(基于PLC水箱過程控制系統(tǒng)實驗平臺的研究)

1、基于PLC水箱過程控制系統(tǒng)實驗平臺的研究 本科開題報告學 生：指導教師：年 月 日燕山大學電氣工程學院主要內容綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 研究的基本內容，擬解決的主要問題研究步驟、方法及措施 研究工作進度 主要參考文獻 課題國內外研究動態(tài) 20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度

2、提高，PLC逐漸進入過程控制領域。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)的需要。1 綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 選題的依據和意義 液位控制問題是工業(yè)生產過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工、溶液過建，化工生產等多種行業(yè)的生產加工過程中都需要對液位進行適當的控制，以PLC和組態(tài)軟件為基礎，可以組成從簡單到復雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng) 。 本課題較好地實現了基于S7-300PLC的控制過程的應用，提供了一個很好的過程控制的實驗平臺，對我將來的實際生產過程起到了一定的指導作用。 故此，我選擇了基于PLC水箱過程控制系統(tǒng)實驗平臺的研究做為畢業(yè)設計的題目。 主要內容

3、綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 研究的基本內容，擬解決的主要問題研究步驟、方法及措施 研究工作進度 主要參考文獻 研究的基本內容 研究了解水箱的結構以及原理 ；實現基于西門子S7-300PLC的水箱過程控制系統(tǒng)的設計 ；完成液位等參數的PID控制實驗 。 1.研究了解水箱的結構以及原理 該裝置采用以西門子S7-300-313C-2DP、西門子WinCC為核心，外圍配置MM420變頻器、觸摸屏、壓力變送器、流量變送器、溫度儀表、超聲液面變送器等。在上位機插入CP5611_ProfiBUS-DP卡，在MM420變頻器嵌入ProfiBUS卡以WinCC為人機界面與S7-313C-2D

4、P組成ProfiBUS網絡。S7-313C-2DP采集觸摸屏、壓力變送器、流量變送器、溫度儀表、超聲液面變送器這些器件的信息，通過上位機或觸摸屏完成整個系統(tǒng)的運行。MM420變頻器、壓力變送器、流量變送器、溫度儀表、超聲液面變送器等器件的控制信號都采用0-20mA或4-20mA輸入輸出。S7-313C-2DP本身集成了16路開關量輸入和16路開關量輸出，模擬量的輸入輸出采用SM331、SM332模塊。2.實現基于西門子S7-300PLC的水箱過程控制系統(tǒng)的設計（1）分析控制系統(tǒng)的特點，建立水箱液位控制系統(tǒng)的模型；（2）利用STEP7軟件對對象進行正確的硬件配置，并采用西門子提供的PLC編程語言

5、編寫控制程序。（3）利用WinCC組態(tài)軟件編寫水箱液位串級控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控程序。 （4）系統(tǒng)調試，分析控制效果。 3.完成液位等參數的PID控制實驗 工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分制，簡 稱PID控制，又稱PID調節(jié)。PID控制器就是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 （1）比例（P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 （2）積分（I）控制 積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制

6、器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 （3）微分（D）控制 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現振蕩甚至失穩(wěn)。增加“微分項”它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。3.完成液位等參數的PID控制實驗圖1 PLC模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)3.完成液位等參數的PID控制實驗 模擬量閉環(huán)控制系統(tǒng)，點畫線中的部分使用PLC實現的。模擬量與數字量之間的相互轉換和PID程序的執(zhí)行都是周期性的操作，其間隔時間稱為采樣周期Ts。各數字值括號中的n表示該變量時第n系采樣計算式的數字值。圖1中的sp（n）是給定值，pv（

7、n）為A/D轉換后的過程值（即反饋量），誤差ev（n）=sp（n）-pv（n）。模擬量輸出模塊的D/A轉換器將PID控制器輸出器輸出的數字值mv（n）轉換為模擬量（直流電壓或直流電流）mv（t），再去控制執(zhí)行機構。主要內容綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 研究的基本內容，擬解決的主要問題研究步驟、方法及措施 研究工作進度 主要參考文獻 研究步驟、方法及措施（1）認識軟件（2）學習實驗裝置 （3）建立數學模型（4）程序編輯（5）系統(tǒng)調試，分析控制效果主要內容綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 研究的基本內容，擬解決的主要問題研究步驟、方法及措施 研究工作進度 主要參考文

8、獻 研究工作進度第1-4周 查閱資料,閱讀文獻第5-7周 方案論證,總體設計第8-10周 理論研究,詳細設計第11-13周 完成設計,仿真論證第14-17周 撰寫論文,準備答辯主要內容綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據和意義 研究的基本內容，擬解決的主要問題研究步驟、方法及措施 研究工作進度 主要參考文獻 【1】廖常初.S7-300/400 PLC應用教程 第2版M .北京:機械工業(yè)出版社.2012.【2】林德杰.過程控制儀表及控制系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社.2009.【3】邊春元.程立英等編.S7-300/400PLC 系統(tǒng)設計基礎與開發(fā)技巧M.北京：機械工業(yè)出版社.2008.【4】

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10、 儀表技術與傳感器, 2011, 5:100-102.主要參考文獻主要參考文獻【10】彭勇,胡榮強.PLC程序設計技巧J.電氣時代,2005,1;66-67.【11】 廖常初.使用STL指令的PLC順序控制編程方法J. 電氣時代,2004， 2:82-83.【12】孫淑惠.王辰. S7-300PLC模擬量模塊編程與應用J. 機床電器，2011, 2:30-34.【13】宋超，申飛，沈春山. 基于S7-300PLC與WinCC的DCS控制實驗系統(tǒng)設計J. 自動化與儀器儀表,2009,4 (144):11-14.【14】劉穎慧. 基于S7-300的變頻調速恒壓供水系統(tǒng)J. 機電一體化， 2004,1:50-52.【15】瞿楓，徐中宏，孫冀. 基于西門子S7-3 00 PLC的模糊控制實現J. 南京師范人學學報,2007,7(4):23-27.【16】毛聯杰. S7-300系列PLC與組態(tài)軟件WinCC實現通信的方法J.電氣時代,2