液位單回路控制系統(tǒng)設計

1、目 錄1 緒論11.1課題研究的背景111.2本課題的研究方案及內(nèi)容11.3本課題設計的目的和意義22 硬件電器選型22.1儀表及閥門選型22.2.1 液位變送器22.2.2 閥門33 控制系統(tǒng)設計53.1 控制方案53.2 PLC模塊選型353.2.1 電源模塊63.2.2 CPU模塊73.2.3 模擬量輸入模塊73.2.4 模擬量輸出模塊94 總結(jié)11參 考 文 獻131 緒論1.1課題研究的背景1隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，工藝條件越來越復雜。對過程控制的要求越來越高。過程控制系統(tǒng)的設計是以被控過程的特性為依據(jù)的。由于工業(yè)過程的復雜、多變，因此其特性多半屬多變量、分布參數(shù)、大慣性、大滯后和非

2、線性等等。為了滿足上述特點與工藝要求，過程控制中的控制方法是十分豐富的。通常有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)，有復雜控制系統(tǒng)，也有滿足特定要求控制系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液體貯槽設備如進料罐、成品罐、中間緩沖容器、水箱等應用十分普遍，為保證生產(chǎn)正常進行，物料進出需均衡，以保證過程的物料平衡，因此工藝要求貯槽內(nèi)的液位需維持在某個給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證物料不產(chǎn)生溢出，要求設計一個液位控制系統(tǒng)。對分析設計的要求，生產(chǎn)工藝比較簡單要求并不高，所以采用單回路控制系統(tǒng)進行設計。單回路控制系統(tǒng)又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個被控系統(tǒng)、一個檢測元件及變送器、一個調(diào)節(jié)器和一個執(zhí)行器所構(gòu)成的閉合

3、系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)是最簡單、最基本、最成熟的一種控制方式。單回路控制系統(tǒng)根據(jù)被控量的系統(tǒng)、液位單回路控制系統(tǒng)等。單回路控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，所需的自動化裝置數(shù)量少，操作維護也比較方便，因此在化工自動化中使用很普遍，這類系統(tǒng)占控制回路的絕大多數(shù)。單回路控制系統(tǒng)雖然簡單，但它的分析、設計方法是其它各種復雜過程控制系統(tǒng)分析、設計的基礎。對單回路控制系統(tǒng)進行分析，設計，調(diào)試處理的方法，理解單回路控制系統(tǒng)對各個環(huán)節(jié)的影響，就可以分析處理好更復雜的設計問題。此處，我選擇的是一個單回路液位控制系統(tǒng)的設計。1.2本課題的研究方案及內(nèi)容圖1-1 單回路液位控制方案圖整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送

4、、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為PLC，調(diào)節(jié)器為閥門，測量變送為LT，被控對象為流量LV。結(jié)構(gòu)組成如下圖1.2所示。 當系統(tǒng)啟動后，液位傳感器檢測出水槽的液位，將液位信息傳遞向PLC，PLC將測量值與設定值進行比較，進行控制閥門開度。從而保證液位在設定值范圍內(nèi)。1.3本課題設計的目的和意義可編程控制器（PLC）因為抗干擾能力強，可靠性好，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強，編程方便，易于使用，設計、施工、調(diào)試、的周期短，體積小，維護操作方便，易于實現(xiàn)網(wǎng)絡化，可實現(xiàn)三電一體化等優(yōu)勢已經(jīng)成為應用面最廣，最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。通過PLC對程序設計，提高

5、液位系統(tǒng)的控制水平。因此PLC在液位控制系統(tǒng)中應用非常廣泛，具有很高的應用價值。2 硬件電器選型2.1儀表及閥門選型2.2.1 液位變送器本次我選用的液位變送器為賽亞福特生產(chǎn)的SY2088-A投入式液位變送器，產(chǎn)品型號為SY2088。2088投入式液位變送器采用高性能的擴散硅壓阻式壓力傳感器作為測量元件，經(jīng)過高可靠性的放大處理電路及精密溫度補償，將被測介質(zhì)的表壓或絕壓轉(zhuǎn)換為標準的電壓或電流信號。本產(chǎn)品體積小巧，使用安裝方便，直接投入水中即可測量出變送器末端到液面的液位高度。特點：（1）多種量程，最大可測200m(水柱壓力)；（2）采用316L不銹鋼隔離膜片，適用于多種測量介質(zhì)；（3）配置靈活，

6、根據(jù)需要可選擇不同配置；（4）一體式、分體式可選；反極性和過電壓保護；（5）抗沖擊、防雷擊設計；（6）激光調(diào)阻溫度補償，零點、量程可現(xiàn)場調(diào)節(jié)；（7）范圍寬抗腐蝕，適于多種介質(zhì)；（8）過載及抗干擾能力強，性能穩(wěn)定。表2-1 液位變送器技術(shù)參數(shù)測量形式及范圍01200mH2O允許過載2倍滿量程壓力工作溫度-2080溫度補償-1070存儲溫度-4080準確度（包含非線性、重復性、遲滯）0.2%FS(典型) 0.5%FS(最大)穩(wěn)定性誤差0.2%FS(典型)， 0.5%FS(最大)溫漂系數(shù) 0.01%FS(典型，量程不小于5mH2O) 0.03%FS(典型，量程小于5mH2O)輸出信號(420)mA(

7、二/三線制)、(010/20）mA(05)V、(15)V、)010)V供電電源1536 VDC(標定電壓24VDC)負載()電流輸出型<(U-15V)/0.02A、 電流輸出型>5K外殼材料合金鋁O型圈氟橡膠膜片316L不銹鋼電纜專用防水透氣電纜防護等級IP68(壓力傳感器部分)，IP65（接線盒變送器部分）產(chǎn)品選型：表2-2 產(chǎn)品選型表2088-口E口A口C口D口液位變送器2088液位變送器（注明量程范圍） 口結(jié)構(gòu)形式 1、一體式不帶接線盒   2、分體式帶接線盒E口輸出信號 1、(05)VDC   2、二線制

8、(420)mA(默認)   3、(010)mA4、其它注明A口準確度  1、0.1   2、0.2   3、0.5C口探頭類型 1、默認為標準型（非防腐型）    2、防腐型D口顯示方式（僅限于分體式帶接線盒類型） 1、無顯示（默認）2、0100%線性指示3、LCD數(shù)字量程顯示（液晶）4、LCD數(shù)字0100%顯示（液晶）5、LED數(shù)碼管0100%顯示由本次需求我選用的液位變送器型號為SY2088-1E2A3C2D12.2.2 閥門本次選用ZSSV氣動V型活塞式調(diào)節(jié)球

9、閥ZSSV氣動V型活塞式調(diào)節(jié)球閥（簡稱調(diào)節(jié)球閥），是一種旋轉(zhuǎn)型調(diào)節(jié)球閥，為氣動單元組合儀表中的執(zhí)行單元，一般與電氣閥門定痊器或氣動閥門定位器組合使用。閥芯開有V型切口，與閥座相對轉(zhuǎn)動產(chǎn)生剪切力，防止卡死。特別適用于泥漿和含有纖維介質(zhì)，以及含有微小固體懸浮物介質(zhì)的調(diào)節(jié)。因而廣泛應用于石油、化工、制藥、冶金、輕紡、造紙、污水處理等生產(chǎn)部門的氣體、蒸汽、液體輸送管道中介質(zhì)流量調(diào)節(jié)，以達到生產(chǎn)過程按控制要求。主要技術(shù)參數(shù)表2-3 閥門參數(shù)表3 控制系統(tǒng)設計3.1 控制方案圖3-1控制方案方框圖3.2 PLC模塊選型表3-1 I/O點數(shù)統(tǒng)計表液位變送器1AIV型調(diào)節(jié)閥1AO總計1AI，1AO，3.2.1

10、 電源模塊選用PS307 5A訂貨號： “標準模塊”6ES7307-1EA00-0AA0屬性:PS 307; 5 A 電源模塊的屬性： 輸出電流為5 A 輸出電壓為24 VDC；短路和斷路保護 與單相交流電源連接(額定輸入電壓120/230 VAC，50/60 Hz) 安全隔離符合EN 60 950 可用作負載電源圖3-2 電源模塊接線圖 “24 VDC 輸出電壓工作”顯示 24 VDC 輸出電壓接線端 固定裝置 主回路和保護性導體接線端 24 VDC 開關(guān) 電源選擇器開關(guān)3.2.2 CPU模塊選用CPU314訂貨號：6ES7314-1AG13-0AB0圖3-3 CPU模塊接線圖3.2.3 模

11、擬量輸入模塊選用SM 331； AI 8 x 16 位訂貨號6ES7331-7NF10-0AB0屬性 4 個通道組中的 8 點輸入 在每個通道組，測量類型可編程 電壓 電流 分辨率對于每個通道組均可編程（15位+符號） 每個通道組的任意測量范圍選擇 可編程診斷和診斷中斷 8 個通道的可編程限制值監(jiān)視 越限時的硬件中斷可編程 周期結(jié)束時的硬件中斷可編程 可以進行多達 4 個通道的測量值高速更新 對 CPU 的電隔離診斷有關(guān)“組診斷”參數(shù)中診斷消息的信息，請參考模擬量輸入模塊的診斷消息表。下圖顯示了各種接線選項圖3-4 模擬量輸入模塊接線圖3.2.4 模擬量輸出模塊選用SM 332; AO 4 x

12、 12 位;訂貨號6ES7332-5HD01-0AB0屬性 一個組中 4 個輸出 各個通道可以選擇輸出 電壓輸出 電流輸出 分辨率 12 位 可編程診斷和診斷中斷 與背板總線接口和負載電壓電隔離 2 線制連接（對線路電阻無補償） 4 線制連接（對線路電阻有補償） 等電位連接 功能性接地 內(nèi)部電源 電隔離 背板總線接口 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）圖3-5 模擬量輸出模塊接線圖 等電位連接 功能性接地 內(nèi)部電源 電隔離 背板總線接口 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)4 總結(jié)在此答辯之際，我首先要感謝指導老師。因為無論從論文選題，到編寫過程，直到完成，方老師無不傾注著心血和辛勞。從與老師的探討中，老師認真的求學精神

13、、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的專業(yè)學識、敏銳的學術(shù)眼光、深邃的學術(shù)思想、勤勉塌實的治學作風、誨人不倦的精神無不讓人感動。我在這里說一聲，老師，辛苦了！ 一個多月的課程設計生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這一個多月學習期間，老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學到了很多書里和書外的知識。為我們即將進入社會打下了良好的基礎。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師、教授！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術(shù)發(fā)展的日

14、新日異，可編程控制器（PLC）已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。 因此作為二十一世紀的大學來說掌握可編程控制器（PLC）的開發(fā)技術(shù)是十分重要的。 經(jīng)過一個多月的努力終于把畢業(yè)設計順利完成了。通過這一個多月的學習，我發(fā)現(xiàn)自己還有好多不足之處。然而這次的畢業(yè)設計也讓我進一步獲得了獨立自主的學習，摸索，思考，動手等多種能力。  對于本次課題，剛開始我不知如何下手，然而在老師的指點下，我開始有點眉目。于是開始了對其運行要求進行解讀，并著手開始繪制原理圖，同時也積極查詢相關(guān)資料。在課程設計中只知道原理是遠遠不夠的，同時要有自己的想

15、法和見解，這是成功的一項非常重要的保證。而這次設計也恰好鍛煉了我這一點。  時刻保持奮進的頭腦，不斷接受新事物，挑戰(zhàn)新的問題。千萬記住秒針不停的劃圈，我們的思想也應不斷的修正提高。拿這次課程設計來說，我不僅用了好幾個學過的軟件，還接觸了新的軟件。遇到了一個又一個難題， 但是經(jīng)過不斷地學習。我們成功的將其一一解決。在整個過程中，我也曾經(jīng)因為遇到困難失落過，也曾為成功的解決棘手問題而熱情高漲。然而遇到困難，我都一直堅持著，尋找各種方法來解決問題，并不停鼓勵自己一定會成功的。本次設計中我綜合運用了在校內(nèi)外所學習的知識。為很好的完成本次設計，我不斷的通過各種途徑獲取相關(guān)知

16、識。通過這次畢業(yè)設計，我想說：為完成這次畢業(yè)設計，確實很辛苦。然而實習是不可缺少的一部分。在設計期間可以把在學校學到的知識應用到實際當中。在理論與實踐相結(jié)合的時候，能夠更快更好的體會到理論的精髓所在，體會到理論與實踐的區(qū)別。從而鞏固自己所學的知識，增強發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。從而做到理論與實際的融會貫通，充分的運用自己實習所獲得的知識及經(jīng)驗為課程設計增添亮點。雖然有點苦，但苦中仍有樂，因為在其中我又學會更多的東西，掌握了更多的知識。以前種種艱辛這時就變成了最甜美的回憶！  于我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠都不能滿足于現(xiàn)有的成就