基于S7-300PLC和WINCC组态的单容水箱液位控制

电气工程与自动化学院

基于S7-300PLC和WINCC组态的单

容水箱液位控制

摘要

本文以西门子S7-300PLC为主要控制器，单容水箱液位为控制对象，设计了一个单闭环单容水箱液位定值控制系

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统，液位信号通过液位变送器变送至PLC，经过PLC中PID智能控制算法对数据进行处理，输出控制信号经过D\\A转换控制执行机构变频器，进一步控制压力泵，从而使液位达到预期给定值。并运用西门子WINCC flexible SMART触摸屏系列组态产品，为系统设计了界面良好的人机界面，实现对整个系统的实时监控。

关键词：单容水箱；液位控制；PLC；WINCC flexible PID

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第一章引言

1.1课题简介

过程控制是自动化技术的一个重要应用领域，它是指对液位，温度，配比，流量，压力等过程量的实时监控。在冶金，机械，化工，电力等方面得到了广泛的应用。尤其是水位控制技术在现实生活，生产中发挥了重要的作用；比如民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民用水，过高又会导致成本的增加或者降低系统经济效益。此外工矿企业的排水与给水，如果排水与给水控制失调，则会影响车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，可能会导致锅炉内部温度过高，可能引发生产事故，此外还有精馏塔液位的控制等等。而对这些过程量的传统控制方法基本上都是依靠高强度的人力劳动，或者传统的模拟仪表（指针式，浮子式，磁电式，接近开关，电容式等）来显示控制被控对象的当前值，但是这些传统的控制有其显著的缺点：对操作人员的要求高，人机界面不友好，控制精度不够高，特别是当系统的模型或者某些参数发生变化后，系统的可靠性，稳定性都无法得到保证，所有这些需要迫切解决的问题催生了21世纪以来的各种智能控制技术的迅猛发展，其中一项就是PID先进控制技术，这一技术以其灵活，易操作，控制性能优良而广泛应用于各个生产领域，因此研究PID在液位控制方面的应用具有很高的使用价值。

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另一方面，PLC的出现打破了传统的继电器控制系统局面，不但如此，被称为“工业界的蓝领计算机”的PLC自1968年诞生以来，经过不断地创新与发展，尤其是PLC被应用到计算机，通信，自动控制等领域，使得PLC不但能够完成简单的逻辑运算，在模拟量控制，网络通信，HMI等的领域也是越来越广泛和深入，并集三电（电控装置，电仪装置，电气传动控制装置）于一身，使得PLC在工厂中倍受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC，机器人，CAD\\CAM），这些都预示着PLC在未来的广阔前景，加之近年来西门子提出的TIA（全集成自动化）思想在工业应用中日益广泛。能够熟练地掌握西门子PLC的编程和工业网络技术，对解决工程中的PLC和网络通信问题尤为重要。

1.2课程设计的目的

以S7-300PLC为控制器，将液位信号经液位变送器转换为标准4~20mA电流信号送至PLC，经过PID控制算法处理数据，并将控制信号经D\\A变送装置控制变频器，从而控制压力泵控制水箱进水速度，最终使得箱内液位恒定在给定值，实现无差控制液位。采用WINCC flexible 组态技术为系统设计良好的人机界面。

学习使用变频器，掌握其内控与外控模式，掌握PLC控制单元的使用，了解其工作机制，掌握西门子模拟量输入输出通道的应用。

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