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1、 摘 要 在众多生产领域中，经常需要对贮槽，贮罐，水池等容器中的液位进行监控，以往采用传统的继电器接触器控制，使用的硬件连接多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多的企业采用先进控制器对传统的控制器进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自动化程度，为企业提供了更可靠的生产保障。 本文介绍了基于FX2N型号的可编程控制器（PLC），组态软件的液面控制系统的设计方案，采用PID算法实现液面的自动控制。利用组态软件设计人机画面，通过串行口和可编程控制器通信实现控制系统的实时监控，现场数据的采集和处理，其结构简单，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强。关键词：PLC 液面控制 触摸
2、屏 变频 Abstract In many areas of production, often need to tank of the storage tanks, tank containers, liquid level of monitoring, the traditional relay-contactor, using the hardware connection, poor reliability, automation degree is not high, many enterprises to adopt advanced controller to improve t
3、he traditional, greatly improving the reliability and degree of automation control system, provides a more reliable guarantee for the production of enterprises.This paper introduces a programmable controller based on FX2N model (PLC), design of liquid level control system configuration software, usi
4、ng PID algorithm to realize automatic control of liquid level. Using configuration software to design man-machine interface, through the serial port and can realize real-time monitoring control system for communication programming controller, field data collection and processing, the structure is si
5、mple, the monitoring system is not only a high degree of automation, but also changes with the online function, flexibility.Key words: PLC level control touch screen frequency converter 目 录摘 要1Abstract2目 录3第一章 绪论51.1本课题设计背景51.2本课题设计内容61.3本课题设计的目的和意义6第二章 系统控制方案的确定82.1 采用PLC控制液体自动混合的优点82.2 系统设计的基本步骤82
6、.3 系统控制方案9第三章 系统硬件设计113.1可编程控制器（PLC）的选型113.1.1 PLC机型的选择与特点113.1.2 模拟量输入输出模块（FX0N-3A）133.2 水泵选型143.3 变频器选型153.4 触摸屏163.4.1 触摸屏的工作原理163.4.2 触摸屏的主要类型163.5 液位传感器173.5.1 液位传感器简介173.5.2 液位传感器的工作原理173.6 流量计183.6.1 电磁流量计简介183.6.2 电磁流量计的工作原理183.7 硬件接线图18第四章 PID控制器的设计214.1 PID控制算法及特点21第五章 系统软件设计235.1 程序设计编程基本
7、原则与注意问题235.1.1 程序设计（梯形图）编程基本原则235.1.2 程序设计注意问题235.2 程序设计235.3 变频器参数设定245.5元器件列表25第六章 PLC如何控制液面276.1 自动控制液面27总 结29致 谢31参 考 文 献32附录一 程序流程图33附录二 程序34附录三 系统结构图. 35附录四 PLC外部接线图. 35附录五 主电路图. 35第一章 绪论1.1本课题设计背景 20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单、容易掌握、价格便宜
8、，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差. 20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：
9、（1）编程方便，可现场修改程序（2）维修方便，采用插件式结构（3）可靠性高于继电器控制装置（4）体积小于继电器控制盘（5）数据可直接送入管理计算机（6）成本可与继电器控制盘竞争（7）输入可以是交流150V以上（8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器，电磁阀等（9）扩展时原系统改变最小（10）用户存储器至少能扩张到4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。美国国际电工委员会（IEC）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子
10、系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了PLC应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运
11、算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。1.2本课题设计内容设计一基于PLC的液体自动混合控制系统，要求该控制系统可以根据生产的需要对液体进行设定，当液体设定时自动启动水泵进行加液，当液位到达设定值时停泵，然后搅拌均匀后，将混合液流放出去，操作人员可以随时可改变设定值，并达到阈值报警的功能。1.3本课题设计的目的和意义 在工艺加工最初，把多种原料再合适的时间和条件下进行需要的加工以得到产品一直都是在人监控或操作下进行的，在后来多用继电器系统对顺序或逻辑的操作过程进行自动化操作，但是现在随着时代的
12、发展，这些方式已经不能满足工业生产的实际 需要。实际生产中需要更精确、更便捷的控制装置。 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原来的液体混合远远不能满足当前自动化的需要。可编程控制器液体自动混合系统集成自动控制技术，计量技术，传感器技术等技术与一体的机电一体化装置。充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。 可编程控制器多种液体自动混合控制系统的特点：1、系统自动工作；2、控制的单周期运行方式；3、由传感器送入设定的参数实现自动控制；4、启动后就能自动完成一个周期的工作，并循环。5、本系统采用PLC是基于以下两个原因：（1）P
13、LC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；（2）编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； 根据多种液体自动混合系统的要求与特点，我们采用的PLC具有小型化、高速度、高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对多种液体自动混合实现控制。 （三）、本文的主要工作本文首先回顾多种液体自动混合装置的发展过程，说明了种液体自动混合装置的PLC控制的重要性和必然性 。然后，讲述了可编程程序控制器的应用，通过论述可编程
14、程序控制器的优点对可控制编程器对多种液体混合装置的控制有一个总体的认识。综合多种液体自动混合装置的控制系统的要求，进行了外部电路的连线和PLC程序设计，从部件的选择，流程的分析，程序顺序控制的设计等方面，完成了本次的设计任务。最后，通过对程序液位控制系统的程序的调试，检测，再进行是对系统的更正，使控制系统更加完善，确保系统能顺利运行。第二章 系统控制方案的确定2.1 采用PLC控制液体自动混合的优点（1）从控制方式上比较：用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其硬软件齐全，
15、为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、控制要求设计控制程序，而且在以后的修改中只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 （2）从工作方式上比较：电器控制并行工作，而PLC串行工作，不受制约，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。（3）从控制速度上比较：电器控制速度慢，触点易抖动；而PLC通过通过半导体来控制，速度很快，无触点，故无抖动一说。（4）从定时，计数上比较：电器控制定时精度不高，易受环境温度变化的影响，且无计数功能；而PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有计数功能。（5）从可靠性，可维护性上比较：电器控制接
16、触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线较多，可靠性，维护性差；而PLC无触点，采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，能适应工作现场的恶劣环境，使用寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。2.2 系统设计的基本步骤液位控制系统的设计与步骤，如下图2.1所示在液位控制系统的设计过程中主要考虑以下几点：（1）深入了解和分析液体混合控制系统的工艺条件和控制要求。（2）确定I/O设备。根据液位控制系统的功能要求，确定系统所需的输入，输出设备。（3）根据I/O点数选择合适的PLC类型。（4）分配I/O点，分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。（5）
17、设计液体自动控制系统的梯形图，根据控制要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个液体自动控制系统设计的核心工作。（6）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。（7）进行液体自动控制系统的整体联机调试，调试中发现的问题逐一排除，直至调试成功。图2.1 系统设计步骤图2.3 系统控制方案系统控制原理如图2.2所示,系统主要是由触摸屏、可编程序控制器变频器（PLC）、液位计、配电装置以及水泵等组成。图2.2 系统控制原理图系统带有触摸屏显示装置，可以显示系统的当前液位，设定液位上限，进行报警显示。变频器的作用是为三相水泵的电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使水箱的液位
18、连续变化。液位计的作用是检测当前液位压力。系统的结构图如图2.3所示，水箱高2m，我们设置它的最低液位为0.2m，最高液位根据触摸屏直接输入，通过流量传感器和模数转换器输入当前液位值给PLC，在PLC内部将它进行PID控制运算，将其输出值做为变频器的控制信号，控制水泵的转速，使其精确的达到液位值。图2.3系统结构图第三章 系统硬件设计3.1可编程控制器（PLC）的选型3.1.1 PLC机型的选择与特点 由于我们所学习的PLC机型都是三菱公司的系列，根据PLC外部接线图的I/O状况选择FX2N-48MR。该PLC机型特点如下： （1）可靠性高。由于可靠性是用户选用的首位依据，因此，每个PLC生产
19、厂都将可靠性作为第一指标而加以研制，以单片机为核心，在硬件和软件上采取大量的抗干扰措施，使PLC的平均无故障时间达到30万小时以上，使用寿命更长。（2）控制功能强。PLC具有逻辑判断、计数、定时、步进、跳转、移位、记忆、四则运算和数据传送等功能，可以实现顺序控制、逻辑控制、位置控制和过程控制等。（3）编程方便，易于使用。PLC采用与继电器电路相似的梯形图编程，比较直观，易懂易编，深受电气技术人员和电工的欢迎，容易推广应用。PLC可取代原继电器控制系统，有利于对老设备的技术改造。（4）使用于恶劣的工业环境，抗干扰能力强。（5）具有各种接口，与外部设备连接非常方便。（6）采用积木式结构或模块式结构
20、，有较大灵活性和可扩展性，扩展灵活方便。（7）维修方便。PLC上有I/O指示灯，哪个I/O元件有故障，一目了然。（8）可根据生产工艺要求或运行情况，随时对程序进行在线修改，不用更改硬接线，灵活性大，适应性强。 PLC的工作原理如下： （1）PLC的等效工作电路PLC是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分，输入部分这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的
21、端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V)，也可由独立的交流电源(如交流110V)供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点(动合、动断形式均可)，供设计PLC的内部控制电路(即编制PLC控制程序)时使用。内部控制电路这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。而梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PIC程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。 在PL
22、C内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等，继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及动合、动断触点只能在PLC内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。输出部分 这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式)，它也有无限个软件实现的动合、动断触点，可在PLC内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；如图3.1所示。外部负载的驱动电源接在输出公共端(COM)上。 总之，在使用PLC时，可以把输入端等效为一个继电器线圈，其相应的继电器接点(动合或动断)可在内
23、部控制电路中使用，而输出端又以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱动外部设备。（2）PLC的工作过程 PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后，首先进行初始化处理，包括清除I/O及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之后，串行地执行存贮器中的程序，这个过程可以分为如下四个阶段： 公共处理阶段这部分在每次循环开始都要被执行，包括复位系统定时器、检查程序存贮器、检查I/O总线、检查扫描时间等。如出现异常情况，则通过自诊断给出故障信号，或自行进行相应的处理，这将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。这部分时间是固定的，对P型机来说，为1.26ms。
24、 执行外围设备命令阶段 当有简易编程器、图形编程器、打印机等外部设备与PLC相连时，则PLC在每次循环时，都将执行来自外部设备的命令。 程序执行阶段 在这个阶段，CPU将指令逐条调出并执行，即按程序对所有的数据(输入和输出的状态)进行处理，包括逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器。 输入、输出更新阶段PLC的CPU在每个扫描周期进行一次输入来进行输出更新。CPU对各个输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器中；同时，把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成外部设备能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。这种对输入、输出状态的集中处理过程，称为批处理，这是PLC工作的特点。3.1
25、.2 模拟量输入输出模块（FX0N-3A）（1）FX2N-4AD和FX2N-2DA介绍FX2N-4AD模拟特殊功能块有两个输入通道和一个输出通道，输入通道接收模拟信号并将模拟信号转换成数字值；输出通道采用数字值并输出等量模拟信号。FX2N-4AD的最大分辨率为8位。在输入/输出基础上选择的电压或电流由用户接线方式决定。FX2N-4AD在PLC扩展母线上占用8个I/O点，8个I/O点可以分配给输入或输出。所有数据传输和参数设置都是通过应用到PLC中的TO/FROM指令，通过FX2N-4AD的软件控制调节的。PLC和FX2N-4AD、FX2N-2DA这间的通信由光电耦合器保护。上位机PLC的状态改
26、变，模块的运行情况如下：1、RUN-STOP：在STOP模式期间，保持RUN运行期间模拟输出通道使用的最后一个操作值。2、STOP-RUN：一旦上位机PLC切换回到RUN模式，模拟输出就恢复到由程序控制的正常状态的数字值。 3、PLC电源关闭：模拟输出信号停止运行。（2） FX2N-4AD性能规格如下表3.1输入电压输入电流输入模拟输入范围默认状态，010VDC输入选择了0250范围，如果需要其他电压输入，请重新调整偏置和增益。010V/05VDC，电阻200K。警告：输入电压+15V就可能损坏该模块。420mA，电阻250警告：输入电流+60mA就可能损坏该模块。数字分辨率8bit(位)最小
27、信号分辨率40mV（010V/0250依据输入特性而变）60A（420mA/0250依据输入特性而变）总精度0.1V0.16mA处理时间TO指令处理时间2+FROM指令时间输入特点 模块不允许两个通道有不同的输入特性 表3.1 A/D转换（3）FX2N-2DA性能规格如下表3.2输出电压输出电流输出模拟输出范围默认状态，010VDC输入选择了0250范围，如果需要其他电压输入，请重新调整偏置和增益。010V/05VDC，外部负载：1k1M。420mA，外部负载：500或更小。数字分辨率8bit(位)最小信号分辨率40mV（010V/0250依据输入特性而变）60A（420mA/0250依据输入
28、特性而变）总精度0.1V0.16mA处理时间TO指令处理时间3输出特点 如果使用大于8位的数字源数据，则只有低8位的数据有效，高位将被忽略掉。 表3.2 D/A转换性能3.2 水泵选型水泵有很多种，从原理上可以分为气压泵，离心泵，轴流泵，混流泵，螺旋泵等。气压泵是靠大气压提升水位。凭借活塞的运动，制造出一个近似真空，外部大气压将水压上来。这种泵液位依赖与大气压所以提升水的高度有限。离心泵的原理是离心现象，是依靠也叶轮叶片的转动产生离心的作用，将液体甩出。所以，输送效果依赖叶轮的转速，直径等因素。本课题将采用ISW系列卧式单级单吸离心泵，该泵是在吸收国内外同类产品先进技术的基础上，采用国内通用离
29、心 泵之性能参数，自行研制开发的新一代节能、环保卧式离心泵。该系列泵性能优、寿命长、结构合理、 外形美观，具有行业领先水平。产品特点有：运行平稳：泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。滴水不漏：不同材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。噪音低：两个低噪音轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，基本无噪音。故障率低：结构简单合理，关键部分采用国际一流品质；配套，整机无故障工作时间大大提高。 维修方便：更换密封、轴承，简易方便。占地更省：出口可向左、向右、向上三个方向，便于管道布置安装，节省空间本论文采用的是上海太平洋泵业的TPW100-160IA，流量为12
30、.5（m3/h）,扬程为32（m），转速2900（r/min）配带功率3（kw）吸入口径50（mm），排出口径50（mm）.3.3 变频器选型变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬
31、时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。本课题采用FR-A540系列变频器，功率范围为0.4280KW。它采用先进磁通矢量控制方式，实现在线自动调整功能，调速比可达1：120（0.560Hz）随机附带一个简易操作面板（FR-DU04），也可使用选件FR-PU04（LCD显示带菜单功能），可拆卸式的风扇和接线端子，使维护更为方便。超低噪音运行（采用柔性PWM方式）。内置RS-485，也可通过插卡实现CC-link、DeviceNet TM、Profibus DP和Modbus plus联网。
32、操作简单，有参数拷贝功能；参数组自选功能，用户可自己选择读写的参数组。内置PID控制、工频切换顺序、停电减速停止控制等新功能。 3.4 触摸屏3.4.1 触摸屏的工作原理为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。3.4.
33、2 触摸屏的主要类型 从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量压力传感技术触摸屏已退出历史舞台。触摸屏红外屏价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下失真；电容屏设计理论好，但其图象失真问题很难得到根本解决；电阻屏的定位准确，但其价格颇高，且怕刮易损。表面声波触摸屏解决了以往触摸屏的各种缺陷，清晰抗暴，适于各种场合，缺憾是屏表面的水滴、尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式
34、，下面笔者就对本次设计所用到的电容式触摸屏进行简要介绍： 电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。用户触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触
35、摸位置。电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。由于电容随温度、湿度或接地情况的不同而变化，故其稳定性较差，往往会产生漂移现象。该种触摸屏适用于系统开发的调试阶段。 3.5 液位传感器3.5.1 液位传感器简介液位传感器（静压液位计液位变送器液位传感器水位传感器）是一种测量液位的压力传感器静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿
36、和线性修正，转化成标准电信号（一般为420mA或15V DC）。分为两类：一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，侍服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。 静压投入式液位变送器（液位计）适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。420mA、 05V、 010mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。利用流体静力学原
37、理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。它是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 3.5.2 液位传感器的工作原理用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为： = .g.H + Po式中：P ：变送器迎液面所受压力，：被测液体密度，g ：当
38、地重力加速度 ，Po ：液面上大气压 ，H ：变送器投入液体的深度。同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po ，使传感器测得压力为： .g.H ，显然通过测取压力 P ，可以得到液位深度。 功能特点： （1） 稳定性好，满度、零位长期稳定性可达 0.%FS 年。在补偿温度 0 70 范围内，温度飘移低于 0.%FS ，在整个允许工作温度范围内低于 0.%FS 。 （2）具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内。 固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿
39、命长。 （3）安装方便、结构简单、经济耐用。3.6 流量计3.6.1 电磁流量计简介 电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率1s/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。3.6.2 电磁流量计的工作原理 电磁流量计是基于电磁感应原理工作的流量测量仪表，用于测量具有一定导电性液体的体积流量。测量精度不受被测液体的黏度、密度及温度等因素变化的
40、影响，且测量管道中没有任何阻碍液体流动的部件，所以几乎没有压力损失。适当选用测量管中绝缘内衬和测量电极的材料，就可以测量各种腐蚀性(酸、碱、盐)液体流量尤其在测量含有固体颗粒的液体如泥浆、纸浆、矿浆等的流量时，更显示出其优越性。 在磁铁NS形成的均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制成，管道内表面衬挂绝缘衬里。当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，于是在和磁场及其流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比例的感应电势E E=BD (65)式中D管道内径(m)； B磁场磁感应强度(T)； 液体在管道中的平均流速(m/s)。 由
41、式(6-5)可得：=EBD，则流体在管道中流过的体积流量和感应电势成正比。把感应电势放大接入显示仪表，便可指示相应的流量。3.7 硬件接线图图3.3 PLC外部接线图 图3.4 电控系统主电路图第四章 PID控制器的设计 PID控制方式是现代工业控制中应用的最广泛的反馈控制力式之一。它的原理通过控制对象的传感器等检测控制量(反馈量)，将其与目标值(温度、流量、压力等设定值)进行比较。若有偏差，则通过此功能的控制动作使偏差为零。也就是使反馈量与目标值相一致的一种通用控制方式。它比较适用于流量控制、压力控制、温度控制等过程量的控制。常见的PID控制器的控制形式主要有两种：如图4.1所示 图4.1
42、PID控制原理图1、硬件型，即通用PID控制器，在使用时只需要进行线路的连接和P，I，D 参数及目标值的设定。2、软件型，使用离散形式的PID控制算法在可编程序控制器上做 PID控制器。在该系统中我们用硬件型设计这样可以减少编程。4.1 PID控制算法及特点 PID控制算法的一般形式PID控制器根据日标值(设定值)r(t)与反馈值(测量值)c(t)构成的控制偏差： e(t)=r(t)-c(t) 将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制。其控制规律为： 式中：调节器的比例系数：调节器的积分时间：调节器的微分时间：调节器的偏差信号：比例带，它是惯用增益的
43、倒数u： 输出简单来说 ，PID控制器各校正环节的作用是这样的：1、比例环节： 即时成比例地反应控制系统的偏差信号e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用以减小误差。2、积分环节 ：主要用于消除静差，提高系统的无差度，积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti， Ti越大，积分作用越弱，反之则越强。3、微分环节 ：能反应偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减小调节时间。 第五章 系统软件设计5.1 程序设计编程基本原则与注意问题5.1.1 程序设计（梯形图）编程基本原则（1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个继电器线圈为以逻辑行，又称为一个梯级。每个梯形图由多层逻辑行组成。每一逻辑行起于左母线，经触电、线圈终止于右母线。（2）触电不能放在线圈的右边，即线圈与右母线之间不能有任何触电。（3）线圈不能直接与左母线相接，如果需要，可通过一个没有使用的常闭触电或特殊继电器R9010相连接。（4）触电可以任意串联、并联，而且同一触点可以无限次使用。（5）输出线圈可以并联不能串联，同一输出线圈在同一程序中避免重复使用5.1.2 程序设计注意问题 （1） PLC和上位机(或触摸屏)组成监控系统时,在画面上很多时候需要有手动,自动等控制模式(一般都是多个只能一个时). 在程序里面可以用MO