单容水箱液位恒值控制系统设计

过程控制系统课程设计

专业：自动化

设计题目：单容水箱液位恒值控制系统设计

班级：自动化0841学生姓名：王欢

学号：15

指导教师：尹振红

分院院长：许建平

教研室主任：方健

电气工程学院

一、课程设计任务书

1. 设计内容

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≤15%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤60s；

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；并能显示历史曲线。

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

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.2003 2）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.2007

4）吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.2007

4. 设计进度（2011年12月5日至2011年12月19日）

时间设计内容

2011.12.5 布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计

2011.12.6~7 编制PLC控制程序，并上机调试；

2011.12.8~9

工程文件

2011.12.12~13 进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定

2011.12.14~15 系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制

2011.12.16 答辩

2011.12.17~19 写设计报告书

5. 设计时间及地点

设计时间：上午：8：00～11：00

下午：1：00～4：00

晚上：6：00~9：00

设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）

机房（323）

二、评语及成绩

课程设计成绩：

指导教师：

过程控制系统课程设计报告

班级：自动化0841

姓名：王欢

学号： 15

指导教师：尹振红

撰写日期： 2011-12-16

摘要

本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。在设计中用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了PID液位控制模拟界面和算法程序，进行了系统仿真，并通过整定PID参数，同时得出了整定后的仿真曲线和实际曲线。

本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。

PLC在工业自动化中应用的十分广泛。PID控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。

目录

摘要 (6)

目录 0

第一章课程设计内容与要求分析 0

1.1课程设计内容 0

1.2课程设计要求分析 0

1.3 PID控制的原理和特点 0

1.3.1比例（P）控制及调节过程 (1)

1.3.2积分（I）控制及调节过程 (1)

1.3.3微分（D）控制及调节过程 (2)

1.4单容上水箱自衡过程的建摸 (4)

第二章课程设计的方案 (8)

2.1 MCGS组态软件概述 (8)

2.2系统设计PLC程序 (9)

2.3 软件调试 (12)

2.3.1 设备之间安装与连接 (13)

2.3.2 系统的联机调试 (14)

第三章课程设计总结 (17)

参考文献 (18)

附录 (19)