论文总字数：18055字

摘 要

随着工业的进步，对于工业上的要求也是越来越高，比如污水处理厂。这些要求包括精度、反应速度、安全性等等一系列的高标准要求。处于现在工业较为发达的时代，人工控制的特点对于液位来说显得远远不够。人工控制目前暴露出来的缺点是：精度低、反应速度慢、自动化程度不高等。针对这些问题，本文提出基于组态软件和PLC的水位自动控制系统设计。

设计出的系统通过液位检测传感器，将电信号传递到PLC当中，通过模数转换，使其变成为数字信号并送到PID调节器中，在通过PID算法后，达到要求。

关键词：S7-300；PID；PLC；液位控制

Design of Water Level Automatic Control System Based on Configuration Software and PLC

Abstract

With the progress of industry, the requirements for industry are also getting higher and higher, such as sewage treatment plants. These requirements include a series of high standards such as accuracy, reaction speed, and safety. In the era when the industry is now more developed, the characteristics of manual control are far from enough for the liquid level. The disadvantages of manual control currently exposed are: low accuracy, slow response, and so on. To solve these problems, this paper proposes the design of water level automatic control system based on configuration software and PLC.
The designed system passes the liquid level detection sensor and transmits the electric signal to the PLC. Through analog-to-digital conversion. After passing the PID algorithm, the digital-to-analog conversion is performed. Water pump motor corresponding to the electrical signal speed, thereby controlling the pump speed, to achieve the required level control.

Keywords: S7-300；PID；PLC；Level Control

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 1

第一章 引言 2

1.1研究现状分析 2

1.1.1 课题研究的背景、意义及其目的 2

1.1.2 PLC水位控制系统的发展历程 2

1.1.3 课题研究的主要内容 3

第二章 恒液位控制系统方案设计 4

2.1基于单片机控制的设计方案 4

2.2基于PLC控制的设计方案 4

2.3基于继电器控制的设计方案 5

2.4控制的最终设计方案 6

第三章 设计原理及控制方式 7

3.1PLC恒液位控制原理 7

3.2 恒液位控制方式的实现 7

3.3 PLC可编程控制器的工作原理 8

3.4恒液位PID控制器原理分析 9

第四章 电气元器件选型分析 11

4.1 PLC以及模块结构的选型分析 11

4.2低压断路器的选型 11

4.3熔断器的选型 12

4.4按钮的选型 12

4.5变频器选型 14

4.6触摸屏HMI的选型 16

第五章 控制系统的硬件电路设计 16

5.1 主电路设计 17

5.2 PLC模块图配置设计 17

5.3 PLC输入模块设计 18

5.4 PLC输出模块设计 18

5.5 变频器控制原理图设计 19

第六章PLC软件设计 21

6.1PLC控制系统硬件方案介绍 21

6.2 TIA博图编程软件简要介绍 22

6.3 PLC硬件组态介绍 23

6.4 PLC控制程序介绍 23

6.4 PLC自动程序简要介绍 24

第七章 结束语 28

致 谢 29

参考文献 30

附 录 31

第一章 引言

随着工业化时代的到来，自动控制显得越来越重要了，自动控制在逐渐取代人工控制。在反应速度，精度，安全性方面，自动控制显示出了它的优势。资源是否可以得到很好的利用等等这些方面，所以说在现在工业控制要求越来越高的情况下，传统的人工控制早已经不再适应，一般的简单自动控制也是难以满足要求，都是或多或少的存在着这样或者那样的问题与缺点。我们需要引入更为易于控制，又能达到要求的控制手段。

为了满足这些要求，随着前期工业的发展，我们便引入了可编程逻辑控制（也称PLC）。在引入了PLC之后，PLC的控制方式的优点也就突显出来。它使得工业控制具有的较高危险性，大幅度的降低，使得工业生产变得更加安全；由于它的高效性，所需要的时间也大大的减少，提高了效率。高集中的控制方式和优点相结合，节约了成本，提高了效率节省了时间。液位控制系统在工厂的污水处理环节特别重要，通过液位控制使得污水处理厂的液位处于一个恒定的位置，不致于出现过高或者过低的情况。

在实际的过程控制中，应用的最广泛的是比例、积分、微分控制，即PID控制。

PLC将多种技术，很好的融合在一起，操作灵活，也是具有很高的可靠性，并且适合连续不间断的长期工作。这使得PLC非常适合液位控制的要求。本文采用的PLC是西门子公司的S7-300，配合该公司自己高效通用的编程软件和其强大的网络通讯功能，来实现设计功能。

1.1研究现状分析

1.1.1 课题研究的背景、意义及其目的

在改变现有的水位控制系统，提高其安全性和包括系统本身的自动化程度。实现污水处理厂，实现的恒定液位控制。则由其相配合的组态软件实现实时监控、报警、数据查询及报表输出等重要的功能。再经过模数和数模转换PID算法，来由PLC完成水位控制系统的控制。组态软件决定了水位控制系统工作方式，设定控制参数、设定管理权限等。

随着我国的工业发展，在污水处理方面很早就采用了自动控制。在污水处理厂中，用水位控制监测系统来实时监测，报警等，达到污水处理厂的所设定的恒定液位控制要求。PLC在一般的自动化控制基础上，扩展功能，达到更好的效果，来降低成本，节约时间。提高控制系统整体的安全性能，保障工作中的生命安全，是十分重要的，污水处理厂也是十分重视这方面的工作。通过本设计来达到上述要求及其目的，使得污水处理厂液位保持恒定的同时，提高安全性能和自动化的程度。

1.1.2 PLC水位控制系统的发展历程

PLC最初由美国通用汽车公司，在对生产线进行调整时，所提出的“通用十条”招标指标前提下出现。由一家美国数字化设备公司研制，并在通用汽车上线使用，由此逐渐发展并扩展其应用范围，不断提高自动化程度。

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