基于PLC的温度及水位控制系统设计
摘要：本设计主要介绍了基于PLC的温度液位控制系统的实现方法。系统使用变频器，触摸屏，传感器，水箱和其他附件构成了完整的温度和液位控制系统。该系统使用温度传感器和液位传感器来检测水箱中水的温度和液位，并将检测到的信号传输到PLC进行处理。通过预置程序控制，加热元件和水泵电机由PLC驱动，实现水温和液位的自动调节。其中，使用触摸屏显示当前液位状态以及电动机的转速，而且可以达到远程自动化控制的目的。报警模块来实现过低报警、过低警戒液位自动处理、正常液位蜂鸣器鸣笛报警以及正常液位处理。本系统被广泛应用于电力；制药；冶金；化工等自动化行业。
关键词：传感器；自动调节；报警
Design of Temperature and liquid level control based on PLC
Abstract: This design mainly introduces the realization method of temperature level control system based on PLC. The system uses frequency converters, touch screens, sensors, water tanks and other accessories to form a complete temperature and level control system. The system uses temperature sensors and liquid level sensors to detect the temperature and liquid level of the water in the tank and transmit the detected signal to the PLC for processing. The heating element and the pump motor are driven by PLC to adjust the water temperature and liquid level automatically. Among them, the touch screen is used to display the current liquid level and the speed of the motor, and the purpose of remote automation control can be achieved. The alarm module realizes the low alarm, the low alert liquid level automatic processing, the normal liquid level buzzer alarm and the normal liquid level processing. The system is widely used in electric power; Pharmaceutical; Metallurgy; Chemical industry and other automation industry.
Key words: sensor; automatic adjustment; alarm
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
在当今社会，工业进步非常迅速，生活发生了很大的变化。其中温度、压力、电流、液位、流量等都是重要的参数，其中水的温度和水位与人们的生活息息相关，一旦水的这两个参数出现问题就会造成或多或少的经济损失甚至会引发安全问题。然而，PLC（可编程逻辑控制器）的出现可以在很大程度上改变这种情况。
锅炉已经在我们国家在工业生产运行设备使用最多的设备，我们国家使用锅炉的工厂有很多。最近这几年，工业水平发展迅速，对于锅炉的控制与使用也比以前更加严谨。就算是现在，我国对锅炉研究比西方先进国家还是有许多差距，我国现在的研究水平还是很落后。现在我们国家对于锅炉的使用越来越多，需要对一些关键参数进行非常精准的控制与调节。温度与液位是锅炉中的关键参数，本课题是对温度和液位进行研究。
温度太低会导致某些化学反应不完整。目前，主要有可编程逻辑控制器控制系统，单片机控制技术。由于PLC的发展，许多行业也增加了控制要求，以确保生产的准确性。目前，水位控制系统以及发展的相对来说比较完善，工作人员可以远距离操作，减少了危险性，节约了人工成本。
液位控制系统非常简单，用PLC作为控制器，传感器作为检测装置。工作人员可以使用这个控制系统生产可以远程控制，可以不在生产现场，甚至可以不受监督。员工的压力不如以前那么大，节约资源，提高生产效率。
因为使用 PLC控制，可以对液位进行高精度的自动控制，采用液位传感器采集液位信息， PLC对收集到的信息进行处理，然后控制水泵或者排水阀进行工作，这样就达到了自动控制的目的。PLC系统非常耐干扰，可以在有干扰的地方工作。可以保证程序运行正确。
本课题是基于PLC的温度及水位控制系统的设计，该系统能实现温度和水位自动控制，需要实现以下功能：
1、可以根据生产的需要对液位进行设定，当液位低于设定限位时自动启动水泵进行加液，当液位到达设定值时停泵，操作人员可以随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。
2、系统温度正常值控制在10度~100度之间，可通过触摸屏设定水温。当水温低于设定值时，进行加热，达到设定值时，停止加热。
3、采用温度传感器实时测量水温，并将其显示在触摸屏上。
课题结束时，撰写毕业设计说明书。
一、选题简介、意义
温度和液面测量是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量，节约资源和安全生产等方面起着至关重要的作用。因此，能够确保快速准确的测量温度和液面技术及其装置受到各国的重视。随着信息产业的发展及其工业化的进步，温度和液位不仅仅表现在以上几个方面，还表现在对生物用品、医疗卫生、科学研究和国家建设等方面的影响。针对以上情况，实现温度和液面的高度读准确有效测量和控制尤其重要。该系统具有性能可靠、测量准确、结构简单、价格低廉，抗干扰能力强等优点。
1、国外研究动态：国外对温度和液面控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示记录和控制。80年代出现了分布式控制系统。目前正在开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。目前世界各国的温度和水位控制技术发展很快。一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化，无人化的方向发展，以保障在整个销售市场的竞争力。
2、国内研究动态；我国对于温度和水位控制技术研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收西方先进国家温度和水位控制技术的基础上，才掌握了温湿度室内微机控制技术，该技术仅限于对温湿度的单项环境因子的控制。我国总体上正在从消化吸收，简单应用阶段向实用化，综合性应用阶段的过渡和发展。
本系统用触摸屏与PLC连接。随着控制技术的不断发展，触摸屏与可编程逻辑控制器在工业控制中的应用越来越广泛。触摸屏又称可编程终端，它是新一代高科技图形化人机界面产品。
它具有强大的显示功能和操作功能，既可以对生产现场、设备进行实时显示和监控，同时又可以在其屏上设置触摸开关，对设备进行操作。触摸屏与PLC连接起来组成的控制系统的具体应用是:触摸屏完成对设备的操作、显示、报警,PLC则根据生产工艺的要求，编制程序，直接对设备进行控制。触摸屏替代了原控制中的显示盘、操作盘，PLC替代原控制中的控制盘，这种方式摒弃了传统电气控制中的继电器、指示仪表、操作开关，变硬件设备为软件设备，具有占地少、控制精度高、功能强、可编程、智能化等诸多特点。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
1、主要内容
本课题是基于PLC的温度及水位控制系统的设计，该系统能实现温度和水位自动控制，需要实现以下功能：
（1）可以根据生产的需要对液位进行设定，当液位低于设定限位时自动启动水泵进行加液，当液位到达设定值时停泵，操作人员可以随时可改变上限阈值，并达到阈值报警的功能。
（2）系统温度正常值控制在10度~100度之间，可通过触摸屏设定水温。当水温低于设定值时，进行加热，达到设定值时，停止加热。
（3）采用温度传感器实时测量水温，并将其显示在触摸屏上
2、解决的问题
（1）将触摸屏接入PLC。
（2）当出现以下两种特殊情况时，按键操作进入特殊情况：
A、温度高于设定值
B、水位低于设定值
（3）当特殊情况结束时候按键进入正常状态。
3、预期目标
（1）运用变频器、触摸屏、热电阻等设计温度及液位控制系统；
（2）设计一个具有实用价值且较稳定的温度及液位控制系统，除具有常规功能以外，还能实现紧急情况的处理；
（3）完成温度及液位控制系统原理图设计；
（4）完成温度及液位控制系统程序设计；
4、研究步骤、方法及措施
对中国学术期刊网、万方数据资 源系统等中外数据库进行检索，收集基于数字电路的温度及液位控制系统设计酌相关资料，'并对资料进行归纳分析处理，设计方案，为设计做铺垫；利用软件对系统进行仿真。
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
1.2国内外研究现状
1.3预期实现的目标
1.4 V4.0 STEP7 MicrorWIN SP3 软件的使用
第二章 系统总体设计
2.1系统的特点及应用
2.2系统的功能
2.3设备的组成
2.4技术要求
第三章 系统硬件设计
3.1PLC概述
3.2PLC的特点性能及分类
3.3PLC选型
3.4传感器选型
3.5触摸屏选型
3.6变频器选型
3.7水泵选型
第四章 系统软件设计
4.1程序设计基本原则
4.2程序设计方法
第五章 总结
致谢
参考文献
附录
参考文献
[1]廖常初. PLC应用技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2014
[2]陈军.基于PLC的液位和温度的研究[J]工程技术，中文科技期刊数据库，2016（75）.259
[3]廖常初. PLC应用技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2014
[4]康红明,贾春风,李伟,等.基于 PLC的液位和温度控制系统设计[J].工业仪表与自动化装置,2015，6 （45-51）
[5]周丽娜. 温度及水位控制系统的设计与制作[D],2016-6
[6]李荣茂.基于单片机电热水器液位、温度检测控制系统的设计[J].电子基础,2017(15):66-67
[7]王再英，刘淮霞，过程控制系统与仪表[M] 机械工业传感器，2015
[8]徐湘元，过程控制系统及其应用[M]，清华大学出版社 ，2015
[9]杨平.邓亮.徐春梅.PID控制器参数整定方法及应用[M].北京:中国电力出版社，2016
[10]廖常初. PLC应用技术（第二版）[M].北京：机械工业出版社,2014
