水槽液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計報告

1、水槽液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計報 告摘要=i本文根據(jù)液位系統(tǒng)過程機理，建立了單容水箱 的數(shù)學模型。在設(shè)計中用到的PID算法提到得 較多，PLC方面的知識較少。并根據(jù)算法的比 較選擇了增量式PID算法。建立了 PID液位控 制模擬界面和算法程序，進行了系統(tǒng)仿真，并 通過整定PID參數(shù)，同時得出了整定后的仿真 曲線和實際曲線。主要內(nèi)容包括：PLC的產(chǎn)生 和定義、過程控制的發(fā)展、水箱的特性確定與 實驗曲線分析，F(xiàn)X2系列可編程控制器的硬 件掌握，PID參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性 能的比較，應用PID控制算法所得到的實驗曲 線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和講解PLC 的過程控制指令PID指令來控制水箱水位

2、oPLC 在工業(yè)自動化中應用的十分廣泛。PID控制經(jīng) 過很長時間的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中重要的控 制手段。本設(shè)計就是基于PLC的PID算法對液 位進行控制。PLC經(jīng)傳感電路進行液位高度的 采集，然后經(jīng)過自動調(diào)節(jié)方式來確定完P(guān)ID參 數(shù)后，通過控制直流泵的工作時間來實現(xiàn)液位 的控制。PID處理一般是運行專用的PID子程 序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。本次設(shè)計主要內(nèi) 容是利用提供的被控對象單容水槽和相關(guān)儀 器儀表，設(shè)計液位控制系統(tǒng)，利用組態(tài)王軟件 編寫控制算法實現(xiàn)控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控。關(guān)鍵詞：組態(tài)王，液位控制，PID算法，過程 控制1.埋膜遍球像枚喙，川gmi n

3、一、設(shè)計任務：液位監(jiān)控：完成一個液位監(jiān)控系統(tǒng)，要 有流程圖畫面，報警畫面，歷史曲線、實時曲線、報表等個畫面鍵可以靈活切換。(2)通過組態(tài)軟件，結(jié)合實驗已有設(shè)備，按mJ照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能 要求，采用但閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律， 設(shè)計一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控 制程序的液位單回路過程控制系統(tǒng)。設(shè)計要求（1）根據(jù)液位單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象 和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過 程儀表。運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計液位但回路過程控 制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。二、實驗目的：（1）能根據(jù)具體對象及控制要求，獨立設(shè)計 控制方案，正確選用過程儀表。（2）能夠

4、根據(jù)過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān) I/O的需要，正確選用模塊。（3）能根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確 選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。l=Jw（4）能運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計過程控制系 統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。（5） 控制要求超調(diào)量小于等于4%，峰值時間不超過 30s。調(diào)節(jié)時間越短越好。三、實驗方案：整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象組成。在 本次控制系統(tǒng)中控制器為計算機，采用算法為PID控制規(guī)律,調(diào)節(jié)器為電磁 閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖2.2 所示。當系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道將水送到上水箱，由HB

5、返回信 號，是否還需要抽水到水箱。若還需要（即水位過低），則通過電磁閥控制流 量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達到合適位置；若不需要（即水位 過高或剛好合適），則通過電磁閥使流量保持或減小。其整個流程圖如圖2.1 所示。圖2,1控制系統(tǒng)框圖圖2.1液位單回路控制系統(tǒng)圖過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測 量變送。本次設(shè)計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.圖2.2液位單回路控制系統(tǒng)框圖四、實驗過程:在組態(tài)王中，我們所建立的每一個組態(tài)稱 為一個工程。每個工程反映到操作系統(tǒng)中是一 個包括多個文件的文件夾。工程的建立則通過 工程管理器。點擊“開始”-“程序”

6、-“組態(tài)王 6.5*” -“組態(tài)王6.5*” （或直接雙擊桌 面上組態(tài)王的快捷方式），啟動后的工程管理 窗口覽文*6件件八 ，7 M-|-Il= |V夾，系統(tǒng)將搜索指定目錄下的組態(tài)王工程，并 將搜索完畢的工程顯示在工程列表區(qū)中。-刪除：在工程列表區(qū)中選擇任一工程 后，單擊此快捷鍵刪除選中的工程。屬性：在工程列表區(qū)中選擇任一工程后， 單擊此快捷鍵彈出工程屬性對話框，可在工程 屬性窗口中查看并修改工程屬性。備份工程備 份是在需要保留工程文件的時候，把組態(tài)王工 程壓縮成組態(tài)王自己的“.cmp文件。第一步：創(chuàng)建新工程l=J第二步：定義硬件設(shè)備并添加工程變量。 添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的 變

7、量.包括內(nèi)存變量和I/O變量第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜 態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。 第四步：編寫命令語言。通過腳本程序的編寫 以完成較復雜的操作上位控制。-第五步：進行運行系統(tǒng)的配置。對運行系 統(tǒng)、報警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進行 設(shè)置，是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場前的必備工作。第六步：保存工程并運行完成以上步驟后， 一個可以拿到現(xiàn)場運行的工程就制作完成了。1水泵的動畫連接及其程序編寫+畫面名稱由報警官名稱J關(guān)鍵字名稱寶件蝙輯若電峪X選胸血i字命令語言M本站點狀態(tài)瓦4停止按鍵的定義5歷史曲線的按鍵定義6實時曲線的定義7報警按鍵定義命令語言回區(qū)文f

8、tF編輯旦選|尚立|字命令語言| % WP i匚t LB己（*報警回面.）.；，部函數(shù)I系統(tǒng).I幫助.I i變星.域字符串.程件.自定義E -I 數(shù)學.跛L. . .宅L|+畫面名稱+報窖組名稱+關(guān)鍵字名稱確認取消命令語言組態(tài)王除了在定義動畫連接時支持連接表達式，還允許用戶編寫命令語言來擴展應用程序的功能，極大地增強7應用程序的可用性。=1命令語言的句法和C語言非常類似，可以 說是c的一個簡化子集，具有完備的詞法語法 查錯功能和豐富的運算符、數(shù)學函數(shù)、字符串 函數(shù)、控件函數(shù)、SQL函數(shù)和系統(tǒng)函數(shù)。命令語言分類應用程序命令語言：可以在程序啟動時、 關(guān)閉時或在程序運行期間周期執(zhí)行。如果希望 周期執(zhí)

9、行，還需要指定時間間隔。熱鍵命令語言：被鏈接到設(shè)計者指定的熱 鍵上，軟件運行期間，操作者隨時按下熱鍵都 可以啟動這段命令語言程序。事件命令語言：規(guī)定在事件發(fā)生、存在、 消失時分別執(zhí)行的程序。l=J數(shù)據(jù)改變命令語言：只鏈接到變量或變量 的域。在變量或變量的域值變化到超出數(shù)據(jù)字 典中所定義的變化靈敏度時，它們就被觸發(fā) 執(zhí)行一次。還有自定義函數(shù)命令語言，畫面、按鈕命 令語言實現(xiàn)畫面切換功能 利用系統(tǒng)提供的“菜單”工具和 ShowPicture()函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在主畫面中切換 到其他任一畫面的功能 ShowPicture(3實 時曲線)；趨勢曲線趨勢曲線用來反應變量隨時間的變化情況.趨勢曲線有兩種:實時

10、趨 勢曲線和歷史趨勢曲線。應用程序if（本站點開關(guān)轉(zhuǎn)換=1）本站點Ti=8;本站點 Kp=15;本站點Td=10;if（本站點電機=1 &本站點開關(guān)=0） 本站點ek0=本站點Sp-本站點 水箱 液位；本站點微分液位差=本站點ek0+本站 點ek2-2*本站點ek1;本站點 Uk=（本站點Ti*（本站點 ek0-本站點ek1）+本站點 Kp*本站點 ek0+本站點Td*本站點微分液位 差）/500;本站點水箱液位=本站點水箱液位+ 本站點Uk;本站點液位傳遞值=本站點ek1;本站點ek1=本站點ek0;本站點ek2=本站點液位傳遞值；本站點 儲水箱液位=300-本站點水箱液 位;if（本站點電

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12、點水箱液位=本站點水箱液位- 本站點水流；本站點 儲水箱液位=300-本站點水箱液 位；if（本站點水箱液位1）本站點水流=0；if（本站點開關(guān)轉(zhuǎn)換=0）if（本站點電機=1 &本站點開關(guān)=0） 本站點ek0=本站點Sp-本站點水箱 液位；本站點微分液位差=本站點ek0+本站 點ek2-2*本站點ek1;本站點 Uk=（本站點Ti*（本站點 ek0-本站點ek1）+本站點 Kp*本站點ek0+本站點Td*本站點微分液位差）/500;本站點 水箱液位=本站點 水箱液位+本站點Uk;本站點液位傳遞值=本站點ek1;本站點ek1=本站點ek0;本站點ek2=本站點、液位傳遞值；本站點 儲水箱液位=300-本站點水箱液 位;if（本站點電機=1 &本站點開關(guān)=1） 本站點ek0=本站點Sp-本站點水箱 液位；本站點微分液位差=本站點ek0+本站 點ek2-2*本站點ek1;本站點 Uk=（本站點Ti*（本站點ek0-本站點ek1）+本站點 Kp*本站點ek0+本站點Td*本站點微分液位差）/500+本站點水流；本站點 水箱液位=本站點 水箱液位+本站點 Uk-本站點水流；本站點液位傳遞值=本站點ek1;本站點ek1=本站點ek0;本站點ek2=本站點液位傳遞值；本站