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1、西安文理学院机械电子工程系课程设计报告专业班级 07 级自动化 02 班 课 程 过程控制系统 题 目 水箱液位控制系统设计 学 号 00000000204 学生姓名 指导教师 2010 年 12 月西安文理学院机械电子工程系课程设计任务书学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 讲 师 教研室 自动化 课 程 过程控制系统 题目水箱液位控制系统设计 任务与要求 设计任务：利用实验室的多容水箱及其辅助检测设备，并采用 PLC 作为控制器的硬件，设计一个液 位控制系统，使液位能够保持在设定的范围内。 设计要求： 1 根据设计任务首先进行系统方案设计，要求绘制出控制系统的结构图及控制系统框图；
2、 2 确定方案后，设计控制系统的电气原理图； 3 根据设计的原理图，进行硬件连接； 4 编制 PLC 的控制程序并设计一套简单的上位机监控画面； 5 调试 PLC 程序直至满足控制要求为止； 6 对控制系统设计的过程进行总结，认真书写课程设计报告并按时上交。开始日期 2010-12-06 完成日期 2010-12-31 2010 年 12 月 31 日西安文理学院课程设计报告设计题目设计题目: :水箱液位控制系统的设计水箱液位控制系统的设计摘要：摘要：随着现代工业生产过程向着大型、连续方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益 增长的要求。在这种情况下,传统的单回路液位控制已经难以满足一些复杂的
3、控制要求， 水箱液位控制系统由于控制过程特性呈现大滞后、外界环境的扰动较大，要保持水箱液 位最后都保持设定值，用简单的单闭环反馈控制不能实现很好的控制效果，所以采用串 级闭环反馈系统。 本设计采用水箱液位和注水流量串级控制，设计系统主要由水箱、管道、三相磁力 泵、水压传感器、涡轮流量计、变频器、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成。 系统中由液位 PID 控制器的设定值端口设置液位给定值，水压力传感器检测液位。涡轮 流量计测流量，变频器调节水泵的转速，采用 PID 算法得出变频器输出值，实现流量的 控制。流量控制是内环，液位控制是外环。 制作相对应的控制画面，让画面的个按钮与变量相对应，对系
4、统的个参数进行整定， 通过不断的调试，使系统尽可能的保持在要求的位置。 系统电源由接触器和按钮控制，系统电源接通后 PLC 进行必要的 自检和初始化，控 制器接收到系统启动按钮动作信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作， 开始两个闭环系统的调节控制。关关键词键词：PLC 控制；变频器；PID 控制；Wincc 组件；上位机西安文理学院课程设计报告目目 录录1、设计目的和任务 .1 1.1 目的 .1 1.2 主要任务 .1 2、设计方案提出及选择 .1 2.1 液位单闭环控制系统 .1 2.2 液位流量串级控制系统 .1 3、液位串级控制系统组成结构 .2 3.1 串级控制系统的组成
5、 .2 3.2 系统总貌图 .4 4、设计方案的控制流程图和电气原理图 .4 4.1 水箱液位串级控制系统的结构图设计 .4 4.2 水箱液位串级控制系统框图的设计 .5 4.3 电气原理图的设计 .5 5、系统工作原理 .6 5.1 水箱工作原理 .6 5.2 PID 控制工作原理.7 6、软件流程图及程序的编写 .7 7、上位机画面制作 .9 8、PID 参数整定.10 8.1 串级控制回路系统的优点 .10 8.2 串级控制系统的作用 .10 8.3 监控画面参数的调节 .11 9、结果 .12致谢参考文献西安文理学院课程设计报告第 1 页1、设计目的和任务、设计目的和任务1.1 目的目
6、的利用实验室的多容水箱及其辅助检测设备，并采用 PLC 作为控制器的硬件，设计 一个液位控制系统，使得液位能够尽量保持平稳在设定的范围内 通过课程设计，加强对课程的理解与掌握，学会查寻资料、方案比较，以及设计 计算及系统调试等环节，初步掌握 PLC 的硬件设计和软件设计，程序调试等 PLC 系统的 开发过程，进一步提高分析解决实际问题的能力。1.2 主要任务主要任务1 了解水箱液位的控制系统的物理结构，闭环调节系统的数学结构和 PID 控制算 法。 2 逐一明确检测信号到 PLC 的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种 类、引入 PLC 的接线和 PLC 的编址。 3 逐一明确从 PL
7、C 到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理， 驱动电路的构成，PLC 输出信号的种类和地址。 4 绘制水箱液位控制系统的电路原理图，编制 I/O 地址分配表。 5 编制 PLC 程序，结合实验室现有设备进行调试，要求尽量多的在试验设备上演 示控制过程。2、设计方案提出及选择、设计方案提出及选择2.1 液位单闭环控制系统液位单闭环控制系统由一个水压力传感器、一个 PID 控制器、一个控制阀和一个水箱所构成的单闭环控 制系统，通过对液位的不断检测、变送，再于设定值的比较，求得偏差去调节进水流量， 以达到水位达平稳。2.2 液位流量串级控制系统液位流量串级控制系统串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一 个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它 所检测和控制的变量 为水箱液位 ；
