液位单回路控制系统设计.docx
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液位单回路控制系统设计
1绪论
1.1课题研究的背景[1]
随着工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂。
对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方法是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统，有复杂控制系统，也有满足特定要求控制系统。
在工业生产过程中，液体贮槽设备如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等应用十分普遍，为保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡，因此工艺要求贮槽内的液位需维持在某个给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出，要求设计一个液位控制系统。
对分析设计的要求，生产工艺比较简单要求并不高，所以采用单回路控制系统进行设计。
单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
单回路控制系统是最简单、最基本、最成熟的一种控制方式。
单回路控制系统根据被控量的系统、液位单回路控制系统等。
单回路控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，操作维护也比较方便，因此在化工自动化中使用很普遍，这类系统占控制回路的绝大多数。
单回路控制系统虽然简单，但它的分析、设计方法是其它各种复杂过程控制系统分析、设计的基础。
对单回路控制系统进行分析，设计，调试处理的方法，理解单回路控制系统对各个环节的影响，就可以分析处理好更复杂的设计问题。
此处，我选择的是一个单回路液位控制系统的设计。
1.2本课题的研究方案及内容
图1-1单回路液位控制方案图
整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。
在本次控制系统中控制器为PLC，调节器为阀门，测量变送为LT，被控对象为流量LV。
结构组成如下图1.2所示。
当系统启动后，液位传感器检测出水槽的液位，将液位信息传递向PLC，PLC将测量值与设定值进行比较，进行控制阀门开度。
从而保证液位在设定值范围内。
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，体积小，维护操作方便，易于实现网络化，可实现三电一体化等优势已经成为应用面最广，最广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。
通过PLC对程序设计，提高液位系统的控制水平。
因此PLC在液位控制系统中应用非常广泛，具有很高的应用价值。
2硬件电器选型
2.1仪表及阀门选型
2.2.1液位变送器
本次我选用的液位变送器为赛亚福特生产的SY2088-A投入式液位变送器，产品型号为SY2088。
2088投入式液位变送器采用高性能的扩散硅压阻式压力传感器作为测量元件，经过高可靠性的放大处理电路及精密温度补偿，将被测介质的表压或绝压转换为标准的电压或电流信号。
本产品体积小巧，使用安装方便，直接投入水中即可测量出变送器末端到液面的液位高度。
特点：
（1）多种量程，最大可测200m（水柱压力）；
（2）采用316L不锈钢隔离膜片，适用于多种测量介质；
（3）配置灵活，根据需要可选择不同配置；
（4）一体式、分体式可选；反极性和过电压保护；
（5）抗冲击、防雷击设计；
（6）激光调阻温度补偿，零点、量程可现场调节；
（7）范围宽抗腐蚀，适于多种介质；
（8）过载及抗干扰能力强，性能稳定。
表2-1液位变送器技术参数
测量形式及范围
0～1～200mH2O
允许过载
2倍满量程压力
工作温度
-20～80℃
温度补偿
-10～70℃
存储温度
-40～80℃
准确度（包含非线性、重复性、迟滞）
0.2%FS（典型）0.5%FS（最大）
稳定性误差
0.2%FS（典型），0.5%FS（最大）
温漂系数
0.01%FS（典型，量程不小于5mH2O）
0.03%FS（典型，量程小于5mH2O）
输出信号
（4～20）mA（二/三线制）、（0～10/20）mA
（0～5）V、（1～5）V、）0～10）V
供电电源
15～36VDC（标定电压24VDC）
负载（Ω）
电流输出型<（U-15V）/0.02A、电流输出型>5K
外壳材料
合金铝
O型圈
氟橡胶
膜片
316L不锈钢
电缆
专用防水透气电缆
防护等级
IP68（压力传感器部分），IP65（接线盒变送器部分）
产品选型：
表2-2产品选型表
2088-口E口A口C口D口液位变送器
2088
液位变送器（注明量程范围）
口
结构形式
1、一体式不带接线盒 2、分体式带接线盒
E口
输出信号
1、（0～5）VDC 2、二线制（4～20）mA（默认） 3、（0～10）mA
4、其它注明
A口
准确度
1、0.1 2、0.2 3、0.5
C口
探头类型
1、默认为标准型（非防腐型） 2、防腐型
D口
显示方式（仅限于分体式带接线盒类型）
1、无显示（默认）
2、0～100%线性指示
3、LCD数字量程显示（液晶）
4、LCD数字0～100%显示（液晶）
5、LED数码管0～100%显示
由本次需求我选用的液位变送器型号为SY2088-1E2A3C2D1
2.2.2阀门
本次选用ZSSV气动V型活塞式调节球阀
ZSSV气动V型活塞式调节球阀（简称调节球阀），是一种旋转型调节球阀，为气动单元组合仪表中的执行单元，一般与电气阀门定痊器或气动阀门定位器组合使用。
阀芯开有V型切口，与阀座相对转动产生剪切力，防止卡死。
特别适用于泥浆和含有纤维介质，以及含有微小固体悬浮物介质的调节。
因而广泛应用于石油、化工、制药、冶金、轻纺、造纸、污水处理等生产部门的气体、蒸汽、液体输送管道中介质流量调节，以达到生产过程按控制要求。
主要技术参数
表2-3阀门参数表
3控制系统设计
3.1控制方案
图3-1控制方案方框图
3.2PLC模块选型
表3-1I/O点数统计表
液位变送器
1AI
V型调节阀
1AO
总计
1AI，1AO，
3.2.1电源模块
选用PS3075A
订货号：
“标准模块”
6ES7307-1EA00-0AA0
属性:
PS307;5A电源模块的属性：
●输出电流为5A
●输出电压为24VDC；短路和断路保护
●与单相交流电源连接
（额定输入电压120/230VAC，50/60Hz）
●安全隔离符合EN60950
●可用作负载电源
图3-2电源模块接线图
①“24VDC输出电压工作”显示
②24VDC输出电压接线端
③固定装置
④主回路和保护性导体接线端
⑤24VDC开关
⑥电源选择器开关
3.2.2CPU模块
选用CPU314
订货号：
6ES7314-1AG13-0AB0
图3-3CPU模块接线图
3.2.3模拟量输入模块
选用SM331；AI8x16位
订货号
6ES7331-7NF10-0AB0
属性
●4个通道组中的8点输入
●在每个通道组，测量类型可编程
–电压
–电流
●分辨率对于每个通道组均可编程（15位+符号）
●每个通道组的任意测量范围选择
●可编程诊断和诊断中断
●8个通道的可编程限制值监视
●越限时的硬件中断可编程
●周期结束时的硬件中断可编程
●可以进行多达4个通道的测量值高速更新
●对CPU的电隔离诊断
有关“组诊断”参数中诊断消息的信息，请参考模拟量输入模块的诊断消息表。
下图显示了各种接线选项
图3-4模拟量输入模块接线图
3.2.4模拟量输出模块
选用SM332;AO4x12位;
订货号
6ES7332-5HD01-0AB0
属性
●一个组中4个输出
●各个通道可以选择输出
–电压输出
–电流输出
●分辨率12位
●可编程诊断和诊断中断
●与背板总线接口和负载电压电隔离
①2线制连接（对线路电阻无补偿）
②4线制连接（对线路电阻有补偿）
③等电位连接
④功能性接地
⑤内部电源
⑥电隔离
⑦背板总线接口
⑧模数转换器（ADC）
图3-5模拟量输出模块接线图
①等电位连接
②功能性接地
③内部电源
④电隔离
⑤背板总线接口
⑥模数转换器（ADC）
4总结
在此答辩之际，我首先要感谢指导老师。
因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，方老师无不倾注着心血和辛劳。
从与老师的探讨中，老师认真的求学精神、严谨的治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、诲人不倦的精神无不让人感动。
我在这里说一声，老师，辛苦了！
一个多月的课程设计生活转眼即逝。
在这一个多月学习期间，老师们无私耕耘、孜孜教诲，让我们学到了很多书里和书外的知识。
为我们即将进入社会打下了良好的基础。
在这里我向所有老师们表示深深得谢意和崇高的敬意。
最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、教授！
忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。
设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，可编程控制器（PLC）已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握可编程控制器（PLC）的开发技术是十分重要的。
经过一个多月的努力终于把毕业设计顺利完成了。
通过这一个多月的学习，我发现自己还有好多不足之处。
然而这次的毕业设计也让我进一步获得了独立自主的学习，摸索，思考，动手等多种能力。
对于本次课题，刚开始我不知如何下手，然而在老师的指点下，我开始有点眉目。
于是开始了对其运行要求进行解读，并着手开始绘制原理图，同时也积极查询相关资料。
在课程设计中只知道原理是远远不够的，同时要有自己的想法和见解，这是成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也恰好锻炼了我这一点。
时刻保持奋进的头脑，不断接受新事物，挑战新的问题。
千万记住秒针不停的划圈，我们的思想也应不断的修正提高。
拿这次课程设计来说，我不仅用了好几个学过的软件，还接触了新的软件。
遇到了一个又一个难题， 但是经过不断地学习。
我们成功的将其一一解决。
在整个过程中，我也曾经因为遇到困难失落过，也曾为成功的解决棘手问题而热情高涨。
然而遇到困难，我都一直坚持着，寻找各种方法来解决问题，并不停鼓励自己一定会成功的。
本次设计中我综合运用了在校内外所学习的知识。
为很好的完成本次设计，我不断的通过各种途径获取相关知识。
通过这次毕业设计，我想说：
为完成这次毕业设计，确实很辛苦。
然而实习是不可缺少的一部分。
在设计期间可以把在学校学到的知识应用到实际当中。
在理论与实践相结合的时候，能够更快更好的体会到理论的精髓所在，体会到理论与实践的区别。
从而巩固自己所学的知识，增强发现问题、分析问题、解决问题的能力。
从而做到理论与实际的融会贯通，充分的运用自己实习所获得的知识及经验为课程设计增添亮点。
虽然有点苦，但苦中仍有乐，因为在其中我又学会更多的东西，掌握了更多的知识。
以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！
于我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远都不能满足于现有的成就，人生就像是在登山，当你登上峰顶时，你会发现对面还有更多而且更高的山峰在等着你的征服。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
参考文献
[1]李宏燕，范永宁.单回路液位控制系统的性能分析[J].宁夏大学机械工程学院.2009.02
（1）.3-5
[2]宋建成.PLC控制和应用.科学出版社.2002.29-35
[3]西门子公司S7-300模块数据设备手册.2013.02
[4]路桂杰单回路控制系统在电锅炉中的应用.大庆华科股份有限公司.2010.
（2）.46-53。
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