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

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 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20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s； 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（2010年12月27日至2011年1月9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 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：周一～周五，上午：8：00～11：00 下午：1：00～4：00 设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310） 电气工程学院机房（320）

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 10

2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 35

3.报告撰写情况 规范 整洁 逻辑 杂乱

有

错误 25

4.辅导答疑 积极 认真 应付 消极 10

5.设计态度 积极 认真 应付 消极 10

7.出勤 全勤 缺勤次数 10

附加评语 量化总分 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： 学 号： 指导教师： 撰写日期：

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 绪论 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，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第一章 绪论 2 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。