(完整版)基于PLC的液位控制系统设计毕业设计
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电信学院毕业设计任务书
题目基于PLC的污水池液位控制系统设计
学生姓名班级学号
题目类型工程设计指导教师魏祥林系主任
一、毕业设计（论文）的技术背景和设计依据：
与传统的人工调节液位控制系统相比，变频液位自动控制系统具有节能效果显著、人工劳动强度低，系统工作可靠、自动化程度高等优点。
为了实现污水池液位的恒定控制，本设计要求S7-200 PLC作为控制器，完成对现场数据的采集、变频器的控制、PID控制算法的实现。
二、毕业设计（论文）的任务
1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献，写出开题报告；
2、方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）；
3、硬件系统设计；
4、软件系统设计；
6、撰写设计说明书，绘制图纸；
6、翻译一篇与自己所学专业或设计有关的英文资料；
三、毕业设计（论文）的主要内容、功能及技术指标：
1、系统要求用户能够直观地了解现场设备地工作状况及水位的变化；
2、要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；
3、用户可以自行设置水位的高、低，以及控制变频器的启、停；
4、变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程单片机上；
5、具有水位过高、过低报警和提示用户功能。
6、专业英文文献翻译；
PLCs --Past, Present and Future
Everyone knows there's only one constant in the technology world, and that's change. This is especially evident in the evolution of Programmable Logic Controllers (PLC) and their varied applications. From their introduction more than 30 years ago, PLCs a wide range of industries.
At industrialized computer programmed with the computer and information technology worlds. The most prominent of which is miniaturization and communications.
The Shrinking PLC
When the PLC was first introduced, its size was a major improvement - relative to the set. Through the 1980s and early 1990s, modular PLCs continued to shrink in footprint while increasing in capabilities and performance (see Diagram 1 for typical modular PLC configuration).
In recent years, smaller PLCs introduced in the nano and micro classes that offer features previously found only in larger PLCs. This those in the nano class are capable of Ethernet communication, motion control, on-board PID with autotune, remote connectivity and more.
PLCs are also now well-equipped to replace stand-alone process controllers in many applications, due to their ability to perform functions of motion control, data acquisition, RTU (remote telemetry unit) and even some integrated HMI ( machine interface) functions. Previously, these functions often required their own purpose-built controllers and software, plus a separate PLC for the discrete control and interlocking.
The Great Communicator
Possibly the most significant change in recent years lies in the communications arena. In the 1970s Modicon introduction of Modbus communications protocol allowed PLCs to communicate over standard cabling. This translates to an ability to place PLCs in closer proximity to real world devices and communicate back to other system controls in a main panel.
In the past 30 years we literally unique advantages.Today's PLCs gateways. They the process. And furthermore, they need all these capabilities while remaining cost-effective and simple to program.
Another primary development that the plant floor the past five years. While serial communications remain popular and reliable, Ethernet is fast becoming the communications media of choice with advantages that simply can't be ignored, such as: * Network speed. * Ease of use when it comes to the setup and wiring. * Availability
of off-the-shelf networking components. * Built-in communications setups.
Integrated Motion Control
Another responsibility the PLC tasked with is motion control. From simple open-loop to multi-axis applications, the trend to integrate this feature into PLC at blazing speeds. These are applications where the stand-alone PLC works well. Many nano and micro PLCs are available with for open-loop control.
The one caveat is that the controller does not know the position of the output device during the control sequence. On the other advantage is cost. Even simple motion control expensive option module, and at times was restricted to more sophisticated control platforms in order to meet system requirements.
More sophisticated motion applications require positioning modules that interface with servo drives. Most drives today can accept traditional commands from internal motion control. The trend control configuration into the logic controller programming software package.
Programming Languages
A facet of the PLC that reflects both the past and the future is programming language. The IEC standard deals with programming languages and defines two graphical and two textual PLC programming
language standards: * Ladder logic (graphical). * Function block diagram (graphical). * Structured text (textual).Instruction list (textual).
This standard also defines graphical and textual sequential function chart elements to organize programs for sequential and parallel control processing. Based on the standard, many manufacturers offer at least two of these languages as options for programming their PLCs. Ironically, approximately 96 percent of PLC users recently still use ladder diagrams to construct their PLC code. It seems that ladder logic continues to be a top choice given it's performed so well for so long.
Hardware Platforms
The modern PLC its CPU. This latest technology gives the PLC a faster, more powerful processor with more memory at less cost. These advances new tasks like communications, data manipulation and without giving up the rugged and reliable performance expected from industrial control equipment.
New technology Controllers, or PACs. PACs differ from traditional PLCs in that they typically utilize open, modular architectures for both an industrial PLC-like package.
The Future
A 2005 PLC Product Focus Study from Reed Research Group pointed out factors increasingly important to users, machine builders and those making the purchasing decisions. The top picks for features of importance were.
* The ability to network, and do so easily. Ethernet communications is leading the charge in this realm. Not only are new protocols surfacing, but many of the industry de facto standard serial protocols that used for many years are being ported to Ethernet platforms. These include Modbus (ModbusTCP), DeviceNet (EthernetIP) and Profibus (Profinet). Ethernet communication modules for PLCs are readily available with board, saving IO slot space. PLCs will continue to develop more sophisticated connectivity to report information to other PLCs, system control systems, data acquisition (SCADA) systems and enterprise resource planning (ERP) systems. Additionally, wireless communications will continue to gain popularity.
* The ability to network PLC IO connections with a PC. The same trends that be monitored with today a PC. Where industrial-grade control engines are not required, the user can take advantage of more advanced software packages and the past it was expected that an intelligent controller would be complex to program. That is no longer the case. Users are no longer just trained programmers, such as design engineers or systems integrators, but end-users who expect easier-to-use software in more familiar formats. The Windows-based
look and feel that users are familiar with on their personal computers as simple relay logic emulation for programming PLCs blocks that are much more intuitive to configure. PLC manufacturers are also beginning to integrate the programming of diverse functions that allow you to learn only one package in configuring logic, HMI, motion control and other specialized capabilities. Possibly the ultimate wish of the end-user would be for a software package that could seamlessly program many manufacturers PLCs and sub-systems. After all, Microsoft Windows operating system and applications work similarly whether installed on a Dell, HP or IBM computer, which makes it easier for the user.
Overall, PLC users are satisfied with the products currently available, while keeping their eye on new trends and implementing them where the benefits are obvious. Typically, new installations take advantage of advancing technologies, the industrial world.
PLC的过去、现在与未来
众所周知，科技世界里只有一个永恒真理，那就是变化。这在可编程逻辑控制器（PLC）及其各种应用的发展过程中尤为明显。自从三十多年前将PLC引进以来，PLC已经在广泛的工业领域中成为几十万控制系统的基础。
从本质上讲，PLC是一种用高度专业化语言编程的工业计算机，并继续受益于计算机和信息技术领域的技术进步。它的最突出之处是小型化和通信功能。
微型化的PLC
在最初引进PLC的时候，主要改进它的体积，这与替换了数百个硬接线继电器和计时器有关。一个嵌有CPU和IO的典型单元有大约19寸电视机那么大。从20世纪80年代到20世纪90年代初，模块化的PLC逐渐微型化，同时它的容量和性能也得到了提高。
近年来，更小型PLC已经发展到纳米级和微型级，它们已具有以前只在大型PLC上才有的特点。因此仅为了额外特性或性能而不是增加IO容量而具体指定一个大型的PLC变得不必要，因为即使纳米级PLC也具备以太网通信、运动控制、自动调谐的嵌入式PID、远程连通性等更多的功能。
现在，由于PLC能执行运动控制、数据采集，远程终端单元（RTU）甚至一些集成人机介面（HMI）等功能，因此PLC在很多应用中也已配置齐全从而替代单一的过程控制器。以前，这些功能通常要求他们自身内置实现这些功能的控制器和软件，此外，还需要一个用于离散控制和互锁的独立的PLC。
强大的通信功能
近年来，最有意义的变化也许发生在通信领域。在20世纪90年代，Modicon推行的Modbus通信协议，允许PLC通过标准电缆进行通信。这为PLC更好地适用于现存的设备提供了可能性，并且向主板上的其它控制系统通信成为可能。
在过去的30年里，我们真实地目睹了数百个专利化协议和标准化协议的发展，每一个协议都有自己独特的优势。现在，PLC已成为数据编译器和信息网关，它们必须接入条形码扫描器和打印机，还有温度和模拟传感器。在过程控制中，它们需要支持多种协议，以便它们能和其它设备通信。此外，在它们全部具备这些功能的同时，它们仍然要有高的性价比而且编程简单。
另一个主要改进来自于计算处理领域。确切地说，它革命化了PLC的
编程方式、互相通信、与用于HMI、SCADA和DCS的PC有接口。
在过去的五年中，车间级以太网通信的应用已经翻了一倍。尽管串行通信仍然很受欢迎并且很可靠，但以太网快速地成为值得选择的通信媒体，它有着不能被忽视的优势，例如：网速、设置简单、布线方便、现成网络组件的可用性、嵌入式通信设置
集成运动控制
另一个分配给PLC的任务是运动控制。从简单的开环控制到多轴应用来看，在PLC的软件和硬件中集成运动控制已经成为一个趋势。
很多系统在快速运行时要求精确的控制，但并不是在超高速运行时的绝对精准。单机PLC在一些系统上也能很好地运行。许多纳米级和微型级PLC都有高速运算能力和控制器内置的高频脉冲输出能力，使它们成为开环控制的可行解决方案。
一方面要提醒的是控制器在控制顺序上不能确定输出设备的位置。另一方面要提醒的是它的主要优势在于它的成本。以前，即使简单的运动控制也要求有一个昂贵的选择模块。有时为了满足系统需求，它不能用于更精密的控制平台中。
越精密的运动控制系统要求越高精度的定位硬件和软件，而许多PLC 都提供高速选择模块接入伺服驱动。现在，许多驱动都兼容来自控制主机（PLC或PC）的传统命令，或者提供自身的内部运动控制。将运动控制组态软件集成在PLC编程软件包中将成为一种趋势。
编程语言
编程语言是反映PLC历史的一个方面。国际电工委员会标准（IEC）处理了编程语言并且定义了两个图形化的和两个文本化的PLC编程语言标准：梯形逻辑（图形化）功能块图（图形化）结构化文本（文本化）指令表（文本化）这项标准也定义了为顺序控制和并行控制处理组织程序的图
形化的和文本化的顺控功能图元素。基于这项标准，许多PLC生产商提供最少三种语言中的两种作为他们PLC编程时的语言选择。讽刺的是，在近来接触的PLC使用者中，有大约96%仍然使用梯形图编写PLC代码。由于梯形图长期的良好表现，因此梯形图编程似乎会继续成为最好的选择。
硬件平台
现代的PLC已经在它们的CPU里集成了多种的商业非定制（COTS）技术。最新的技术为PLC提供了一个更快，更强，存储量更大且成本更低的处理器。
这些先进技术也为PLC扩展集成和接受新任务（如通信、数据处理和高速运动）留出空间，而不会以牺牲工业控制设备所要求的严格可靠性为代价。
新技术已经创造了另一种控制器——可编程自动化控制器（PAC）。
PAC与传统的PLC
有所不同，这是因为PAC在软件和硬件上都采用了开放的模块化体系结构，并且采用了网络接口、语言和协议的已知标准。它们可以被看作为一个置于工业的类PLC程序包里的PC。
展望未来
来自Reed研究团的一份2005年PLC产品聚焦研究指出了一些对于PLC 使用者、机器制造商和采购决策人员愈加重要的因素。排在最前的、有重要特征的因素是：
1．联网能力和易用性
以太网通信在通信领域中独占熬头。不只是新协议在逐渐平面化，许多已经使用了许多年的工业标准化协议也在逐渐地接入到以太网平台上，这些协议包括Modbus (ModbusTCP)、DeviceNet (EthernetIP)和Profibus (Profinet)。PLC的以太网通信模块已经具有高速性能和灵活性的协议群。
同样，许多PLC上的CPU在工作时已经可以接入以太网，这就节省了IO 槽空间。PLC将会继续开发更成熟的连通性，使它可以将信息传输到其它PLC系统、系统控制系统、数据采集（SCADA）系统和企业资源计划（ERP）系统上。另外，无线通信方式将会进一步普及。
2．用PC连接PLC输入输出（IO）的能力
同样的一个趋势，过去与PLC联网获益良多，但现在已经转移到了IO 水平上。许多PLC生产商已经支持最受大众接受的现场总线网络，使PLC 的IO可以分配在广阔的区域上或者定位在以前被认为是几乎不可能的位置上。这使个人电脑通过使用接口卡接入到标准PLC的IO子系统成为可能，而这种接口卡主要是由PLC生产商或第三方开发商提供的。现在，这些具挑战性的广阔区域都可以由个人电脑监控。至于在不需要技术等级控制引擎支持的地方，使用者可以利用更为先进的软件包和硬件机动性，这成本也比较低廉。
3．使用通用编程软件编制多对象平台的能力
过去，人们都认为一个智能型控制器需要复杂的编程，但现在不再是这样了。使用者不再只是受过培训的编程人员（如设计工程师和系统集成人员），而是在更熟悉的设计上期待能用上人性化软件的最终用户。在他们个人电脑上，基于视窗(Windows)的外观和触感是最为人所熟悉的，它已成为最受大众接纳的图形用户界面。开始时，用于为PLC编程的简单继电逻辑仿真已经发展成为使用更高级功能块的编程语言（这些功能块可以更直观在配置出来）。PLC生产商也已经开始一体化不同功能块的编程，使你在构造逻辑、HMI、动态控制和其它特定功能时只需学习一个编程软件包。也许，最终用户的最终愿望是获得一个可以无缝地为多个PLC和子系统编程的软件包。毕竟，无论是安装在Dell、HP电脑上还是安装在IBM电脑上，微软的视窗（Windows）操作系统和应用程序都是同样地运行，这就
方便了系统用户。
总的来说，PLC用户对现行可用的PLC产品感到满意。同时，他们密切关注新的趋势，并在他们认为有利可图的地方用上新的PLC产品。新PLC 利用先进的技术，使它们在工业界更容易地被采
关于基于PLC的液位控制系统的调研报告在我国随着社会的发展，很早就实行了自动控制。而在我国液位控制系统也利用得相当的广泛，特别在锅炉液位控制，水箱液位控制。还在黄河治水中也的到了利用，通过液位控制系统检测黄河的水位的高低，以免由于黄河水位的过高而在不了解的情况下，给我们人民带来生命危险和财产损失。
为了解决人工控制的控制准度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们现在就引入了工业生产的自动化控制。在自动化控制的工业生产过程中，一个很重要的控制参数就是液位。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。
在本世纪40年代前后，工业生产大多处于手工操作的状态，人们主要是凭经验用人工去控制生产过程。生产过程中的各个参数靠人工观察，生产过程的操作也靠人工去执行。因此，当时的劳动效率是很低的。
40年代以后，生产自动化发展很快。尤其是近年来，过程控制技术发展更为迅速。纵观过程控制的发展历史，大致经历了下述几个阶段：50年代前后，过程控制开始得到发展。一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。这是过程控制发展的第一阶段。这阶段主要的特点：检测和控制仪表普遍采用基地式仪表和部分组合仪表；过程控制结构大多数是单输入单输出系统；被控制参数主要是温度、压力、流量、液位四种参数；控制目的是保持这些参数的稳定，消除或减少对生产过程的主要扰动。
在60年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表。为了满足定型、灵活、多功能的要求，有出现了组合仪表，它将各个单元划分为
更小的功能块，以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统的需要。
70年代以来，随着现代工业生产的迅猛发展，仪表与硬件的开发，微型机算计的开发应用，使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者用多台计算机对生产过程进行控制和经营管理，是这一阶段的主要特征。过程控制发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三阶段。在新型的自动化技术工具方面，开始采用微处理器为核心的智能单元组合仪表；在测量变送器方面，教为突出的成分在线检测与数据处理的应用日益广泛；在模拟式调节仪表方面，不仅Ⅲ型仪表产品品种增加，可靠性提高，而且是本质安全防爆，适应了各种复杂控制系统的要求。
随着现在工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经也不能够满足工业生产控制的需求，所以我们就又引入了可编程逻辑控制（又称PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及时。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。无锡信捷电子科技有限公司生产的XC系列、上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
摘要
在众多生产领域中,经常需要对贮槽,贮罐,水池等容器中的液位进行监控,以往采用传统的继电器接触器控制,使用的硬件连接多,可靠性差,自动化程度不高,目前已有许多企业采用先进控制器对传统控制器进行改造,大大提高了控制系统的可靠性和自动化程度,为企业提供了更可靠的生产保障.
本文介绍了基于信捷XC3型可编程控制器(PLC),组态软件的液位控制系统的设计方案.系统采用PID算法,实现液位的自动控制.利用组态软件设计人机界面,,通过串行口和可编程控制器通信,实现控制系统的实时监控,现场数据的采集与处理,其结构简单,监控系统不仅自动化程度高,还具有在线修改功能,灵活性强.
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关键词: PLC 液位控制触摸屏变频器目录前言 (1)
2
第一章绪论 (13)
1.1本课题设计背景 (13)
1.2本课题设计内容 (14)
1.3本课题设计的目的和意 (14)
第二章系统控制方案的确定 (14)
2.1 采用PLC控制液位的优点 (14)
2.2 系统设计的基本步骤 (15)
2.3 系统控制方案 (16)
第三章系统硬件设计 (18)
3.1可编程控制器（PLC）的选型 (18)
3.1.1如何选购PLC产品 (18)
3.1.2 PLC的选型标准 (18)
3.1.3 PLC机型的选择与特点 (19)
3.1.4模拟量输入输出模块（XC-E4AD2DA） (21)
3.2水泵选型 (23)
3.3变频器选型 (24)
3.4触摸屏选型 (26)
3.4.1触摸屏的工作原
理 (26)
3.4.2触摸屏的主要类型 (26)
3.4.3触摸屏的选择 (27)
3.5硬件接线图 (28)
第四章系统软件设计 (28)
4.1程序设计编程基本原则与注意问题 (28)
4.1.1 程序设计（梯形图）编程基本原则 (28)
4.1.2 程序设计注意问题 (28)
4.2所用编程软件特点及界面操作 (29)
4.2.1编程软件特点 (29)
4.2.2信捷XCPPro编程软件操作 (29)
4.3变频器参数设定 (31)
4.4触摸屏程序 (32)
4.4.1屏幕保护画面 (32)
4.4.2操作画面 (32)
4.4.3参数设置画面 (33)
致谢
参考文献
附录一程序清单
附录二系统硬件电路图前言
可编程控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于其具有功能强，可靠性高，配置灵活，使用方便以及体积小，重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业自动化的支柱产品。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除了许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内越来越多的设备采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器控制系统。与继电-接触器系统相比PLC控制系统更加可靠；占位空间比继电-接触器控制系统小；价格上能与继电-接触器控制系统竞争；易于现场变更程序；便于使用，维护，维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能想中央数据处理系统直接传输数据等。
第一章.绪论
1.1本课题设计背景
20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触
点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.
20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：
（1）编程方便，可现场修改程序
（2）维修方便，采用插件式结构
（3）可靠性高于继电器控制装置
（4）体积小于继电器控制盘
（5）数据可直接送入管理计算机
（6）成本可与继电器控制盘竞争
（7）输入可以是交流150V以上
（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等
（9）扩展时原系统改变最小
（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要）
十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的
硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。
美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。
定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。
1.2本课题设计内容
本课题将在以下几方面对液位系统进行研究和论证
控制系统可以根据生产的需要对液位进行来设定，当液位低于设定限位时自动启动水泵进行加液，当液位到达设定值时停泵，操作人员可以通过触摸屏进行液位设定，控制监控等操作。
1.3本课题设计的目的和意义
可编程控制器（PLC）因为抗干扰能力强，可靠性好，控制系统结构简单，通用性强，编程方便，易于使用，设计、施工、调试、的周期短，