水槽液位控制系统课程设计报告

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1、1 摘要摘要 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。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

2、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。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。本次设计主要内容是利用提供的被控对象单容水槽和相 关仪器仪表，设计液位控制系统，利用组态王软件编写控制算法实现控制系统的上位机 监控。 关键词：组态王，液位控制，PID 算法，过程控制 2 一

3、、设计任务 3 二、实验目的 3 三、实验方案 3 四、实验过程 4 实验总结 17 参考文献 18 附录 19 3 一、设计任务： （1）液位监控：完成一个液位监控系统，要有流程图画面，报警画面，历史曲线、实 时曲线、报表等个画面键可以灵活切换。 （2）通过组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的 性能要求，采用但闭环控制结构和 PID 控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善 组态控制程序的液位单回路过程控制系统。 设计要求 (1) 根据液位单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选 用过程仪表。 (2) 运用组态软件，正确设计液位但回路过

4、程控制系统的组态图、组态画面和组态控制 程序。 二、实验目的： （1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 （2）能够根据过程控制系统 A/D、D/A 和开关 I/O 的需要，正确选用模块。 （3） 能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用 RS485/RS232 转换与通讯模块。 （4）能运用组态软件，正确设计过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 （5）控制要求超调量小于等于 4%，峰值时间不超过 30s。调节时间越短越好。 三、实验方案： 整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。在本 次控制系统中控制器为计算机，采用算法为 PID 控制规

5、律,调节器为电磁阀， 测量变送为 HB、FT 两个组成，被控对象为流量 PV。结构组成如下图 2.2 所 示。 当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道将水送到上水箱，由 HB 返回信 号，是否还需要抽水到水箱。若还需要（即水位过低），则通过电磁阀控制 4 流量的大小，加大流量，从而使下水箱水位达到合适位置；若不需要（即水 位过高或刚好合适），则通过电磁阀使流量保持或减小。其整个流程图如图 2.1 所示。 图 2.1 液位单回路控制系统图 过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测 量变送。本次设计为流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图 2.2. 计算机 控制器 电动 调节阀

6、 管道 流量检测 传感器 _ PV SP PV1 图 2.2 液位单回路控制系统框图 四、实验过程： 在组态王中，我们所建立的每一个组态称为一个工程。每个工程反映到操作系统中 5 是一个包括多个文件的文件夹。工程的建立则通过工程管理器。 点击“开始”-“程序”-“组态王 6.5*”-“组态王 6.5*” （或直 接双击桌面上组态王的快捷方式），启动后的工程管理窗口 搜索：单击此快捷键，在弹出的“浏览文件夹”对话框中选择某一驱动器或某一文 件夹， 系统将搜索指定目录下的组态王工程， 并将搜索完毕的工程显示在工程列表区中。 删除 ：在工程列表区中选择任一工程后，单击此快捷键删除选中的工程。 属性： 在工程列表区中选择任一工程后，单击此快捷键弹出工程属性对话框，可 在工程属性窗口中查看并修改工程属性。备份工程备份是在需要保留工程文件的时候， 把组态王工程压缩成组态王自己的“.cmp”文件。 第一步：创建新工程 6 第二步：定义硬件设备并添加工程变量。添加工程中需要的硬件设备和工程中使用 的变量.包括内存变量和 I/