基于PLC的水位PID控制系统设计

基于PLC的水位PID控制系统设计

摘 要

可编程控制器是近年来发展迅速，应用广泛的工业控制装置，是一种专为工业应用而设计的数字电子控制系统。它采用了灵活、方便，快捷的可编程序控制形式和结构，通过数字量或模拟量的输入与输出过程中的信号转换，完成控制中的各类生产和生活过程。

基于PLC的PID水位控制系统已经广泛应用于人们的日常生产生活中，它成功的解决水箱对恒定水位的要求。在工业和生活供水方面有它独特的应用，具有成本低，精度高，稳定性好，易于操作和管理，劳动强度低等优点。

基于PLC的PID水位控制系统采用西门子S7-200系列中PLC-CPU226为基础，结合模拟量模块E231、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的水箱水位控制系统，对水箱的水位进行监测与控制。

设计主要包括两个部分：硬件部分和软件部分。

硬件部分：CPU 模拟量块 液位传感器 输入控制液压阀 输出控制液压阀等

软件部分：PID逻辑控制 梯形图 控制程序

关键词：PLC，PID，水箱水位，自动控制

PLC-BASED PID CONTRAI YSTEM FOR THE

WATER LEVEL

ABSTRACT

Programmable logic controller is developed rapidly in recent years, the application of a wide range of industrial control devices, is a specially designed for industrial applications of the digital electronic control system. It uses a flexible, convenient and efficient process control can be made available for the form and structure, through digital or analog input and output signal conversion process to complete the control process of various types of production and life.

PLC based on water level control system PID of already widely used in the production of people's day-to-day life, its success to solve the constant level water tank requirements. Water supply in the industrial and life has its unique application of low cost and high precision, good stability, ease of operation and management, and low labor intensity.

PLC-based

control

system

the

PID

level

S7-200

series

PLC-CPU226-based light simulation module E235, liquid level sensors, type of hydraulic control valves, hydraulic valves, such as output control, based on the formation of a S7-200 series PCL-CPU226 tank water level control system, the water level of the water tank monitoring and control.

Design mainly includes two parts: hardware and software parts. Hardware components: CPU block level analog sensor input to control the output of hydraulic control valves such as hydraulic valves

Software: PID control ladder logic control program

KEY WORDS: PLC，PID，level water tank，control

目 录

前 言 ................................................................................................ 1 第1章 PLC概述 .............................................................................. 2

1.1 PLC的产生 ........................................................................... 2 1.2可编程控制器的发展 ............................................................ 2 1.3 PLC的特点 ........................................................................... 3 1.4 PLC的基本构成 .................................................................... 3 1.5 PLC的各组成部分 ................................................................ 4 1.6 PLC的工作原理 .................................................................... 5 1.7 PLC的主要应用 .................................................................... 6 第2章 系统硬件设计 ....................................................................... 7

2.1 系统要求 ................................................................................ 7 2.2 系统设计思路 ........................................................................ 8 2.3 可编程控制器的选择 ............................................................ 8 2.4 CPU226型PLC的特点 ........................................................ 9 2.5 EM235模拟量模块 ............................................................. 10 2.6液位传感器 .......................................................................... 12 2.7流量控制阀 .......................................................................... 12 2.8 PLC输入和输出分配表 ...................................................... 13 2.9接线图 ................................................................................. 14 2.10手动供水电路图 ................................................................ 15 2.11报警系统 ............................................................................ 16 第3章 PID控制 ............................................................................. 17

3.1 PID控制介绍 ...................................................................... 17 3.2 PLC实现PID控制的方式 .................................................. 20 3.3 PLC PID控制算法 .............................................................. 20 3.4 PID指令及回路表 ............................................................... 22 3.5模拟量信号转换 .................................................................. 23 第4章 软件设计 ............................................................................. 24

4.1软件系统概况 ...................................................................... 24 4.2水位PID控制的逻辑设计 .................................................. 24 4.3梯形图编程 .......................................................................... 27 4.4联机和运行 .......................................................................... 30 结 论 .............................................................................................. 32 谢 辞 .............................................................................................. 33 参考文献 .......................................................................................... 34

前 言

可编程控制器（Programmable logic controller，PLC）是近年来发展迅速，应用广泛的控制装置，是一种为工业和生活应用而设计的数字电子控制系统。它采用了灵活、方便的可编程序控制形式，通过数字量或模拟量的输入与输出过程中的信号转换，完成控制中的各类生产过程。

当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，其应用已从单机自动化推广到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化。从柔性制造系统，工业机器人到大型分散控制系统，PLC均承担着重要的角色。目前，PLC几乎在工业生产的所有领域都得到广泛的运用，因此了解并熟悉掌握PLC的基本原理及PLC控制系统的设计方法，已成为工业自动化工程技术人员的重要要求。

PLC是以微处理器为核心，将计算机技术、自动化技术及通信技术融为一体的一种新的高可靠性的工业自动化控制装置。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，已经广泛应用在各行各业的生产过程和自动控制中，它正在迅速地改变着工厂自动控制的面貌和进程，将成为当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。因此专家认为，可编程控制器技术、计算机辅助设计/计算机辅助生产（CAD/CAM）以及机器人技术，将成为工业生产自动化的三大支柱。

PLC不但在工业中有重要用途，它也在生活中应用的越来越多。随着人类的进步社会的发展，我们的要求也在随之提高。以往传统的方法已经不能够满足我们的要求，尤其是在控制方面。以水箱水位控制为例来说明：传统方法是人为频繁的进行观察以此为依据进行补充水，这种方法费时费力效果也差。这就需要一种简便高效的方法来改变这种状况，来解决这个问题。基于PLC的PID水位控制就为前面提出的问题提供了一个很好的解决方案。PLC中的PID模块与传感器和流量控制阀一起配合使用可以随时的监控水箱里水位的高度，然后把数据输入PLC，经PLC分析后，做出反应，使输入阀门做出相应的动作，使水位保持恒定。

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