PLC与变频器控制系统调试教学课件作者姜永华ppt 项目六 液位控制系统的设计与实现.ppt

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1、可编程控制器应用技术项目六　液位控制系统的设计与实现项目六液位控制系统一、任务提出二、任务分析三、任务咨询与计划3.1、S7-200PLC的PID回路控制指令3.2、系统设计3.2.1、西门子MM420系列变频器（书P219）3.2.2、触摸屏的分类、结构与工作原理及ScreenEditor组态3.2.3、系统设计四、任务评估与修正五、任务实施液位控制系统的实施六、交流与评价1任务提出设计一水箱水位控制系统。水箱放在高度为10米的地方，由一水泵从水池内抽水放入水箱供使用，最大用水量为180m3/

2、小时，水箱内允许最高水位为1米。系统组成如图6.1所示，主要由水泵及相应的PLC、水位变送器、变频器、接触器等组成。系统控制要求如下：（1）需要控制的水箱水位高度可由用户通过触摸屏在0.5～0.9米之间设定。（2）系统有手动和自动两种运行方式。手动运行时，可以通过触摸屏或控制柜上的启动和停止按钮控制水泵工频运行的启停；系统自动运行时，可以通过触摸屏上的启动和停止按钮由系统根据水箱用水量的变化情况，自动调整变频器的运行频率，控制水泵的转速和供水量，从而使水箱水位保持在设定水位附近。1任务提出（3）

3、报警功能。对于该系统中的异常情况，如水泵过载、水池水位低、变频器故障等，应发出声光报警并停止系统运行，同时触摸屏能显示报警状态。要求设计、实现该控制系统，并形成相应的设计文档。模拟量输出控制信号水箱交流接触器三相交流电源扬程10米交流接触器变频器触摸屏液位开关水池水泵数字量I/OPLC水位变送器模拟量输入下图所示。水位控制系统组成示意图模拟量输出。模拟量输出控制信号水箱交流接触器三相交流电源扬程10米交流接触器变频器触摸屏液位开关水池水泵数字量I/OPLC水位变送器模拟量输入模拟量输出2任务分析

4、该系统要求最大供水量为180m3/小时，即0.05m3/秒，扬程为10米，根据水泵功率计算公式P=9.8HQ/ђ，式中H为扬程（单位米），Q为出水量（单位m3/s），ђ为水泵效率（通常为70%左右），P为水泵功率（单位kW），则水泵功率P=7kW，所以可以选择功率为7.5kW的水泵。该控制系统比较复杂。硬件主要包括抽水水泵、控制部分的PLC、变频器、控制水泵主电路通断的接触器、进行过载和短路保护的热继电器和熔断器以及控制和显示电动机起动和停止的触摸屏、按钮、指示灯等。另外，该系统与前边的系统相比

5、，增加了触摸屏人机界面。由于需要检测水压等模拟量信号和控制变频器输出频率，所以除了需要PLC具有数字量输入/输出功能外，还需要具有模拟量输入/输出功能。该系统的软件也比较复杂，主要表现在以下两点：触摸屏需要使用专用软件进行组态；变频器的频率调节需要PLC使用PID控制算法实现。要进行该控制系统的设计，首先要对S7-200系列PLC的模拟量输入输出软硬件设计、PID控制算法等有比较清楚的了解，下面重点就上述与本项目相关的知识进行讲解。3任务咨询与计划3.1、S7-200PLC的PID回路控制指令3

6、.2、系统设计3.2.1、西门子MM420系列变频器（书P219）3.2.2、触摸屏的分类、结构与工作原理及ScreenEditor组态3.2.3、系统设计一.闭环控制系统组成一般来说，一个闭环控制系统主要有以下基本元件或装置组成：（1）被控对象自动控制系统需要进行控制的机器、设备或生产过程。（2）被控变量被控对象内要求实现自动控制的物理量。（3）检测元件对系统输出量进行测量的装置。（4）比较元件对系统的输出量和输入量（给定值）进行比较，给出偏差信号。（5）放大元件对微弱偏差信号或控制器的输出信

7、号进行放大，使之可输出足够的功率。（6）控制器将偏差信号进行控制运算的部件，产生控制信号操纵执行元件改善系统性能。是闭环控制系统的核心。（7）执行元件根据控制器的输出，改变被控变量的大小，使被控制的输出量与给定值一致。典型闭环控制系统的基本组成如下图。控制器输入量放大器执行器被控对象检测装置检测装置扰动输出量3.1、S7-200PLC的PID回路控制指令二.闭环控制系统性能指标一般说来，对闭环控制系统性能指标的基本要求可以归纳为三个字：稳、准、快。稳：是指系统的稳定性。稳定性是系统重新恢复平衡状

8、态的能力。任何一个能够正常工作的控制系统，首先必须是稳定的。准：是指系统的准确性，是对系统稳态（静态）性能的要求。对一个稳定的系统而言，过渡过程结束后，系统输出量的实际值与期望值之差称为稳态误差，它是衡量系统控制精度的重要指标。稳态误差越小，表示系统的准确性越好，控制精度越高。快：是指系统反应的快速性，是对系统动态性能（过渡过程性能）的要求。描述系统动态性能可以用平稳性和快速性加以衡量。平稳指系统由初始状态运动到新的平衡状态时，具有较小的过调和振荡性；快速指系统运动到新的平衡状态所需要的调节时间