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1、基于 PID 的上水箱液位控制系统设计过程控制系统课程设计基于 PID 的上水箱液位控制系统设计基于 PID 的上水箱液位控制系统设计一、课程设计任务书一、课程设计任务书 1.设计设计内容内容针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计内容是利用西门子 S7-200PLC 作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用 MCGS 组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。2.设计设计要求要求1、以 RTGK-2 型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC 作
2、为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。2、PLC 控制器采用 PID 算法，各项控制性能满足要求：超调量 20%，稳态误差0.1；调节时间 ts120s；基于 PID 的上水箱液位控制系统设计3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和 PID 输出值实时曲线；4、选择合适的整定方法确定 PID 参数，并能在组态测控界面上实时改变 PID 参数；5、通过 S7-200PLC 编程软件 Step7 实现 PLC 程序设计与调试；6、分析系统基本控制特
3、性，并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告。 3.参考资料参考资料1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第 2 版).北京:机械工业出版社.20032.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）3.廖常初主编.PLC 编程及应用(第 2 版).北京:机械工业出版社.20074.吴作明主编.工业组态软件与 PLC 应用技术.北京:北京航空航天基于 PID 的上水箱液位控制系统设计大学出版社.20074.设计进度（设计进度（2010 年年 12 月月 27 日至日至 2011 年年 1 月月 9 日）日） 时间设计内容2010 年 12 月 27 日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计
4、2010 年 12 月 28 日2010 年 12 月 29 日编制 PLC 控制程序，并上机调试；2010 年 12 月 30 日2010 年 12 月 31 日利用 MCGS 组态软件建立该系统的工程文件2011 年 1 月 2 日2011 年 1 月 4 日进行 MCGS 与 PLC 的连接与调试进行 PID 参数整定2011 年 1 月 5 日2011 年 1 月 6 日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011 年 1 月 7 日2011 年 1 月 9 日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间及地点设计时间：周一周五，上午：8：0011：00 下午：1：004：00 设计地点：
5、新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）基于 PID 的上水箱液位控制系统设计二、评语及成绩二、评语及成绩评分项目评分标准量化 分数1.独立分析与解决问题的能力很 强较 强一 般不 能102 组态界面设计、PLC 程序编制及系统调试界 面程 序硬 件分 析调 试353.报告撰写情况规 范整 洁逻 辑杂 乱有 错 误254.辅导答疑积 极认 真应 付消 极105.设计态度积 极认 真应 付消 极107.出勤全勤缺勤次数10附加评语量 化 总 分基于 PID 的上水箱液位控制系统设计课程设计成绩： 指导教师：过程控制系统课程设计报告班 级： 姓 名： 基于 PID 的上水箱液位
6、控制系统设计学 号： 指导教师： 撰写日期： 基于 PID 的上水箱液位控制系统设计目录目录 第一章绪论 .1 第二章 系统组态设计 .3 2.1 MCGS 组态软件概述.3 2.2 新建工程 .4 2.3 设备配置 .5 2.4 新建画面 .5 2.5 定义数据对象 .9 2.6 设备连接 .12 2.7 控制面板的设计 .14 第三章 PLC 设计.18 3.1 PLC 概述.18 3.2 系统设计 PLC 程序.20 第四章 课设总结 .25 参考文献 .26 附录 .27第一章 绪论1第一章第一章绪论绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员
7、，是为 工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC, PLC 自 1966 年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。”基于 PLC 的液位控制系统可以很好的满足工业中的液位控制系统的要求，为控制带来便捷与准确，在现在讲求效率的社会里具有
8、重要的实用价值。在以前的工业中，液位控制的实现方法莫过于人为的去看然后去调，或者通过固定的液位开关，当液位达到一定的高度后液位开关自动闭合或断开来控制液位的。随着自动化不断地发展，在工业中很多时候需要我们连续的去控制液位，时刻的去观察液位的高度，而且越来越多的时候需要在计算机上进行监测液位和控制液位，这就是本设计的目的。液位是过程控制中的一项重要参数，他对生产的影响不容忽视。为了保证安全生产以及产品的质量和数量，对液位进行及时有效地控制是非常必要的。水箱液位控制是液位控制系统中的一个重要问题，它在工业过程中普遍存在，具有代表性而且非常典型实用1。PLC 在工业自动化中应用的十分广泛。PID 控
9、制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。本设计就是基于PLC 的 PID 算法对液位进行控制。PLC 经传感电路进行液位高度第一章 绪论2的采集，然后经过自动调节方式来确定完 PID 参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。MCGS(监视与控制通用系统)是用于快速构造上位机监控系统的组态软件系统，系统的监测环节就是通过 MCGS 来设计的。这样我们就可以通过组态画面对液位高度和泵的起停情况进行监测，而且可以对 PLC 进行启动、停止、液位高度设置等控制。整个系统运行稳定、简单实用，MCGS 与 PLC 通信流畅。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控
10、制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。第二章 系统组态设计3第二章第二章 系统组态设计系统组态设计2.12.1 MCGSMCGS 组态软件概述组态软件概述MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是一套基于 windows95/98/NT 操作系统(或更高版本)，用来可快速构造
11、和生成上位机监控系统的组态软件系统，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。MCGS 组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用 VC+语言编程，通过 OLE 技术向用户提供 VB 编程接口，提供丰富的设备驱动件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩充系统的功能18。工程创建的一般过程为：工程项目系统分析：分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。工程各项搭建框架：MCGS 称为建立新工程。主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。经过此步操作，即在 MCGS 组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的
