基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)

《基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機(jī)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè)（31頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 目錄 題 目 基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計 英文并列題目 Liquid level control system based on PLC 目錄 摘要 1 第一章 緒論 2 1.1本課題所設(shè)置的背景 2 1.2 本課題研究的內(nèi)容及主要方法 2 1.3 預(yù)期的結(jié)果及意義 2 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 3 2.1 常見的鍋爐類型 3 2.2 鍋爐的液位控制技術(shù) 4 2.3本課題采用的方案 5 2.3.1 鍋爐的液位控制系統(tǒng) 5 2.3.2 PID的控制方式與簡介 5 第三章 系統(tǒng)硬件選型 7 3.1

2、 PLC的發(fā)展現(xiàn)狀 7 3.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu)與工作方式 8 3.2.2 PLC的工作方式 8 3.3 液位傳感器的定義、組成與選擇 9 3.3.1 傳感器的定義 9 3.3.2 傳感器的作用與組成 9 3.3.3 液位傳感器的類型 10 3.4 液位開關(guān)的選擇 10 3.5 控制閥的流量測量 11 3.5.1 測量的概述與檢測方法 11 3.6 報警裝置的設(shè)計 12 3.6.1 報警系統(tǒng)裝置的設(shè)計與功能 13 第四章 硬件設(shè)計 14 4.1 PLC的選擇 14 4.2 I/O分配表與輸入、輸出點(diǎn)的說明 14 4.2.1 輸入、輸出點(diǎn)的說明 14 4.3 P

3、LC控制液位的I/O接線圖 15 第五章 系統(tǒng)主程序的設(shè)計 17 5.1 系統(tǒng)的主程序的設(shè)計 17 5.2 系統(tǒng)主程序的調(diào)試 20 5.3 系統(tǒng)設(shè)計的不足 22 第六章 總結(jié) 23 致謝 24 參考文獻(xiàn) 25 附錄 26 基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要：在生產(chǎn)與設(shè)備的運(yùn)行中自動化隨著科學(xué)技術(shù)的日趨發(fā)揚(yáng)，在我國各方面的發(fā)揚(yáng)中，涌現(xiàn)了用自動化控制慢慢代替人為地控制的局勢，傳統(tǒng)的人工控制不控制成為人們首取的方式之一。而在人們的生活之中或是在產(chǎn)業(yè)的管理生產(chǎn)中，PLC是對設(shè)備控制的主流裝配，而液位控制亦然在工業(yè)的控制中較為習(xí)見的過程化的控制。本文

4、中對鍋爐的液位控制，需要高精度，高效率，且能確保設(shè)備安全運(yùn)行的控制裝置，PLC則是本文理想的控制裝置。鍋爐中的液位是其最關(guān)鍵的參數(shù)，太高或太低的液位則影響設(shè)備的生產(chǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)。本課題主要著重研究的是對工業(yè)中蒸汽鍋爐的液位控制。眾所周知，我國工業(yè)發(fā)展水平日趨提高，在工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，它將會不斷的強(qiáng)化生產(chǎn)過程與對一些生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行更新，鍋爐是一種能夠提供動力的設(shè)備，它能夠提供工業(yè)生產(chǎn)所需的熱源與力源。毋庸置疑而課題主要討論的是鍋爐給水即液位的變化，。當(dāng)液位過低時，如不及時控制則可能燒壞鍋爐并引發(fā)爆炸，液位過高則會使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，影響設(shè)備運(yùn)行安全。為確保設(shè)備能安全，穩(wěn)定的運(yùn)行，將用PLC作

5、為主要控制裝置，設(shè)置鍋爐上限位于下限位，根據(jù)液位情況，用PID來對參數(shù)進(jìn)行整定，最后用MCGS進(jìn)行調(diào)試，以達(dá)到課程設(shè)計的的目標(biāo)。 關(guān)鍵字：液位； PLC ； PID Liquid level Control system based on PLC Abstract：With the development of science and technology, the situation of using automatic control instead of artificial control has emerged in all aspects of our country.T

6、he more familiar process of control.In this paper, the boiler level control needs high precision, high efficiency, and can ensure the design of the boiler.Traditional manual control not only consumes a large amount of labor resources and costs, automatic control is one of the ways people take. is i

7、nput by boiler operation: load, boiler feed water, fuel quantity, desuperheating water, air supply, draft air, etc.The output variables are: drvm water level, stea pressure and so on, these parameters are interrelated.What I mainly discuss is boiler feed water namely liquid level change.When the liq

8、uid level does not live up to the standard , if not controlled in time, the boiler may be burned out and the explosion will be triggered. it will cause damage to the wall of the superheater tube and affect the safety of the equipment. If the system is not safe and reliable ,I’m going to use PLC as t

9、he main device, select the appropriate PID parameters to live up to my goal. Keyword: liquid level；PLC；PID 第 1 頁 共 31 頁 第1章 緒論 1.1本課題所設(shè)置的背景 工業(yè)鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的操作設(shè)備，其在我國使用較為普遍；近年來，隨著工業(yè)水平的提高，對鍋爐的控制與使用也更加嚴(yán)格化，而現(xiàn)階段，我國對鍋爐的發(fā)展與認(rèn)知相對于國外還有一定的距離，對于鍋爐的控制與研究，我國現(xiàn)有的水平還很低下，對于鍋爐的相關(guān)參數(shù)設(shè)

10、置也需要深入研究，且鍋爐在我國的數(shù)目日趨增多，對鍋爐的使用以及其自身需要控制的參數(shù)要求精準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)，液位是鍋爐中的關(guān)鍵參數(shù)，本課題將對液位進(jìn)行研究。 1.2 本課題研究的內(nèi)容及主要方法 本課題將采用PLC來對鍋爐中參數(shù)液位的控制，由于PLC具有配套完備，功能齊全，且適用性廣的特點(diǎn)，對于鍋爐中的液位能夠進(jìn)行有效的控制，所以PLC是最理想的控制設(shè)備。而液位傳感器能將檢測得來的信號變化成為電形式的信號信號輸送到PLC的模擬通道中，由PID算法裝置得出合理的控制參數(shù)從而得到理想的輸出信號，再經(jīng)信號處理器輸送到作為執(zhí)行器的電動調(diào)節(jié)閥中從而控制閥門的開度。在此設(shè)計中雖然有PID算法得出控制參數(shù)，但

11、是此過程仍需要報警裝置來確保鍋爐中液位不會出現(xiàn)過高或過低的現(xiàn)象。設(shè)計前要掌握PLC的基礎(chǔ)知識，從而能夠?qū)懗鲈O(shè)計語言：梯形圖的設(shè)計與程序的編寫是系統(tǒng)能夠操作運(yùn)行的關(guān)鍵。。在設(shè)計課題的過程中，對于驗證系統(tǒng)是否具有可行性，則在電腦上用MCGS軟件模擬運(yùn)行，由于所在學(xué)校的資源豐富，師資能力強(qiáng)大，對于設(shè)計過程中存在的問題，會向指導(dǎo)老師請教或者查找相關(guān)的書籍來解決問題。 1.3 預(yù)期的結(jié)果及意義 能計劃一項基于可編程邏輯控制器液位控制系統(tǒng)的方案，且具有一定的實(shí)行性。在電路中主要實(shí)現(xiàn)的功能是對于水位進(jìn)行檢測，并且能夠控制水泵的啟動與停止。在水位中主要的控制的是水泵，因此要實(shí)現(xiàn)PID的調(diào)節(jié)功能，讓被控制

12、的變量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)變后，所得的變量與電動調(diào)節(jié)閥的開度得到的一致的信號能夠?qū)νǖ乐幸后w中的流量進(jìn)行一定的控制，從而使鍋爐中的液位能再控制范圍之內(nèi)。在進(jìn)行對水泵的啟動時，檢測液位，當(dāng)水位高于上限時，打開出水閥，進(jìn)水閥關(guān)閉；水位低于下限位時，關(guān)閉出水閥，打開進(jìn)水閥；若水位超出上限位或低于下限位則進(jìn)行出錯顯示，鍋爐中水位的顯示狀況可由MCGS組態(tài)軟件調(diào)試，運(yùn)行。 第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計 在接下來的設(shè)計方案會展開對本課題進(jìn)行更深的研究，一個設(shè)計方案能讓之后的設(shè)計有明確的目標(biāo)與執(zhí)行方向。 2.1常見的鍋爐類型 常見鍋爐的分類，由表2-1所示。 表2-1 常見鍋爐的分類 2.2

13、 鍋爐的液位控制技術(shù) 在技術(shù)的不斷改革中，一大批控制系統(tǒng)被用在各領(lǐng)域中，液位的控制方法具體如下： (1) PLC的液位控制系統(tǒng) PLC液位控制系統(tǒng)，是一個精確的液位控制系統(tǒng)，由于PLC具有配套完備，功能齊全，且適用性廣的特點(diǎn)，所以PLC液位控制系統(tǒng)是最理想的控制設(shè)備。其系統(tǒng)圖如2-1所示。 圖2-1 PLC液位控制系統(tǒng)圖 （2）繼電器水位控制系統(tǒng) 該水位控制系統(tǒng)，是一種基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)，監(jiān)測水位需要用繼電器來控制完成，電路的設(shè)計是控制系統(tǒng)的進(jìn)水或者出水的關(guān)鍵部分，該過程主要是由電路來完成。浮子液位傳感器主要用來測量液位，上限與下限位

14、控制是它的特點(diǎn)。該系統(tǒng)應(yīng)用簡單，不適合復(fù)雜而又要求精確的液位控制。 （3）分散控制系統(tǒng)的水位控制系統(tǒng) 在水位控制方面，其具有普遍的廣泛，綜合能力強(qiáng)，其簡稱為DCS，它是以通信網(wǎng)絡(luò)為橋梁，有進(jìn)程監(jiān)控級與進(jìn)程控制級組成：分離操作，會合操作與分級操縱，是它的首控制。由于它的成本較高，適用于大范圍且復(fù)雜的領(lǐng)域中。其控制過程如圖2-2所示。 圖2-2 DCS控制過程 2.3本課題采用的方案 根據(jù)本課題研究的是對鍋爐液位的控制，所以從適用性與可實(shí)施性，采取的方案是基于可編程邏輯控制的液位控制系統(tǒng)。相對于其它的兩種介紹方案，可編程邏輯控制電路，對于鍋爐中的液位能夠進(jìn)行有效的控制，能夠更加的適

15、合本次方案的設(shè)計。 2.3.1 鍋爐的液位控制系統(tǒng) 工業(yè)鍋爐對于液位的自動調(diào)節(jié)，這需要對進(jìn)出口的液體流量進(jìn)行控制。于PLC的靈活性與適用性，所以本課題選用PLC進(jìn)行編程：具體是對鍋爐液位設(shè)定一個上液位與下液位。當(dāng)容器液位達(dá)到上限時，控制裝置切斷液體泵的動力，排出液體出口，排出液體。當(dāng)鍋爐水位降到較低水平時，控制裝置接通泵的供給，液面緩慢上升從而實(shí)現(xiàn)自動化控制，當(dāng)液位過高或過低便產(chǎn)生出錯調(diào)整，引出PID進(jìn)行控制參數(shù)，將數(shù)值進(jìn)行即時的調(diào)節(jié)最后用MCGS進(jìn)行模擬運(yùn)行液面情況。 2.3.2 PID的控制方式與簡介 (1) PID的控制方式 設(shè)定水箱液位得設(shè)定得數(shù)值為A,所反饋得數(shù)值為B;當(dāng)系

16、統(tǒng)所設(shè)定得參數(shù)值小于A時，PID器的調(diào)節(jié)輸入的偏差數(shù)值就是A與B間的差值，輸出的信號就是這個差值，與此同時輸送給電動式的調(diào)節(jié)閥，電動式的調(diào)節(jié)閥便是維持的鍋爐中一定的液位。把根據(jù)系統(tǒng)所要給的信號與所要控制的變動的量之差作為PID的調(diào)節(jié)的輸入信號e，所得到得信號e送入PID的程序進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，使其中的輸出信號通過控制器的A/D轉(zhuǎn)換成4~20MA的模擬信號的形式來對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓力式的變送器將鍋爐中液位情況轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電形式的信號再A/D轉(zhuǎn)換器得到控制變量，然后再把給定的信號與控制的變量作差的到信號e，這樣又送入到了PID中，于所又開始進(jìn)行新的調(diào)節(jié)，這也就實(shí)現(xiàn)了對鍋爐中的液位情況作出及時

17、的調(diào)節(jié)。 （2）PID算法的簡介 PID算法是目前為止仍然為一種廣泛應(yīng)用的控制算法之一。在調(diào)節(jié)器的應(yīng)用中，PID控制是較常用的控制規(guī)律。 PID 調(diào)節(jié)器為一種線性的調(diào)節(jié)器，它按照所設(shè)定數(shù)值r(t)和輸出的現(xiàn)實(shí)情況的數(shù)值c(t)所構(gòu)成控制的誤差數(shù)值：e(t)=r(t)-c(t)，常見的PID控制的系統(tǒng)理論框圖2-3所示。 圖2-3 控制的系統(tǒng)原理框圖 將偏差值的比例、積分與微分通過線性的組合來組成，這些數(shù)量被稱為控制量，對這些控制的數(shù)量進(jìn)行一定的控制。應(yīng)用在一些實(shí)際的場合中我們常根據(jù)控制對象的特點(diǎn)與所規(guī)定的控制要求將比例，積分與微分的

18、基本一些控制規(guī)律安排適當(dāng)?shù)慕M合，從而達(dá)到對被控制的參數(shù)有效地進(jìn)行控制的目的。 模擬PID的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為： 該公式中，Kp為比例的系數(shù)，T1為積分時間的常數(shù)，Td為微分的時間常數(shù)。 第三章 系統(tǒng)硬件選型 3.1 PLC的發(fā)展現(xiàn)狀 PLC在產(chǎn)生之前的工業(yè)控制系統(tǒng)中一直是以依賴著繼電控制器以實(shí)現(xiàn)其功能，可這種類型的控制器大多都存在著耗電多、壽命短、體積龐大、運(yùn)行速度慢及可靠性相對較低等一些不足之處，于此同時PLC對它所位于的工作環(huán)境中的適應(yīng)性存在著缺陷，因此PLC需不斷改進(jìn)。近些年來，PLC在多樣多樣的領(lǐng)域中起到了較為關(guān)鍵的作用，無論其結(jié)構(gòu)和

19、應(yīng)用的技術(shù)方面，它們都在不斷地更新，功能也在不斷地完善且性比價日趨升高。 （1） 產(chǎn)品規(guī)模不斷改革 PLC現(xiàn)已趨向小型與超小型規(guī)模發(fā)展，逐步滿足小型自動化與單機(jī)的需求。隨著先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)雜系統(tǒng)控制不斷提高，PLC需要具備速度快，容量大，技術(shù)越來越完善的性能。 （2）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 當(dāng)前的發(fā)展潮流是PLC的網(wǎng)絡(luò)控制，各個生產(chǎn)商在完善PLC聯(lián)網(wǎng)的性能時，專用的通信軟件與通信模塊成為生產(chǎn)商發(fā)展的主要部分。 向通信網(wǎng)絡(luò)化模式的發(fā)展也是未來的一種發(fā)展趨勢。 (3) 向模塊化，智能化發(fā)展 由于工業(yè)自動化中多種多樣的控制系統(tǒng)需要更完善的PLC，隨著近幾年的發(fā)展，技術(shù)人員研究出很多的新

20、器件與模塊。例如智能輸入輸出模塊、溫度控制模塊與用來特定檢查PLC外部故障的特定智能模塊等，模塊的設(shè)計與使用不但使功能增強(qiáng)，擴(kuò)大PLC的使用范圍，還提高整個系統(tǒng)的可靠性。 （4）編程語言和工具的多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化 隨著硬件與編程輔助工具的更新?lián)Q代、多彩多樣、功能的不斷完善，這些變化趨勢都在向著制造自動化靠近；PLC的基本組件，如I/O模塊、通信協(xié)議、編程語言和工具等，正變得越來越規(guī)范和規(guī)范，所以編程語言和工具的多樣化與標(biāo)準(zhǔn)化會呈現(xiàn)在我們的生活中。 3.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu)與工作方式 3.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC的構(gòu)成布局大致上與微小型計算機(jī)近似，其中CPU(中央處理單元)，

21、其硬件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1 硬件結(jié)構(gòu) 3.2.2 PLC的工作方式 PLC得電后先使系統(tǒng)進(jìn)行初始化，將自身內(nèi)部的電路狀態(tài)恢復(fù)到最初開始的狀態(tài)，然后開始自我診斷，確保系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，再對其通信的接口掃描，如果接有外圍設(shè)備則與所接的外圍設(shè)備通信。如通信接口處無外圍或已完成對外圍設(shè)備的通信，則系統(tǒng)開始輸入采樣，測試輸入設(shè)備的狀態(tài)如開關(guān)、按鈕等。完成上述工作后，PLC將所收集來的結(jié)果依照一定的流程執(zhí)行程序，在一系列動作完成后，PLC對所得出的輸出結(jié)果進(jìn)行檢測并進(jìn)行更行。PLC將不斷重復(fù)以上流程。PLC的工作過程如圖3-2所示。

22、 圖3-2 PLC的工作過程 3.3 液位傳感器的定義、組成與選擇 3.3.1 傳感器的定義 傳感器是用特定的精確度把被測量的值轉(zhuǎn)換成與其所確定的對應(yīng)關(guān)系并且方便使用在另一種的測量信號的裝置。 3.3.2 傳感器的作用與組成 1.傳感器的作用 傳感器在生產(chǎn)過程中有多種多樣的參數(shù)需要進(jìn)行測試和加以控制，如經(jīng)常使用非電量形式有的力、壓力、、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、震動等。傳感器對于這些參數(shù)的測量起著不可比擬的作用。 2. 傳感器的組成 傳感器通常是由轉(zhuǎn)換元件、敏感元件、轉(zhuǎn)換電路這三部分組成，其特點(diǎn)如表3-1所示。其組成的形式如圖3-3 所示。

23、表3-1 傳感器組成部分特點(diǎn) 圖3-3 組成的傳感器形式圖 3.3.3 液位傳感器的類型 因為被轉(zhuǎn)換的被檢測的非電信號的形式有著很大的差別，所以有著很多液位傳感器也有著多種多樣起著轉(zhuǎn)換的作用。浮球式液位傳感器應(yīng)具備著較高的敏感度、相對較高的動態(tài)工作特性、靜態(tài)的工作特性與動態(tài)的工作特性、還有線性的關(guān)系。工作的可靠性與結(jié)構(gòu)的簡單性也作為其的重要要求。液位的傳感器是利用化學(xué)原理與物理普通的或基本的規(guī)律；在一些非電量形式的作用下產(chǎn)生了一些新的事物，比如說點(diǎn)的效應(yīng)，即是把非電量的形式轉(zhuǎn)變成電量的形式的一種裝置。對于傳感器的各方面功能，它的應(yīng)用也具有廣泛性。對于傳感器的

24、特點(diǎn)，其也有各種各樣的種類。 3.4 液位開關(guān)的選擇 在鍋爐液位的控制系統(tǒng)中，液位開關(guān)對鍋爐中的液位控制是必不可少的，液位開關(guān)的設(shè)置能夠及時的反應(yīng)出水位以此來進(jìn)行有效的報警，這樣能夠及時的避免鍋爐中液位過高或過低從而產(chǎn)生危險的情況，為了在自動的控制系統(tǒng)與人工進(jìn)行加以有效的控制，也缺少不了液位開關(guān)的重要作用。本課題中采用的開關(guān)位浮球式液位開關(guān)。下常見的液位類型的開關(guān)如表3-2所示。 表3-2 常見的液位類型的開關(guān)表 液位開關(guān) 1．電容式的液位開關(guān)式是由液位變化所引起的差值波動 2.形成DAD電容式來進(jìn)行對芯片檢測，對信號處理同時輸出到另一端。 3.

25、同時也避免了傳統(tǒng)對于液位檢測方式的可靠性與穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。 浮球式液位開關(guān) 1.以波動的開關(guān)作為輸出端，傳達(dá)信號。 2.當(dāng)過水平面以上的28%時，內(nèi)部鋼珠滾動以此處于NO的狀態(tài)輸出。 3.由浮球連接的桿來控制開關(guān)的閉合的狀態(tài)。 壓力式 1.采用水位波動的產(chǎn)生壓力來進(jìn)行水位控制。 2.采用壓力式水位開關(guān)。 3.由彈性元件對壓力進(jìn)行檢測，靠元件產(chǎn)生的形變觸動觸點(diǎn)。 3.5 控制閥的流量測量 控制閥它可以控制水泵的開度，以至于來控制液位的輸出量，從而水泵的水的流量在有效的控制范圍之內(nèi)。對于控制閥的流量測量，是流經(jīng)單位時間的管道橫截面積的質(zhì)量或體積。前面的對象成為質(zhì)量的

26、流量，后面一者所指的是液體所通過的流量。 3.5.1 測量的概述與檢測方法 在工業(yè)的生產(chǎn)中，對流量的測量應(yīng)用的最為廣泛，對于流量的測量方法有多種多樣。本課題對于鍋爐的水泵流量的測量，我選擇節(jié)流差壓法。 1.流量的概述 氣體與液體這兩個對象被稱為流體，流量是指在單位時間內(nèi)所流過的某種截面的面積流體的質(zhì)量或者體積。前者指的是質(zhì)量的流量，體積的流量。流量通常是指兩種所表達(dá)的方法。通常為Qm,Kg/h是流量的單位。Qv是體積流量,M3/h或者L/h。 2.流量檢測的方法與分類 流量的檢測的條件具有多樣的特性性與復(fù)雜的特性，主要的方面的可行性方法有很多，下面介紹幾種常用液體流量檢測介紹如

27、表3-3所示。 表3-3 常用液體流量檢測介紹表 節(jié)流差壓法 1.當(dāng)流體經(jīng)過元件時，液體的流體管道減少。 2.流體速度在節(jié)流的元件位置形成的局部面積的收縮，此時流量速度提高 3.參與系統(tǒng)運(yùn)行的流體的值與靜差由函數(shù)關(guān)系，得出流量壓力，求得流量 速度法 1.測出流體的流量速度與管道橫截面，求得液體的質(zhì)量。 2.在管道中，橫截面積為常數(shù)值，液體的流速與流量速度由很小的關(guān)聯(lián)。 3.液體的額流速逐漸變大就會變小，二者流速成正比。 質(zhì)量流量檢測 1.直接式的流量的測量方式直接利用波動值、熱與熱差進(jìn)行對象測量。 2.用間接的流量測量方式利用直

28、接式所測量的值進(jìn)行對象測量。 3.系統(tǒng)測量構(gòu)成為測量流量計與壓力、溫度等補(bǔ)償環(huán)節(jié)構(gòu)成。 3.6 報警裝置的設(shè)計 我們所知道的是在工業(yè)生產(chǎn)中，報警系統(tǒng)可以能夠有效的使系統(tǒng)做出即時的措施，也可以使工作中的人們產(chǎn)生一定的警覺，這也是在安全生產(chǎn)時所需做的比不可少的防護(hù)之一。在設(shè)備運(yùn)行生產(chǎn)的時候，例如一些設(shè)定的參數(shù)大于等于所規(guī)定值時，所設(shè)定的閃爍燈會閃爍或者蜂鳴器會發(fā)出警報的聲響。加強(qiáng)防范系統(tǒng)可以設(shè)置聯(lián)鎖裝置，信號報警與聯(lián)鎖系統(tǒng)相互間存在的聯(lián)系和位置，用圖3-4所示。 圖3-4 信號報警與聯(lián)鎖系統(tǒng)聯(lián)系圖 3.6.1 報警系統(tǒng)裝置的設(shè)計與功能 在工程的實(shí)踐中，信號的報警裝備應(yīng)該是裝

29、在塵埃較少，沒有侵蝕氣體的存在，震蕩也應(yīng)當(dāng)較少些。它可以采取半導(dǎo)體類型的邏輯的電路。價格比較便宜，且功能要很靈活。閃光類型的報警器，聲光類型的報警器。 1、另外報警的系體供電一樣平常是與儀表的供電品級所類似。此外對報警器的系統(tǒng)的功能進(jìn)行簡單描述： (1) 具有閃光信號的報警系統(tǒng) 當(dāng)一些過程的參數(shù)發(fā)生超出限定的數(shù)值時，檢測功能的檢測到該信號并且把它傳輸?shù)叫盘柕膱缶到y(tǒng)中，從而發(fā)生出聲音的報警器，發(fā)出一些報警信號。 (2) 不閃光的信號的報警系統(tǒng)。 當(dāng)過程的參數(shù)發(fā)生參數(shù)超出限定的數(shù)值時，檢測功能的檢測到該信號并且把它傳輸?shù)叫盘柕膱缶到y(tǒng)中，從而發(fā)生出聲音的報警器，發(fā)出一些報警信號。，信號

30、燈會依舊保持亮的狀態(tài)，在這個過程的參數(shù)回到了安全范圍之內(nèi)的時候，燈光便熄滅。 2、能夠區(qū)別第一的事故原因的報警系統(tǒng) 在工業(yè)生產(chǎn)中有時會設(shè)置不同的幾個過程參數(shù)在生產(chǎn)設(shè)備中以此來進(jìn)行快速的報警，當(dāng)有一些事故發(fā)生了與平時狀態(tài)不易樣的情況時，其中指的是第壹的起因時間剖析，也因此必須就設(shè)計能夠來區(qū)分事故所發(fā)生的信息的報警的系統(tǒng)裝置。 第四章 硬件設(shè)計 4.1 PLC的選擇 在本設(shè)計方案中，根據(jù)數(shù)字I/O點(diǎn)的系統(tǒng)，PLC的類型我選擇的是FX2N-16MR。FX2N系列的輸入、輸出點(diǎn)如表4-1所示。 表4-1 FX2N的系列基本單元 4.2

31、 I/O分配表與輸入、輸出點(diǎn)的說明 4.2.1 輸入、輸出點(diǎn)的說明 根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)首要實(shí)現(xiàn)的功能是液位的檢測與液位的報警。再者是控制水泵的啟動與停止。對于液位的控制，主要控制的對象是流量控制，鍋爐為主要的容器。其中X1為啟動的按鈕，X2為停止按鈕，X3表示的是最低的液位行程式開關(guān)。，X4所表示的是最高的液位行程式開關(guān)。Y0表示水泵的進(jìn)水，當(dāng)鍋爐的液位比液位的下限低時，此時X3接通，Y0通電。當(dāng)在鍋爐液位高于上限液位，即Y1工作停止水泵供水。當(dāng)所設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)定的判斷為1S到時，此時的時間繼電器通上電，Y2開始工作，此時開始運(yùn)行PID。Y3表示對出錯信息報警。水位的最大值表示為3

32、50mm,最小值為200mm。 4.2.2 I/O分配表 I/O分配表如表4-2、4-3顯示。 表4-2 輸入分配表 表4-3 輸出分配表 4.3 PLC控制液位的I/O接線圖 PLC控制液位的I/O接線圖如圖4-1。 圖4-1 I/O接線圖 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 第五章 系統(tǒng)主程序的設(shè)計 5.1 系統(tǒng)的主程序的設(shè)計 在編寫程序前先把該程序流程圖的先畫出來，如圖5-1所示，流程圖是一種圖像的表示，它是由流程、算法、過程所表示。從本課題的要求中所知道，根據(jù)鍋爐液位的控制應(yīng)該由PID

33、算法與邏輯判斷所組成；鍋爐中的上限位與下限位需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，可編程邏輯控制器主要是來對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后進(jìn)行運(yùn)算。毋庸置疑，該過程會消耗一定的時間，所以這個系統(tǒng)會出現(xiàn)一定的遲滯現(xiàn)象，由此PLC的工作運(yùn)行的速度就會下降。本系統(tǒng)采用的時間為1S對其進(jìn)行控制，因此的到的參數(shù)便會得到處理，采集。本課題用350CM作為對鍋爐中上限位的設(shè)定，用200CM對鍋爐液位中的下限位進(jìn)行設(shè)定。這個過程是：鍋爐中的液位如果高于液位的上限便開始對水泵停止對鍋爐中液位的供給。反之，則開始對鍋爐中的液位供給。本系統(tǒng)有一個1S的設(shè)定時間參數(shù)，當(dāng)達(dá)到1S時，PID便開始運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖5-1 程序流程圖

34、（1） 本系統(tǒng)對PID的運(yùn)行前的參數(shù)設(shè)置，F(xiàn)X2N-2D/A與FX2N-4D/A是程序采用的PLC模塊，設(shè)定為N01與N02。其中程序中用FX2N-2A/D模塊中的輸入端1作為PID的運(yùn)算的結(jié)果。其中圖5-2表示在沒有超出液位時的算法。 圖5-2 無超出液位時PID控制程序圖 （2）在系統(tǒng)過程中的PID運(yùn)算，然后將計算的輸出值輸出在FX2N-2D/A轉(zhuǎn)換單元如圖5-3所示。 圖5-3 PID運(yùn)算，輸出至FX2N-2A/D轉(zhuǎn)換單元程序圖 （3）在液位的上限位、下限位的設(shè)定值的比較，看程序在運(yùn)行時是否超出運(yùn)行，若超限，則水泵停止供水，若低于下限，則水泵開始供水，若不超限則

35、進(jìn)行PID運(yùn)算，若超限則循環(huán)處理至正常值，延時1S，讓PID進(jìn)行處理。其過程如圖5-4所示。 圖5-4 水位是否超限及水泵運(yùn)行程序圖 5.2 系統(tǒng)主程序的調(diào)試 本系統(tǒng)采用MCGS組態(tài)軟件來對程序進(jìn)行調(diào)試 。 1.參照軟件的元件種類，根據(jù)所需本課題中所需要的對象，進(jìn)行元件選擇，水泵、報警燈、鍋爐等然后將引入的元件組成如圖5-5所示。 圖5-5 元件組成圖 2.元件設(shè)置好后，如圖5-6進(jìn)行窗口保存。 圖5-6 窗口保存圖 3.對各個元件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置且使它們的功能一一對應(yīng)，仔細(xì)檢查無誤后后，選定

36、下載功能。如果參數(shù)設(shè)置正確，則有工程成功的提示，然后啟動運(yùn)行，載配置圖5-7所示。 圖5-7 下載配置圖 4.軟件運(yùn)行完畢后，將液位的值模擬設(shè)置為高于上限值時，進(jìn)水閥應(yīng)該關(guān)閉，啟動出水閥，報警燈亮。報警滾動條描述為上限位報警。其水位高于上限位圖如圖5-8所示。 圖5-8 水位高于上限位圖 5.再將液位的值模擬為低于液位下限，水泵供水，出水閥關(guān)閉，進(jìn)水閥打開。報警滾動條顯示低液位，其水位低于下限圖如圖5-9所示。 圖5-9 水位低于下限圖 5.3 系統(tǒng)設(shè)計的不足 在這次設(shè)計中，我用的是MCGS軟件進(jìn)行調(diào)試，一開始不能進(jìn)行監(jiān)控狀態(tài)，后來才發(fā)現(xiàn)是有的

37、對象設(shè)計由問題，經(jīng)過認(rèn)真的檢查和修改，最總使軟件運(yùn)行了起來。該程序在安全性問題還是有欠缺的，在鍋爐的運(yùn)行情況中，鍋爐出現(xiàn)問題應(yīng)該具有完善的報警系統(tǒng)與即時的解決方案。在程序中，一開始對于PID的調(diào)節(jié)不是很清楚，平時在老師的課上除了在過程自動化的課上老師講過，那也只是理論知識，而沒有真正的運(yùn)用在程序中，所以要對PID在程序中的應(yīng)用我是詢問過老師，當(dāng)然我們的指導(dǎo)老師很有耐性并且還發(fā)了幾篇具有代表性的文章，我把這幾篇文章認(rèn)真的看了一下，并且還參考了一些在自己的論文中，這才使自己的程序變得復(fù)雜些，一開始我把程序想的很簡單，設(shè)計思路只是把上限和下限和發(fā)生故障時采取的方法用到的放在程序中，但是想的比較片面。

38、我覺得程序可以在安全性問題上可以再加強(qiáng)一些，比如電機(jī)是否空轉(zhuǎn)等等一些問題。針對于論文中的不足，我以后要好好學(xué)習(xí)，擴(kuò)大我的知識儲備，爭取寫出更完善的程序。 第六章 總結(jié) 在經(jīng)過幾個月的論文攥寫中，我收獲了很多。對于論文從摘要、目錄等內(nèi)容進(jìn)行著手，按順序進(jìn)行續(xù)寫，每一處都要仔細(xì)的查閱資料，然后用自己的話去表達(dá)，這樣一方面是檢驗自己所收獲的情況，還有一方面提高了自己的動手能力。在無錫職院的這三年的學(xué)習(xí)中，我意識到了實(shí)踐的重要性，學(xué)校也主要以實(shí)踐的理念去培養(yǎng)我們，學(xué)校的設(shè)備很多，甚至?xí)^一些本科的資源配置。寫論文需要一定的知識儲備量與實(shí)踐的經(jīng)驗。雖然平時學(xué)校也會組織一些實(shí)踐性的

39、實(shí)訓(xùn)活動，但是我深深的感到我的實(shí)踐經(jīng)驗是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，論文的硬件設(shè)計與軟件的設(shè)計是論文編寫最重要的部分，但是這恰恰是我不足的地方，要想寫出具有實(shí)質(zhì)性的論文，對于軟件的編寫與程序設(shè)計具有一定的基礎(chǔ)，在本次論文的編寫，我查閱了很多資料，一開始我對于自己所寫的課題所構(gòu)思的想法很法很簡單，只是簡單的完成了對于課題的基本要求，后來經(jīng)過老師的耐心的指導(dǎo)，老師也給了我?guī)灼哂写硇缘恼撐牡闹笇?dǎo)，我才明白，一個系統(tǒng)要考慮安全問題，且也有對一些裝置比如PID控制加入到所設(shè)計的程序中而不是表面說說而已，此外在學(xué)習(xí)的過程中，創(chuàng)新也是很重要的，在寫論文的時候，論文寫的很死板，沒什么亮點(diǎn)，因此創(chuàng)新是能夠使論文成為亮點(diǎn)重要

40、一點(diǎn)。經(jīng)過對程序的一番改造后，我所設(shè)計的程序提高了它的實(shí)用性，在此過程中，我還是有很多的不足之處，因為對于一開始的系統(tǒng)設(shè)計時，我想法很多，但是最后并沒有完全的達(dá)到要求，我所學(xué)的知識還是很有限的，鑒于以后能夠有更好的工作，我們還是必須更好的掌握一些基礎(chǔ)以及更深層次方面性的知識，這樣才能不枉我們曾經(jīng)的努力，也不會辜負(fù)我們一開始進(jìn)入學(xué)校的初衷，更重要的是，我們不能辜負(fù)父母與老師對我們的期望。在深知自己的缺點(diǎn)之后，我會努力的豐富自己，好好學(xué)習(xí)自己的專業(yè)知識，從而實(shí)現(xiàn)自己的理想。 致謝： 首先非常感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師，老師很負(fù)責(zé)，對于有要完成

41、的任務(wù)，老師第一時間會通知我們，讓我們有足夠的時間去找資料，完成任務(wù)。我的專業(yè)基礎(chǔ)很是薄弱，我深知自己的不足，對于疑惑的地方我也會去詢問老師，老師并沒有不耐煩而且很有耐心的指導(dǎo)我，對此我想對畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師說聲:老師，您辛苦了！當(dāng)然我們的學(xué)習(xí)、發(fā)展離不開學(xué)校給我們提供的豐富資源與良好的學(xué)習(xí)氛圍，寫論文需要一定的知識儲備量與實(shí)踐的經(jīng)驗。平時學(xué)校也會組織一些實(shí)踐性的實(shí)訓(xùn)活動來提高我們的動手能力也為我們提供了良好的學(xué)習(xí)氛圍，讓我們更方便的去實(shí)驗室進(jìn)行動手操作，同時也要非常感謝學(xué)校提供寫論文的機(jī)會，讓我們對論文的書寫規(guī)范有了一定的認(rèn)知，讓我們知道我們的不足之處。最重要的是學(xué)校通過知網(wǎng)對論文進(jìn)行查重，這

42、讓我們知道了學(xué)習(xí)應(yīng)該腳踏實(shí)地，不能弄虛作假，這不僅對于學(xué)習(xí)，更是對以后的工作與生活也要如此，再這里將十分的感謝學(xué)校，學(xué)校的教導(dǎo)我們不會忘記。最后，我想感謝我的父母，父母工作不容易還要為我們操勞，這讓我對學(xué)習(xí)更加的有了動力，我會好好學(xué)習(xí)，報答父母，將來在社會能體現(xiàn)出我的價值！ 參考文獻(xiàn) [1] 陳剛 .傳感器的原理與應(yīng)用[M] .北京：中國大學(xué)出版社, 2011 . [2] 蔡杏山.PLC技術(shù)+日通[M].北京：中國電力出版社,2015. [3]王愛廣.過程控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012. [4

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