融合的配合才能换来最终完美的结果。

附录
参考资料
[1] 刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：中国电力出版社，2014年。
[2] 廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014年。
[3] 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解[M].北京：电子工业出版社，2013年。
[4] 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。
程序图

电气信息学院课程设计评分表
环 节
项 目
评 价
优
良
中
及格
差
实践环节（70%）
1.设计方案合理性与创造性
2.主电路及控制电路的设计、计算、选型完成情况
3.控制程序的设计分析
4.仿真或实验调试结果*
5.解决问题能力及答辩情况
6.纪律和出勤情况

设计报告（30%）
1.设计报告内容完整、规范，
2.图纸正确、清晰，
3.设计步骤规范、正确，
4.设计结果可行

综合评分
课程设计成绩评定为：
□优 □良 □中 □及格 □不及格

指导老师签名：________________
日 期：________________

（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）