基于S7-1200PLC的水箱液位控制系统的设计

基于S7-1200PLC的水箱液位控制系统的设计

王宇

重庆科技学院

摘 要

水箱液位控制系统是一种用于监测、控制水箱液位的自动化设备。它通过搭载传感器、控制器和执行机构等组件，实现对水箱液位的实时监控和自动控制。通常，水箱液位控制系统由传感器，控制器，执行机构。水箱液位控制系统的使用范围广泛，包括建筑物、工业生产、农业灌溉、城市给排水和环保等领域。它具有结构简单、安装方便、实时性强等特点，该系统能够提高水资源的利用效率、减少用水浪费和防止水源的污染。

本文基于S7-1200 PLC实现水箱液位控制系统设计。该系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括PLC、人机界面触摸屏、传感器、执行器等；软件实现传感器数据处理、PID稳态控制、安全等功能；

关键词：液位控制 PLC PID 传感器

重庆科技学院本科生毕业设计 3水箱液位控制系统硬件设计

1绪 论

在工业领域，几乎在各个行业都会或多或少的涉及到液位的检测等问题，然而液位变量具有延迟滞后性，参数不稳定，复杂多变等问题，因此，这就需要本文采取更为精确的控制器去实现液位变量的检测。传统控制具有很多缺陷：比如精度低、速度慢、灵敏度低等。一个稳定的液位系统，可以保证安全可靠的工业生产、高效的生产效率、充分合理的利用能源等，大大提高了工业生产的经济价值。日益激烈的市场竞争，要求本文的控制技术必须更加先进，此前的控制技术已落伍，显然无法满足需求，这种对先进技术的需求加速了可编程逻辑控制器的问世。引入PLC控制器后，能够使控制系统变得更集中、有效、及时。

2水箱液位控制总体方案设计

2.1水箱液位控制系统实际应用特征

水箱液位控制系统是一种广泛应用于水箱的自动化控制系统，常见于民用和工业领域。实际应用中，水箱液位控制系统具有以下特征：

①实时性强：系统能够实时检测水箱内的液位信息，并根据液位变化及时控制水泵的启停，保证水位稳定。

②可靠性高：系统通过各类安全措施确保水泵的正常启停，不会出现过量或不足的水位情况，避免因为水位变化带来的安全隐患。

③操作简单：系统通过程序自动化实现液位的监测和控制，具有操作简单、方便等优点。

④维修及时：系统能够记录和输出故障信息、警告或报警信号，一旦出现故障，及时提醒并维修，确保系统的可持续运行。

⑤适应性强：系统可根据不同类型的水泵及不同容量的水箱进行调节，满足不同场景的需求。

总之，水箱液位控制系统实际应用具有实时性强、可靠性高、操作简单等优点，能够满足不同领域的需求。

2.2水箱液位控制需要解决的问题及方法

水箱液位控制是一个复杂的过程，其中涉及到许多关键问题。下面将介绍几个需要解决的关键问题及解决方式：

①传感器选择与校准

选择合适的液位传感器对于液位控制非常关键。需要根据水箱的尺寸、介质、液体类型和所需精度来选择传感器，同时也需要进行传感器的校准，以确保其精度和准确性。

②控制算法选择与优化

液位控制的核心是控制算法的选择和优化。需要根据所需精度、控制的速度和灵敏度的要求，选择合适的控制算法，例如PID控制算法。然后通过参数优化来优化算法，以达到更好的控制效果。

③控制信号输出稳定性

控制信号输出的稳定性是液位控制的关键。需要通过采用电磁阀、电机和其他执行器，控制水流的速度和方向，保证输出的稳定性和精度。

④控制参数的调整和监控

液位控制的参数调整和监控是关键的步骤。通过监控系统的液位变化数据，可以对控制算法的控制参数进行实时的调整，以实现更好的控制效果。

⑤系统故障检测和故障处理

在液位控制过程中，可能会出现各种故障，例如传感器损坏、电磁阀故障等等。需要在系统中加入故障检测功能，并通过合理的故障处理策略来进行处理，以保证控制系统的可靠性和稳定性。

总之，水箱液位控制需要解决传感器选择与校准、控制算法选择与优化、控制信号输出稳定性、控制参数的调整和监控，以及系统故障检测和故障处理等关键问题。通过合理的解决方式，可以实现更加高效稳定的液位控制。

2.3水箱液位控制系统工艺分析

水箱液位控制系统主要部分就是两个完全相同水箱。第一个水箱即为被控水箱，其内部的储液量即为被控对象，第二个水箱与第一个完全相同，称作储水箱，用于储存从被控水箱抽出或将要输入被控水箱的液体。水箱之间通过进水电磁阀、排水电磁阀和电动执行器等设备进行连接。自动模式时，当设定液位大于实际液位，进水阀2跟排水阀2同时打开，抽水泵打开，电动执行器开始工作，从储存水箱中抽水，直到被控水箱达到设定的液位值，然后进水阀2和排水阀2关闭，抽水泵和电动执行器停止工作。当设定液位小于实际液位，排水阀1和进水阀1打开，开始从被控水箱中排水到储存水箱，当实际液位跟设定液位相同时，排水阀1和进水阀1关闭。当实际液位等于设定液位时，排水系统和抽水系统不工作。当手动模式时，就自己手动打开全部阀门、抽水泵和电动执行器阀门开度，自己操作抽水还是排水。

3水箱液位控制系统硬件设计

3.1系统硬件设计

水箱液位系统硬件功能模块通常包括传感器、控制器、执行器等模块，下面分别介绍它们的主要功能和特点：

①传感器：液位传感器通常通过在水箱中安装传感器，实时检测并测量水位高度，并将信息以电信号的形式传输到控制器。液位传感器具有反应速度快、精度高、可靠性好等特点。

②控制器：水箱液位系统的控制器负责分析液位传感器所传输的信息，并根据不同情况控制执行器。控制器通常还具有数据存储功能，可记录液位变化情况并进行数据分析和处理。

③执行器：执行器一般是水泵或其他管道控制部件，通常是由控制器控制其开启或关闭，以实现对水箱液位的控制。执行器有动作迅速、可靠性高、控制准确等特点。

3.2系统硬件选型

S7-1200系列基础上选则S7-1214AC/DC/RLY型号为主控制器，它是西门子公司推出的一款基于S7-1200系列的PLC控制器。它具有双倍速度的处理器和多个数字和模拟输入输出端口，支持多种通信协议和扩展模块的接入，且自带电源，可减少电源成本。同时，该控制器还配备了8路继电器输出，可用于驱动各种设备的操作，广泛应用于自动化控制、机械制造、过程控制等领域。因此，可以将S7-1214AC/DC/RLY简要描述为一款高性能、多功能、可靠性强的PLC控制器。

两个水箱：一个是储存水箱，一个是控制液位水箱。使用的水箱是一种常见的水箱类型，主要用于存储和供应水源，并通过液位控制系统控制水位高度。选用的是南京力宁塑料桶，材质PE牛筋料，高度77cm底部直径71cm，容量300L。

重庆科技学院本科生毕业设计 7总结与展望

4总结

水箱液位控制系统是一种将传感器、控制器、执行器、控制策略和人机界面等元件相互协调地结合起来，实现水箱内液位自动控制的系统。水箱液位控制系统已经广泛应用于水处理、工业和民用水供等领域，其设计和控制策略的优化将直接影响到系统的可靠性、经济性和安全性。下面从几个方面总结和展望水箱液位控制系统：

重庆科技学院本科生毕业设计 参考文献

参考文献

[1]基于PLC的水箱液位实训项目开发[J]. 杨海;朱文玉;杨扬.通讯世界,2017(09)

[2]基于PLC的双容水箱液位自抗扰控制[J]. 孟亚男;张振怀.吉林化工学院学报,2022(07)

[3]基于PLC水箱液位控制系统设计[J]. 张昆鹏;尚亚锐;王泽.电气传动自动化,2019(03)