基于PLC的液位控制系统设计(西门子S7-300)

摘     要

本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多。
本文的主要内容包括：水箱的特性确定与实验曲线分析， S7-300可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和应用PLC语句编程来控制水箱水位。(毕业设计网 ) [版权所有：http://DOC163.com]

关键词：S7-300西门子PLC、控制对象特性、PID控制算法、扩充临界比例法、压力变送器、电动调节阀、PID指令。 [版权所有：http://DOC163.com]

Abstract
This graduation project topic is based on the PLC fluid position control system design. In the design, I am control the algorithm which the author primary cognizance the design, therefore designs in the paper with to the PID algorithm mentions many.
The this article main content includes: water tank characteristic determination and experimental curve analysis，the S7-300 programmable controller hardware grasps，PID parameter installation and each parameter control performance comparison，experimental curve analysis obtains which using the PID control algorithm and overall system each part of introduction and programs using the PLC sentence controls the water tank water level.

Key words: SIMATIC S7-300 PLC, the controlled member characteristic, the PID control algorithm, the expansion critical ratio method, the pressure change delivering, the electrically operated regulating valve.

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西门子PLC控制系统

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西门子的中小型PLC S7-300系列采用模块式结构，用搭积木的方法来组成系统。模块式PLC由机架和模块组成，S7-300是模块化的中小型PLC，适用于中等性能的控制要求。品种繁多的CPU模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便。当系统规模扩大和更为复杂的时候，可以增加模块，对PLC进行扩展。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力，使其应用十分灵活。
    S7-300的CPU模块集成了过程控制功能，用于执行用户程序。每个CPU都有一个编程用的RS-485接口，可以和计算机连接，PLC作为下位机，利用计算机作为上位机进行编程。功能强大的CPU的RAM存储容量为512KB，有8192个存储器位，512个定时器和512个计数器，数字量通道最大为65536点，模拟量通道最大为4096个，由于使用Flash  EPROM，CPU断电后无需后备电池可以长时间保持动态数据，使S7-300成为完全无维护的控制设备。
S7-300系列PLC的主要特点是：
（1） 功能强
 极强的计算性能，完善的指令集，MPI接口和通过SIMECLAMS联网的网络功能，使S3-300功能更强。
 强劲的内部集成功能，全面的故障诊断功能、口令保护，便利的连接系统和无槽位限制的模块化结构。 [资料来源：www.doc163.com]
 快速，极其快速的指令处理大大地缩短了循环周期。
（2） 通用，着眼未来
 满足各种要求的高性能模块和三种CPU适用于任一场合。
 模块可扩展至最多三个扩展机架，相当高的安装密度。
 用于与SIMATIC其他产品相连的接口，集成了MMI(人机界面)设备，用户友好的Windows STEP7编程，使得S7-300成为对未来的安全投资。 [资料来源：https://www.doc163.com]

目    录 [资料来源：http://www.doc163.com]

摘     要 I
ABSTRACT I
第1章 绪论 1
1.1 PLC的产生、定义及现状 1
1.2 过程工业控制算法的应用现状 2
1.3 PID控制的历史和发展现状 3
1.4 论文的研究内容 5
第2章 S7-300中小型PLC和控制对象介绍 6
2.1 西门子PLC控制系统 6
2.1.1 CPU模块 7
2.1.2 模拟量输入模块 8
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2.1.3 模拟量输出模块 9
2.1.4 电源模块 10
2.2 控制对象特性 11
2.2.1 一阶单容上水箱特性 11
2.2.2 二阶双容下水箱对象特性 14
第3章 PID控制算法介绍 18
3.1 PID控制算法 18
3.2 PID调节的各个环节及其调节过程 20
3.2.1 比例控制与其调节过程 21
3.2.2 比例积分调节 21
3.2.3 比例积分微分调节 22
3.3 串级控制 22
3.4 扩充临界比例法 24
3.5在PLC中的PID控制的编程 25
3.5.1 回路的输入输出变量的转换和标准化 26
3.5.2 变量的范围 28
3.5.3 控制方式与出错处理 29
第4章 控制方案设计 31
4.1 系统设计 31
4.1.1 上水箱液位的自动调节 31

4.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统 32
4.2 硬件设计 33
4.2.1 检测单元 33
4.2.2 执行单元 34
4.2.3 控制单元 36
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4.3 软件设计 36
第5章  实验情况介绍 39
5.1 上水箱液位比例调节 39
5.2 上水箱液位比例积分调节 40
5.3 上水箱液位比例积分微分调节 41
第6章 结论 43
参考文献 44
致谢 46

参考文献 [资料来源：http://doc163.com]

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