基于plc的流量控制系统

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1、1.1.1目录一.设计任务1二.前言1三.系统控制方案设计2四.系统硬件设计44.1设备的选型44.1.1控制器的选型44.1.2变频器的选型44.1.3流量传感器变送器的选型54.1.4执行器的选型54.2硬件电路6五.软件设计75.1控制规律的选择75.2MATLAB仿真85.2.1传递函数的确定85.2.2采用数字PID控制的系统框图85.2.3参数整定95.3程序编写115.3.1PLC寄存器分配115.3.2程序流程图115.3.3源程序12六.结束语14七.参考文献15东北大学秦皇岛分校课程设计

2、用纸设计题目：智能化流量控制系统设计一.设计任务1、系统构成：系统主要由流量传感器，PLC控制系统、对象、执行器（查找资料自己选择）等组成。传感器、对象、控制器、执行器可查找资料自行选择，控制器选择PLC为控制器。PLC类型自选。2、写出流量测量与控制过程，绘制流量控制系统组成框图。3、系统硬件电路设计自选。4、编制流量测量控制程序：软件采用模块化程序结构设计，由流量采集程序、流量校准程序、流量控制程序等部分组成二.前言本课程设计来源于工业工程中对于流量的监测和控制过程，其目的是利用PLC来实现过程自动控制

3、。目前，PLC使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，涉及到所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域。PLC通过模拟量I/O模块和A/D、D/A模块实现模拟量与数字量之间的转换，并对模拟量进行闭环控制。第15页东北大学秦皇岛分校课程设计用纸一.系统控制方案设计图1控制系统的工艺流程图如图1所示为该控制系统的工艺流程图，该控制系统主要是控制流过管道水的流量，由于系统对控制要求不高，故系统采用单回路控制，被控对象为水的流量，控制量为水泵电机的转速，控制器选用PLC和变频

4、器,传感变送器选用电磁流量传感变送器，执行器选用水泵。根据工艺流程图画出系统框图如下图2所示图2系统框图从图2中可看出，系统可分为：控制机构、信号检测变送机构、执行机构三大部分，具体为： 第15页东北大学秦皇岛分校课程设计用纸(l)控制机构：本系统的控制机构包括控制器(PLC)和变频器两个部分。控制器是整个流量控制系统的核心。控制器直接对系统中的流量信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即水泵电机)进行控制；变频器

5、是对水泵电机进行转速控制的单元，其跟踪控制器送来的控制信号改变水泵电机的转速控制(2) 信号检测变送机构：在系统控制过程中，需要检测的信号包括管道水流量信号，其中水流量信号是本控制系统的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。 (3) 执行机构：执行机构是由一个水泵电机组成，它用于将水供入管道，通过变频器改变电机的转速，以达到控制管道水流量的目的。  流量控制系统以供水出口管道水流量为控制目标，在控制上实现出口管道的实际流量跟随设定的水流量。设定的水流量可以是一个常数，也可以是一个时

6、间分段函数，在每一个时段内是一个常数。水流量控制系统通过安装在管道上的流量变送器实时地测量参考点的水流量，检测管道出水流量，并将其转换为4—20mA的电信号，此检测信号是实现水流量恒定的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制水泵电机的转速，进而控制管道中的水流量，实现水流量恒定。第15页东北大学秦皇岛分校课程设计用纸一.系

7、统硬件设计1.1设备的选型1.1.1控制器的选型由于PLC控制器具有抗干扰能力强，扩展模块组合方便、编程简单等优点，该控制系统采用PLC作为控制器。由于水流量自动控制系统控制设备相对较少因此，我们选用SiemensS7-200系列PLC，该系列PLC结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制系统。根据控制系统实际所需端子数目，并考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此，CPU选用SiemensCPU224，其开关量输出为10点，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入为14点，输入形式

8、为+24V直流输入。由于实际中需要模拟量输入点1个，模拟量输出点1个，所以需要选择扩展模块，模拟量扩展模块选用SiemensEM235，该模块有4个模拟量输入通道，1个模拟量输出通道。1.1.2变频器的选型由于本设计中PLC选择的是SiemensS7-200型号，为了方便PLC和变频器之间的通信，我们选择SiemensMicroMaster440变频器。它是用于三相交流电动机调速的系列产品，由微处理器控制，采用绝