(完整版)基于S7-300的双容水箱液位控制系统.docx

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江西理工大学电气工程与自动化学院
鉴于S7-300双容水箱液位控制系统
电气工程与自动化学院
数控技术课程实践
题目:水箱液位控制系统
专业班级:xxx
学生姓名:xx
指导老师:xxx
日期:xxx
课程设计报告
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鉴于S7-300双容水箱液位控制系统
摘要
水箱作为工业控制中间经典控制对象,它所波及的行业范围广,应用多,控制要求高,是目前工控行业比较常有的课题。这之中它所包含的控制目标多种,有流量,液位,压力等控制目标。
总的来说,这三个控制目标固然各有不一样,可是所使用的控制算法,实现方式不尽同样,
是以这三种控制目标实质上是能够当成一种状况而言的。至于算法方面,PID作为经典应用算法,它所能实现的控制完好能够实现该场合。
经过给定控制目标,PLC经由AD收集模块获取目前的数据,将目前数据转变为可视的
物理单位(流量,液位,压力)再依据PID控制算法确立给定量,经过DA输出到履行器中,
实现一个闭环控制。在这过程中间,为了使得操作人员更方便更直观的知道目前的控制目标
的动向状况,采纳组态软件进行电脑监控,同时使用液晶屏控制终端,实现方便快捷的控制。
经过组态界面,操作人员能很清楚的知道目前控制目标的各项动向状况,实现各样控制要求。
重点词:流量液位计;PLC;人机界面;控制系统;流量液位调理;PID控制WINCC;杰控;双容水箱。
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目录
第1章前言
..................................................................................................................
1
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设计任务...................................................................................................................
1
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设计过程...................................................................................................................
1
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设计主要内容...........................................................................................................
1
.
硬件模块设计.......................................................................................................
1
.
组态软件选择考量...............................................................................................
1
.
鉴于STEP-7的程序设计....................................................................................
2
.
综合设计...............................................................................................................
2
第2章硬件选型..........................................................................................................
3
.
硬件选型...................................................................................................................
3
.
选型步骤...................................................................................................................
3
.
选型的结果...............................................................................................................
4
.
选型的技术参数.......................................................................................................
4
第3章硬件构造设计..................................................................................................
5
.
整体构造设计...........................................................................................................
5
.
硬件连结图...............................................................................................................
5
.
系统I/O分派表.......................................................................................................
6
.
硬件组态和变频参数设置.......................................................................................
6
.
硬件组态设置.......................................................................................................
6
.
变频器参数设置...................................................................................................
7
第4章软件设计..........................................................................................................
9
.
软件整体构架...........................................................................................................
9
.
组态软件设计...........................................................................................................
9
.
STEP-7控制程序设计...........................................................................................
16
.
单环控制程序.....................................................................................................
17
.
双环控制程序.....................................................................................................
20
第5章整体调试........................................................................................................
27
.
组态调试.................................................................................................................
27
.
软件调试.................................................................................................................
27
.
参数整定.............................................................................................................
27
第6章总结
................................................................................................................
29
.
最后存在的问题以及解决方案考量:.................................................................
29
.
项目的实现心得.....................................................................................................
29
参照文件......................................................................................................................
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第1章前言

本次课程设计是以西门子S7-300PLC作为控制器,实现双容水箱液位控制。
为实现达到液位控制的目标,分为了几个子目标。
(杰控组态);
(杰控组态);
(WINCC组态加液晶屏)。
第三个任务其实就是最后任务,双容水箱的液位控制系统,之所以采纳两种组态方式,此中原由后文会阐述。

本次设计的设计过程,其实就是上边三个任务的设计实现过程。详细到工作方面而言,分为以下。第一步,过程控制柜模块选用,所选用的液位传感器、电磁阀等硬件的连结和变频器的控制方式设置;第二步,鉴于杰控组态软件的上位机设计,我们需要依据资料学****的东西包含项目管理、设施通信、运转数据库、画面制作、画面显示、变量报警等,经过这些木块的学****从而组合形成一个我们需要的界面控制台;第三步,鉴于STEP-7的S7-300PLC程序的设计,使用FB41背景数据块和FC105、FC106模块实现整个环节的A/D、D/A、PID闭环控制系统的设计;第四步,全部部分的综合控制设计,将先期设计的全部模块进行全部
的整合一体设计调试,最后实现我们的设计要求。第四步,加上WINCC组态和液晶屏,实此刻现有设施中的最大化最优化设计。


所需的硬件配置,一个储水箱、一个装水箱、流量计一个、电动阀一个、变频器一个,水泵一个和若干开关水管等资料构成。

为了能够更方便直观的检测控制系统的液位参数变化,需要对其进行及时动向监测,所以需要用到组态软件。
杰控组态软件:该软件作为国产的组态软件,应用范围固然不像其余组态软
件那么广,可是应用的重要场合也是值得称道的,而且该软件供给30个I/O点以下的免费使用,这关于本次课设而言,是一个不错的选择,何况其自己的设计风格和其余组态软件相差不大,界面甚至比WINCC的更为优美,这是选择它的主要原由。
WINCC组态软件:该软件作为西门子与微软合作开发的监控系统软件,是
目前生界最常用的三大SCADA之一。该产品的应用范围是杰控所不可以比的,考虑到现有设施的状况和时间方面的要素,最后也做了该方案的实现。
本次组态软件需要使用的功能有,第一,学会怎样使用项目管理包含备份和调入等;达成设施通信的设计,主要包含S7TCP驱动安装、启动驱动、定义设施数据表、监督设施数据表,设施数据表的定义至关重要,它是直接和我们的程
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序控制连结起来的纽带;紧接着就是画面制作了,依据设计的需求绘制一个相对雅观的界面,而后增添一些静态文本、按键、文本框、曲线图、柱状图等,从而构成一个完好的控制界面;选择相应的画面,启动画面显示。
-7的程序设计
本次程序设计主要采纳梯形图的方式,设计的过程第一使用模数变换模块FC105对液位计的数值进行及时收集,SCALE功能接受一个整型值(IN),并将其变换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。FC105变换获取的数值再作为FB41模块进行PID调理,而后将调理得出的结果送给数模变换模块FC106进行变换,SCALE功能接受一个整型值(IN),并将其变换为以工程单位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。输出的结果再送给变频器,从而实现变频器的外控模式调理,从而实现液位的控制。

在实现了上述内容以后,加上组态软件进行调试,并对一些细节方面进行处
理。达成了上述各个模块以后,再进行综合设计,整个过程控制系统就是由硬件
外头电路和设施加软件控制部分控制的。我们经过PLC编程,再与组态软件进行
链接,实现一个控制界面,既而控制物理设施的完好控制系统。
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第2章硬件选型

本设计硬件主要包含,过程控制系统设施一套(包含三个流动水箱、一个储水水箱、若干水管、开关若干、抽水泵一个等)、流量计一个、电动阀一个、变频器一套等。
考虑到液位的精度和正确度,本设计采纳上海艾特自动化仪表有限企业
的MLF-1液位计。
变频器采纳西门子崭新一代标准变频器MicroMaster420,它是崭新一代模块化设计的多功能标准变频器。它友善的用户界面,让你的安装、操作和控制象玩游戏同样灵巧方便。崭新的IGBT技术、强盛的通信能力、精准的控制性能、和高靠谱性都让控制变为一种乐趣。
水泵电动机采纳浙江松久电机有限企业的A02-7112系列三项异步电动机,功率为370W,额定电压380伏,,额定频次50HZ,转速2780r/min,绝缘等级B,噪声65dB
硬件组态采纳可编程控制器CPU314C-2PN/DP,CPU314C-2DP是紧凑型
CPU,合适安装在散布式构造中。经过其扩展工作储存器,该紧凑型CPU也适
用于中等规模的应用。集成的数字量和模拟量输入和输出可与过程信号直接连
接。集成的的PROFIBUSDP主站/从站以及PROFINETIO控制器/I-设施接
口,用于PROFIBUS和PROFINET的散布式连结。这使得CPU314C-2PN/DP
可作为进行迅速办理的散布式单元使用,也可作为PROFIBUS和PROFINET
系统中拥有低端现场总线系统的上位控制器。
采纳西门子电源模块PS307/5A,6ES7307-1EA01-0AA0西门子PS307/5A/10A
电源模块单元为S7-300/ET200M供给电源,将120/230伏沟通电压转变到所需要的24伏直流工作电压输出电流2安、5安或10安。S7-300需要24伏直流电源。PS307负载电源模块将120或230伏沟通电压转变为24伏直流工作电压。24伏直流电源用来为SIMATICS7-300和传感器及履行元件供电
模拟量输入采纳SM331,命令地点为6ES7331-7KF02-OABO,标称型号是
AI8*12Bit,光电隔绝,U/I/热电偶/电阻中止,诊疗;分辨率9、12、14位,八
位模拟量输入。
模拟量输出采纳SM332,命令地点为6ES7332-5HD01-OABO,标称型号是AO4*12Bit,光电隔绝,U/I诊疗;分辨率11、12位,四位模拟量输出。
数字量模块SM323数字量输入/输出模块,8输入,8输出。24VDC;8出,24VDC,,晶体管输出,光电隔绝,扩展温度范围
PS3075A
AI8*12Bit6ES7331-7KF02-OABO
AO4*12Bit6ES7332-5HD01-OABO
DI8/DO8*DC24V/0,5A6ES7323-1BH01-0AA0

硬件的选型是从本设计的核心去实现的,硬件方面要切合标准输入电压、电
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流、频次等。
所以选型的步骤能够分为以下几步来进行:
1)认识设计所供给的硬件资源,依据全部的设施进行实践选型;
2)确立流量最大时流量计的最大值,以确立所选AD收集设施切合要求;
3)确立电源模块能否切合设施的规格;
4)确立变频器所能设置的最大频次值;
5)确立DA收集到的数据值能否切合设施要求;

最后确立采纳的硬件设施主要有,上海艾特自动化仪表有限企业的MLF-1
流量计,变频器采纳西门子崭新一代标准变频器MicroMaster420,水泵电动机采
用浙江松久电机有限企业的A02-7112系列三项异步电动机,硬件组态采纳可编程控制器CPU314C-2PN/DP。

一、变频器MicroMaster420
200V-240V±10%,单相/三相,沟通,;
380V-480V±10%,三相,沟通,;
模块化构造设计,拥有最多的灵巧性;
标准参数接见构造,操作方便。
二、可编程控制器
西门子可编程控制器6ES7314-6EH04-0AB0SIMATICS7-300,CPU314C-2PN/DPCOMPACTCPUWITH192KBYTEWORKINGMEMORY,24DI/16DO,4AI,2AO,1PT100,4FASTCOUNTERS(60KHZ),,,WITH2PORTSWITCH,INTEGRATED24VDCPOWERSUPPLY,FRONTCONNECTOR(2X40PIN)ANDMICROMEMORYCARDREQUIRED,
三、电源模块
PS307电源模块是西门子企业为S7-300专配的DC24V电源,PS307系列模块除输出额定电流不一样外(有2、5、10A),其工作原理和参数都同样。系统采纳5A的电源模块。
PS3075A模块基本电路如图2-1所示。PS3075A模块的输入接单相沟通系统,输入电压120/230V,50/60HZ,在输入和输出之间有靠谱的隔绝。输出电压
同意范围20(5%)V,最大上涨时间,最大残留纹波150mV,PS307可安
装在导轨上,除了给S7-300供电,也可给I/O模块供给负载电源。
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第3章硬件构造设计

。
硬件整体设计构架
过程控
电磁阀液位计变频器
制设施
DA输出AD收集DA输出
阀度值流量值频次值
PLC控制设施
图系统设计整体框图

下列图所示的位在组态软件中的硬件连结图,在设计的过程中,实质上是分为两种硬件连结
的,一种是单环的状况,一种是双环的状况。在这里因为各方面的原由,给出双环杰控组态的硬件连结图。。
图双环硬件组态图
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主要部分系统控制图连结以下,这里画出的是单环液位控制的状况,详细以下列图
。
阀门
蓄水箱阀门
电动阀
液位计
磁力泵
储水箱
PLC
变频器
AD模块DA模块
PC客户端

.
系统I/O分派表
控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地点编号以下表所示:
符号
地点
备注
FC105_IN
PIW262
模拟量输入
FC105_OUT
MD102
模拟量输出
BIPOLAR
启动变换模式
SP_INT
MD200
初始给定值
PV_IN
MD102
反应输入
GAIN
比率值
TI
MD160
积分时间
LMN
MD150
PID调理输出
FC106_IN
MD150
数字量输入
FC106_OUT
MW250
数字量输出
PQW276
MW250
变频器给定值
PQW278
27648
电动阀给定值
.
硬件组态和变频参数设置

因为三个任务的硬件都是同样的,独一的差别在于双容水箱多了一个水箱的检测环节,
其余的和单容水箱一致。是以下边的硬件泽太部分实质上是一致的,详细见以下列图。
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图硬件组态图

电动机的额定参数:功率
电压380V
电流
转速2780r/min
迅速调试:
步骤
参数名
设定值
参数说明
备注
1
P0010
1
进入迅速调试
2
P0100
0
电网频次
3
P0304
380
额定电压
4
P0305
额定电流
5
P0307
额定频次
6
P0310
50
额定频次
7
P0311
2780
额定转速
8
P0700
2
内控1;外控2
内控/外控选择
9
P1000
1
内控1;外控2
10
P1080
0
最小频次
11
P1082
50
最大频次
12
P1120
10
斜坡上涨时间
13
P1121
10
斜坡降落时间
14
P3900
1
结束迅速调试
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