課程設(shè)計報告-液位控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、《控制系統(tǒng)分析與綜合》任務(wù)書3</p><p>　　1.1、工程訓(xùn)練任務(wù)3</p><p>　　1.2、工程訓(xùn)練目的3</p><p>　　1.3、工程訓(xùn)練內(nèi)容3</p><p>　　1.4、工程訓(xùn)練報告要求3<

2、;/p><p>　　1.5、工程訓(xùn)練進度安排4</p><p>　　1.6、工程訓(xùn)練考核辦法4</p><p>　　二、總體設(shè)計方案5</p><p>　　2.1、控制系統(tǒng)目標(biāo)5</p><p>　　2.2、控制系統(tǒng)要求5</p><p><b>　　三、硬件設(shè)計6</b

3、></p><p>　　3.1、PLC系統(tǒng)設(shè)計的基本原則6</p><p>　　3.2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟6</p><p>　　3.2.1、設(shè)計的基本內(nèi)容6</p><p>　　3.2.2、設(shè)計的基本步驟6</p><p>　　3.3、PLC的選型6</p><p&

4、gt;　　3.3.1、PLC機型選擇7</p><p>　　3.3.2、PLC容量的選擇7</p><p><b>　　四、軟件設(shè)計7</b></p><p>　　4.1、PLC相關(guān)設(shè)定7</p><p>　　4.1.1、PLC的元件分配7</p><p>　　4.1.2、PLC程序順序

5、功能圖8</p><p>　　4.1.3、PLC程序9</p><p>　　4.1.4、PID控制器參數(shù)整定11</p><p>　　五、組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計12</p><p>　　5.1、建立新工程12</p><p>　　5.2、建立通訊口13</p><p>　　5.3、新建變

6、量14</p><p>　　5.4、新建監(jiān)控畫面15</p><p>　　六、運行調(diào)試步驟與結(jié)果16</p><p>　　6.1、調(diào)試步驟16</p><p>　　6.2、運行結(jié)果17</p><p>　　七、收獲與小結(jié)19</p><p><b>　　八、參考文獻19&

7、lt;/b></p><p>　　一、《控制系統(tǒng)分析與綜合》任務(wù)書</p><p>　　題目：液位控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　1.1、工程訓(xùn)練任務(wù)</p><p>　　本實訓(xùn)綜合運用自動化原理、PLC技術(shù)以及組態(tài)軟件等相關(guān)課程，通過本實訓(xùn)的鍛煉，使學(xué)生掌握自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)與方法，鞏固和加深對理論知識的理解。本課題針對液位

8、控制系統(tǒng)作初步設(shè)計和基本研究，該系統(tǒng)能對水箱液位信號進行采集，以PLC為下位機，以工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計上位機監(jiān)控畫面，運用PID控制算法對水箱液位進行控制。</p><p>　　1.2、工程訓(xùn)練目的</p><p>　　通過本次工程訓(xùn)練使學(xué)生掌握運用組態(tài)王軟件及PLC構(gòu)建工業(yè)控制系統(tǒng)的能力，增強學(xué)生對PLC控制系統(tǒng)以及組態(tài)王軟件的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，為今后從事工程技術(shù)工

9、作、科學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.3、工程訓(xùn)練內(nèi)容</p><p>　　確定PLC的I/O分配表；</p><p>　　根據(jù)PID控制算法理論，運用PLC程序?qū)崿F(xiàn)PID控制算法；</p><p>　　編寫整個液位控制系統(tǒng)實訓(xùn)項目的PLC控制程序；</p><p>　　在組態(tài)王中定義輸入輸出設(shè)備；&l

10、t;/p><p>　　在組態(tài)王中定義變量；</p><p>　　設(shè)計上位機監(jiān)控畫面；</p><p><b>　　進行系統(tǒng)調(diào)試。</b></p><p>　　1.4、工程訓(xùn)練報告要求</p><p>　　報告中提供如下內(nèi)容：</p><p><b>　　目錄</

11、b></p><p><b>　　任務(wù)書</b></p><p><b>　　正文</b></p><p><b>　　收獲、體會</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.5、工程訓(xùn)練進度

12、安排</p><p>　　1.6、工程訓(xùn)練考核辦法</p><p>　　本工程訓(xùn)練滿分為100分，從工程訓(xùn)練平時表現(xiàn)、工程訓(xùn)練報告及工程訓(xùn)練答辯三個方面進行評分，其所占比例分別為20%、40%、40%。</p><p><b>　　二、總體設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1、控制系統(tǒng)目標(biāo)</p>

13、<p>　　本課程設(shè)計綜合運用自動化原理、PLC技術(shù)以及組態(tài)軟件等相關(guān)課程，針對雙容水箱液位控制系統(tǒng)作初步設(shè)計和基本研究。該系統(tǒng)能對水箱液位信號進行采集，以PLC為下位機，以工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計上位機監(jiān)控畫面，運用PID控制算法對水箱液位進行控制。</p><p>　　2.2、控制系統(tǒng)要求</p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)，可以得出該控制系統(tǒng)的要求如下：</p>

14、;<p><b>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　控制系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　三、硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1、PLC系統(tǒng)設(shè)計的基本原則：</p><p>　?。?）應(yīng)最大限度地滿足機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的控

15、制要求；</p><p>　?。?）確保控制系統(tǒng)安全可靠；</p><p>　?。?）力求控制簡單、實用、合理；</p><p>　?。?）系統(tǒng)應(yīng)留有一定余量。</p><p>　　3.2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容和步驟：</p><p>　　3.2.1、設(shè)計的基本內(nèi)容：</p><p>　

16、　（1）根據(jù)被控對象的工藝擬定控制系統(tǒng)的控制功能及目標(biāo)；</p><p>　　（2）細化控制系統(tǒng)的各類技術(shù)要求；</p><p>　?。?）選型及硬件配置；</p><p>　?。?）編制I/O分配表，繪制PLC系統(tǒng)及其現(xiàn)場設(shè)備的接線圖；</p><p>　?。?）依據(jù)軟件說明書，編制PLC應(yīng)用程序；</p><p>

17、　?。?）編寫設(shè)計說明書和系統(tǒng)使用說明書、操作規(guī)則等；</p><p>　?。?）系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和投運。[2]</p><p>　　3.2.2、設(shè)計的基本步驟：</p><p>　?。?）分析被控對象并提出控制要求；</p><p>　?。?）確定輸入輸出設(shè)備；</p><p>　?。?）選擇PLC機型；</p

18、><p>　　（4）分配I/O點并設(shè)計PLC外圍硬件電路；</p><p>　?。?）程序設(shè)計和程序模擬調(diào)試；</p><p>　?。?）硬件實施主要進行控制臺等硬件的設(shè)計與現(xiàn)場施工；</p><p><b>　?。?）聯(lián)機調(diào)試；</b></p><p>　?。?）根據(jù)調(diào)試的最終結(jié)果編制技術(shù)文件。&l

19、t;/p><p>　　3.3、PLC的選型</p><p>　　可編程控制器（Programmable Logic Controller）是計算機技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的

20、機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PL C是該控制系統(tǒng)的核心部件，合理選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量至關(guān)重要的。選擇PLC應(yīng)包括PLC機型、容量等的選擇。</p><p>　　3.3.1、PLC機型選擇</p><p>　　機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠，維護使用方便及最佳的性能價格比。</p><p><b>　?。?

21、）結(jié)構(gòu)合理</b></p><p>　　對于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC。</p><p><b>　?。?）功能強弱適當(dāng)</b></p><p>　　對于開關(guān)量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用低檔的PLC。 </p><p>　　3.3.2、PLC容量的選

22、擇</p><p>　　PLC容量主要是指是PLC的I/O點數(shù)，I/O點數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點數(shù)較多的PLC價格也較高，若備用的1/O點是數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴充，通常1/0點數(shù)按實際需要的考慮留10%-15%點數(shù)備用量。</p><p><b>　　四、軟件設(shè)計</b></p>

23、;<p>　　4.1、PLC相關(guān)設(shè)定</p><p>　　4.1.1、PLC的元件分配</p><p>　　程序中使用的PLC元件及其功能如表3.1所示。</p><p>　　4.1.2、PLC程序順序功能圖</p><p>　　4.1.3、PLC程序</p><p>　　主程序（MAIN）：</p

24、><p><b>　　子程序（初始化）：</b></p><p>　　中斷程序（PID算法）：</p><p>　　4.1.4、PID控制器參數(shù)整定</p><p>　　在設(shè)計中，選用了含PID調(diào)節(jié)的PLC來實現(xiàn)閉環(huán)控制整定。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，常采用Proportional(比例)、Integral(積分)、Derivati

25、ve(微分)控制方式，稱之為PID控制。PID控制是連續(xù)控制系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方式。具有理論成熟，算法簡單，控制效果好，易于為人們熟悉和掌握等優(yōu)點。經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運算后通過線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對被控對象進行控制，故稱PID控制器。PID控制器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)節(jié)規(guī)律如下：</p><p>　　(1) 比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)偏差信號的作用，偏差e(t)一旦產(chǎn)生，控

26、制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差，但不能徹底消除系統(tǒng)偏差，系統(tǒng)偏差隨比例系數(shù)Kp的增大而減少，比例系數(shù)過大將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。</p><p>　　(2) 積分環(huán)節(jié)：表明控制器的輸出與偏差持續(xù)的時間有關(guān)。只要偏差存在，控制就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)偏差為零。積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強弱取決于積分時間常數(shù)Ti，Ti越大，積分作用越弱，易引起系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之則越強，易引起系統(tǒng)振蕩。<

27、/p><p>　　(3) 微分環(huán)節(jié)：對偏差信號的變化趨勢做出反應(yīng)，并能在偏差信號變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分環(huán)節(jié)主要用來控制被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加快系統(tǒng)響應(yīng)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。</p><p>　　五、組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計</p><p><b>　　5.1、建立新工程</b>

28、;</p><p>　　啟動組態(tài)王的項目管理器，單擊新建按鈕，根據(jù)新建工程向?qū)?，新建名為“課程設(shè)計”的工程，點擊完成新建工程。</p><p><b>　　5.2、建立通訊口</b></p><p>　　本設(shè)計中用S7-200的PPI編程電纜實現(xiàn)計算機與CPU模塊的通信。由于使用串行通信接口1，故雙擊工程瀏覽器的設(shè)備文件夾中的“COM1”圖標(biāo)，

29、在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置波特率為9600bit/s，如圖5.2.1所示。</p><p>　　選中“COM1”后，雙擊右側(cè)工作區(qū)出現(xiàn)的“新建…”圖標(biāo)，在出現(xiàn)的對話框的“PLC”文件夾中選擇西門子的S7-200系列，通信協(xié)議為PPI，設(shè)置好單擊“下一步”直至“完成”，這樣在右側(cè)會出現(xiàn)剛生成的“S7200”圖標(biāo)，通信設(shè)置結(jié)束。</p><p><b>　　5.3、新建變量</b&g

30、t;</p><p>　　點擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標(biāo)，右面工作區(qū)會出現(xiàn)系統(tǒng)定義好的內(nèi)存變量。雙擊最下面的“新建…”圖標(biāo)，彈出“定義變量”對話框，開始定義輸入輸出變量。用此方法組態(tài)所有變量</p><p>　　5.4、新建監(jiān)控畫面</p><p><b>　　(1)建立主界面</b></p><p>　　單擊工程瀏

31、覽器左側(cè)的“畫面”圖標(biāo)，雙擊工作區(qū)“新建…”圖標(biāo)，彈出“新畫面”對話框，輸入名稱點擊確定進入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 制作監(jiān)控畫面</p><p>　　利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進行動畫連接。</p><p>　　(3) 建立報警界面</p><p>　　(4) 建立歷史曲線界面</p>

32、<p>　　（5）建立動畫、函數(shù)連接</p><p>　　設(shè)定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當(dāng)和外部的一些智能儀表、PLC等進行連接時，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮啙嵭裕恢甘緹艚M態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。</p><p>　　六、運行調(diào)試步驟與結(jié)果</p><p><b>　　6.1、調(diào)試步驟</

33、b></p><p>　　1.加載PLC程序。</p><p>　　2.關(guān)閉PLC軟件，關(guān)閉變頻器開關(guān)，進入組態(tài)王組態(tài)運行模式。</p><p>　　3.打開變頻器開關(guān)，在監(jiān)控畫面上點擊“進入系統(tǒng)”，進入監(jiān)控畫面，設(shè)定液位給定值，開始運行按鈕和自動按鈕。</p><p>　　4.根據(jù)液位上升速度和液位實時曲線反復(fù)調(diào)節(jié)P、I、D參數(shù)，使液

34、位達到設(shè)定液位同時曲線上升平穩(wěn)。</p><p>　　5.打開手動按鈕，按動進水按鈕看是否進水。</p><p><b>　　6.2、運行結(jié)果</b></p><p>　　通過反復(fù)調(diào)試和修改，使得該系統(tǒng)正常平穩(wěn)運行。同時得到以下監(jiān)控畫面：</p><p><b>　　1.實時監(jiān)控曲線</b><

35、/p><p>　　2.歷史趨勢監(jiān)控曲線</p><p><b>　　3.報警監(jiān)控窗口</b></p><p><b>　　七、收獲與小結(jié)</b></p><p>　　雖然做過相類似的題目，但真正做到自己設(shè)計時就感覺到很大的壓力，特別是PLC的PID控制程序，這基本上是這次雙容液位控制的核心。因此，這就需

36、要更加懂得PID調(diào)節(jié)的原理和步驟。</p><p>　　在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。</p><p>　　通過這次設(shè)計實踐。我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我的工程素質(zhì)，在

37、沒有做實踐設(shè)計以前，對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當(dāng)我把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，對PLC 的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距通過合作，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交流，在設(shè)計的過程中，我們共同討論，在交流中發(fā)現(xiàn)問題，再向別的同學(xué)或老師請教。在此過程中，也提高了我們的

38、表過能力。</p><p>　　總之，通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　1、廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,20