plc控制的水箱液位控制系統(tǒng)課程設計

1、<p>　　PLC控制的水箱液位控制系統(tǒng)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在人們生活以及工業(yè)生產等諸多領域經常涉及到液位和流量的控制問題, 例如居民生活用水的供應, 飲料、食品加工, 溶液過濾, 化工生產等多種行業(yè)的生產加工過程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要維持合適的高度, 既不能太滿溢出造成浪費, 也不能過少而無

2、法滿足需求。由于液體本身的屬性及控制機構的摩擦、噪聲等的影響，控制對具有一定的純滯后和容量滯后的特點，液位上升的過程緩慢，呈非線性。因此液位控制裝置的可靠性與控制方案的準確性是影響整個系統(tǒng)性能的關鍵，因此液面高度是工業(yè)控制過程中一個重要的參數，特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的效果。可編程控制器（PLC）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的，主要用來代替繼電器實現邏輯控制。 PID控制（

3、比例、積分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。</p><p>　　本文主要是對一水箱液位控制系統(tǒng)的設計過程，涉及到液位的動態(tài)控制、控制系統(tǒng)的建模、PLC控制、PID算法、傳感器和調節(jié)閥等一系列的知識。作為單容水箱液位的控制系統(tǒng)，其模型為一階慣性函數，控制方式采用了PID算法，控制核心為S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A轉換模塊，傳感器為擴散硅式壓力傳感器，調節(jié)閥為電動調節(jié)閥。選用以上的器件設備、

4、控制方案和算法等，是為了能最大限度地滿足系統(tǒng)對諸如控制精度、調節(jié)時間和超調量等控制品質的要求。</p><p>　　關鍵詞 PLC,PID,液位控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　PLC控制的水箱液位控制系統(tǒng)I</p><p><b>　　摘要I</b><

5、;/p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p><p>　　第二章 設計任務與要求- 2 -</p><p>　　2.1基本任務- 2 -</p><p>　　2.2 基本要求- 2 -</p><p>　　2.3給定條件- 2 -</p><p>　　2.4 主要性能指標- 2

6、-</p><p>　　2.5擴展功能- 3 -</p><p>　　第三章 總體論證- 3 -</p><p>　　3.1 總體方案的選擇- 3 -</p><p>　　3.1.1 控制方法選擇- 3 -</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)組成- 4 -</p><p>　　3.2

7、 確定系統(tǒng)功能、性能指標- 4 -</p><p>　　第四章 系統(tǒng)設計- 5 -</p><p>　　4.1 建模過程- 5 -</p><p>　　4.２ 模型參數的確定- 6 -</p><p>　　4.３ 軟、硬件功能劃分- 6 -</p><p>　　4.４ 系統(tǒng)功能劃分、指標分配和框圖構成- 7

8、 -</p><p>　　4.4.1 PLC系統(tǒng)- 7 -</p><p>　　4.4.2 前向通道- 7 -</p><p>　　4.4.3 后向通道- 8 -</p><p>　　第五章 系統(tǒng)開發(fā)- 8 -</p><p>　　5.1 硬件開發(fā)——系統(tǒng)配置- 8 -</p><p

9、>　　5.1.1 PLC系統(tǒng)——CPU、模/數轉換模塊、數/模轉換模塊- 8 -</p><p>　　5.1.2 前向通道——傳感器- 8 -</p><p>　　5.2 PID操作指令- 9 -</p><p>　　5.2.1 PID算法- 9 -</p><p>　　5.2.2 回路輸入、輸出轉換及標準化- 11 -<

10、;/p><p>　　5.2.3 控制方式- 11 -</p><p>　　5.2.4 ID的編程步驟- 12 -</p><p>　　5.3 軟件開發(fā)- 12 -</p><p>　　5.3.1 確定輸入/輸出關系，建立數學模型，尋找合適算法- 12 -</p><p>　　5.3.2 調節(jié)器參數整定- 13

11、-</p><p>　　5.3.3 程序流程圖- 14 -</p><p>　　5.3.4 程序- 14 -</p><p>　　第六章 連機調試- 17 -</p><p>　　第七章 注意事項- 18 -</p><p>　　7.1 安全注意事項- 18 -</p><p>　　7

12、.1.1防止觸電- 18 -</p><p>　　7.1.2防止燙傷- 18 -</p><p>　　7.1.3防止損壞- 18 -</p><p>　　總 結- 19 -</p><p>　　致 謝- 20 -</p><p>　　參考文獻- 21 -</p><p><

13、b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　可編程控制器（簡稱PLC或PC）是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動化控制裝置，是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)。它以微處理器為核心，有機地將微型計算機技術、自動化控制技術及通信技術容為一體，主要用來代替繼電器實現邏輯控制，隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍。它具有控制能力強、可靠性高、配置靈活、編程簡單、使用方便、易于

14、擴展等優(yōu)點，是當今及今后工業(yè)控制的主要手段和重要的自動化控制設備。德國西門子（SIEMENS）公司生產的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產線等領域都有應用。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。</p><p

15、>　　液面高度是工業(yè)控制過程中一個重要的參數，特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的效果。液位控制是工業(yè)生產中典型的過程控制問題，對液位準確的測量和有效的控制是一些設備優(yōu)質、高產、低耗和安全生產的重要指標。由于它便于直接觀察、容易測量、獲取方便、過程時間常數一般比較小、價格低廉等特點，所以被廣泛應用于工業(yè)測量。</p><p>　　在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，目前采用最多的控制方式

16、依然是PID控制。即使在美國、日本等工業(yè)發(fā)達國家，PID控制的使用率仍達90%，可見PID控制在工業(yè)過程控制中占有異常重要的地位。PID控制技術經歷了數十年的發(fā)展，從模擬PID控制發(fā)展到數字PID控制，技術不斷完善與成熟。尤其近十多年來，隨著微處理技術的發(fā)展，國內外對智能控制的理論研究和應用研究十分活躍，智能控制技術發(fā)展迅速，如專家控制、自適應控制、模糊控制等，現己成為工業(yè)過程控制的重要組成部分。</p><p>

17、;　　由于液體本身的屬性及控制機構的摩擦、噪聲等的影響，控制對具有一定的純滯后和容量滯后的特點，液位上升的過程緩慢，呈非線性。因此液位控制裝置的可靠性與控制方案的準確性是影響整個系統(tǒng)性能的關鍵。本課題針對液位控制設計了一個由壓力傳感器、PLC、電動調節(jié)閥等組成的系統(tǒng)，并采用了增量式PID算法對其控制。</p><p>　　第二章 設計任務與要求</p><p><b>　　2.1

18、基本任務</b></p><p>　　對單容水箱液位/壓力控制系統(tǒng)。這是一個單回路反饋控制系統(tǒng),控制的任務是使水箱的液位/壓力等于給定值,減小或消除來自系統(tǒng)內部或外部擾動的影響。用液位/壓力參數為被控對象。交流電動機帶動齒輪泵通過閥1向上水箱供水,調節(jié)閥2使之同時向外排水,令入水的速度大于出水的速度,達到被控參數(液位/壓力)的動態(tài)調整。</p><p><b>　　

19、2.2 基本要求</b></p><p>　　對單容水箱，用西門子S7-200為控制核心，輔助以單片機系統(tǒng)配套的A/D、D/A轉換單元及電路,通過執(zhí)行數字PID程序實現參數的自動調整(設定值在單片機鍵盤上完成),使水箱的實際液位/壓力值與設定值接近,最終穩(wěn)定于設定值。組成單閉環(huán)水位調節(jié)系統(tǒng)，,要求水位可以在一定范圍內由人工設定，且各種測量、控制參數可在人機界面上顯示、設定。</p>&l

20、t;p><b>　　2.3給定條件</b></p><p>　　控制對象：單容水箱為核心的水循環(huán)系統(tǒng)</p><p>　　檢測元件：壓力式液位傳感器</p><p>　　執(zhí)行元件：電動調節(jié)閥</p><p>　　2.4 主要性能指標</p><p>　　液位控制范圍：0-30cm</p

21、><p><b>　　最小區(qū)分度：1cm</b></p><p>　　控制精度：液位控制的靜態(tài)誤差≤1cm</p><p><b>　　2.5擴展功能</b></p><p>　　通訊端口采用的是RS-485總線，允許將S7-200 CPU同編程器或其它一些設備連接起來。</p><

22、p>　　通過擴展模塊可增加CPU的I/O點數，也可提供其它通訊功能。</p><p><b>　　人機界面——觸摸屏</b></p><p><b>　　第三章 總體論證</b></p><p>　　3.1 總體方案的選擇</p><p>　　單容水箱的液位控制系統(tǒng)是一階慣性系統(tǒng)，原因是此系統(tǒng)

23、的數學模型為：，此模型為一階傳遞函數。</p><p>　　3.1.1 控制方法選擇</p><p>　　單容水箱液位控制系統(tǒng)可歸屬于一階慣性環(huán)節(jié)，一般來說，對一階慣性環(huán)節(jié)的過渡過程控制。</p><p>　　PID控制適用與負荷變化大、容量滯后較大、控制品質要求又較高的控制系統(tǒng)。另外，PID算法有兩種常見的實現形式：位置型PID算法和增量型PID算法，結合本系統(tǒng)設

24、計任務與要求，以及以上對幾種控制方法的分析來看，增量式PID控制方法最適合本系統(tǒng)采用。</p><p>　　3.1.2 系統(tǒng)組成</p><p>　　以現代控制理論和PLC為基礎，采用數字控制、顯示、A/D與D/A轉換，配合執(zhí)行器與控制閥構成的PLC控制系統(tǒng)，在過程控制中得到越來越廣泛的應用。</p><p>　　應以PLC為核心組成一個專用PLC應用系統(tǒng)，以滿足檢

25、測、控制應用類型的功能要求。</p><p>　　3.2 確定系統(tǒng)功能、性能指標</p><p>　　可以進行水位設定，并自動調節(jié)水位到給定水位值；</p><p>　　可以調整PID控制參數，以滿足不同控制對象與控制品質的要求；</p><p>　　可以實時顯示給定值與水位實測值。</p><p>　　系統(tǒng)主要性能指

26、標如下：</p><p>　　液位控制范圍：0-30cm</p><p><b>　　最小區(qū)分度：1cm</b></p><p>　　控制精度：液位控制的靜態(tài)誤差≤1cm</p><p><b>　　第四章 系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　4.1 建模

27、過程</b></p><p>　　系統(tǒng)示意圖如圖4-1所示：</p><p>　　其具體的建模過程為：被控過程的數學模型就是液位高度h與流入量Q1 之間的數學表達式。根據動態(tài)物料平衡關系，有：</p><p><b>　　寫成增量形式： </b></p><p><b>　　……1</b>

28、;</p><p>　　式中，、和分別為偏離某平衡狀態(tài)、 和的增量，A為水箱的橫截面積。</p><p>　　靜態(tài)時應有，。發(fā)生變化，液位h也隨之變化，使水箱出口處靜壓力發(fā)生變化，因此也發(fā)生變化，與h的近似線性關系為： …………2</p><p>　　式中，R2為閥門2的阻力系數，稱為液阻。將1、2兩式整理得：</

29、p><p>　　經拉氏變換，得單容液位過程傳遞函數為：</p><p><b>　　…………3</b></p><p>　　式中，為過程放大系數，；為過程的時間常數，；C為過程容量，。</p><p>　　式3為一階傳遞函數，可知單容水箱液位控制系統(tǒng)為一階慣性系統(tǒng)。確定其放大系數和過程的時間常數便可以完整的把模型建好，以下便

30、討論模型參數的確定過程。</p><p>　　4.２ 模型參數的確定</p><p>　　由公式3我們知道，放大系數和時間常數與液阻和過程容量有關，又根據公式2可知液阻R2可由 得出，而這些值可以由實驗獲得，其具體過程如下：</p><p>　　在不考慮容器擾動影響的情況下，管口流出處液體的速度為：</p><p>　　D為水箱底部出水口的直

31、徑，其測量值為 0.007m，所以出水口的橫截面積S=0.00003848m2。 </p><p>　　在此實驗中，由于出水閥開度保持不變，出水速度只與液位高度有關。因出水管的流量為，通過查閱數據，多次求平均可得液阻值為6370.207。</p><p>　　另外，水箱底部截面積的實驗測量值為 0.06605 m2，由此可求得過程放大系數K0=6370.207，過程的時間常數T0=420

32、.7648。所以系統(tǒng)無時延模型為：</p><p>　　4.３ 軟、硬件功能劃分</p><p>　　為了簡化系統(tǒng)硬件、降低硬件成本、提高系統(tǒng)靈活性和可靠性，有關PID運算、輸入信號濾波及大部分控制過程都可由軟件來完成，硬件的主要功能是液位信號的傳感、A/D轉換、D/A轉換及輸出命令的執(zhí)行。</p><p>　　4.４ 系統(tǒng)功能劃分、指標分配和框圖構成</p&

33、gt;<p>　　根據系統(tǒng)總體方案，系統(tǒng)由四個主要功能模塊組成，其總體框圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2　水位控制系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　4.4.1 PLC系統(tǒng)</p><p>　　PLC系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，它完成整個系統(tǒng)信息處理及協(xié)調控制功能。由于系統(tǒng)對控制速度、精度及功能的要求無特別之處，因此可以選用目前廣泛使用的

34、MCS-51系列的單片機以及西門子S7-200系列的PLC。所以本系統(tǒng)選用了西門子S7-200系列的PLC。PLC本身的CPU不帶有A/D、D/A轉化功能，而本系統(tǒng)有模擬輸入、輸出量，所以PLC系統(tǒng)中還要包括擴展模塊：模/數轉換模塊、數/模轉換模塊。</p><p>　　4.4.2 前向通道</p><p>　　前向通道是信息采集的通道，主要包括傳感器、信號放大等電路。由于液位變化是一

35、個相對緩慢的過程，因此前向通道中沒有使用采樣保持電路。另外，信號的濾波可由軟件實現，以簡化硬件，降低硬件成本。</p><p>　　4.4.3 后向通道</p><p>　　后向通道是實現信號輸出的通道，PLC系統(tǒng)產生的控制信號控制電動調節(jié)閥的轉動角度，實現對進水量的控制，從而最終實現對液位的控制目的。</p><p><b>　　第五章 系統(tǒng)開發(fā)<

36、;/b></p><p>　　5.1 硬件開發(fā)——系統(tǒng)配置</p><p>　　5.1.1 PLC系統(tǒng)——CPU、模/數轉換模塊、數/模轉換模塊</p><p>　　PLC系統(tǒng)以西門子S7-200系列CPU222為系統(tǒng)的核心，外擴EM 231作為A/D轉換模塊和EM 232作為D/A轉換模塊。</p><p>　?。?）CPU：因本系統(tǒng)

37、只有1模擬量輸入——液位，1模擬量輸出——電動調節(jié)閥轉動的角度，而且要有擴展能力，所以選用PLC的型號為：西門子S7-200系列的CPU 222 DC/DC/DC，即直流輸入、直流輸出、晶閘管輸出型。</p><p>　?。?）模擬量輸入模塊——EM 231</p><p>　?。?） 模擬量輸出模塊－EM 232</p><p>　　5.1.2 前向通道——傳感

38、器</p><p>　　液位經壓力式液位傳感器和信號放大電路產生0-5V的模擬電壓信號送入A／D轉換器的輸入端。前向通道的設計主要是傳感器的選擇。本系統(tǒng)為液位控制系統(tǒng)，其目的是把水箱液體的高度控制在給定值，被控參數是高度h，而不同的高度會產生不同的液壓，所以液位控制系統(tǒng)選用壓力式液位傳感器，我們這里選用了擴散硅式壓力傳感器。</p><p>　　5.2 PID操作指令</p>

39、<p>　　S7-200 CPU提供PID回路指令（成比例、積分、微分循環(huán)），進行PID計算。PID回路的操作取決于存儲在36字節(jié)回路表內的9個參數。</p><p>　　5.2.1 PID算法 </p><p>　　PID控制器管理輸出數值，以便使偏差（e）為零，系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差是給定值SP和過程變量PV的差。PID控制原則以下列公式為基礎，其中將輸出M（t）表示成比例

40、項、積分項和微分項的函數：</p><p>　　式中，——PID運算的輸出，是時間的函數；</p><p>　　——PID回路的比例系數；</p><p>　　——PID回路的積分系數；</p><p>　　——PID回路的微分系數；</p><p>　　——PID回路的偏差；</p><p>

41、　　——PID回路輸出的初始值。</p><p>　　為了在數字計算機內運算此控制函數，必須將連續(xù)函數化成為偏差值的間斷采樣。數字計算機使用下列相應公式為基礎的離散化PID運算模式：</p><p>　　式中，——采樣時刻n 的PID運算輸出值；</p><p>　　——采樣時刻n 的PID回路的偏差；</p><p>　　——采樣時刻n-1

42、 的PID回路的偏差；</p><p>　　——采樣時刻 的PID回路的偏差。</p><p>　　利用計算機處理的重復性，可對上述公式進行簡化。簡化后的公式為：</p><p>　　式中，——積分項前值。</p><p><b>　　1.比例項</b></p><p>　　比例項是PID回路的比

43、例系數及偏差的乘積，其中比例系數控制輸出計算的敏感性，而偏差是采樣時刻設定值SP及過程變量PV之間的差。為了方便計算取。CPU采用的計算比例項的公式為：</p><p>　　=（SPn-PVn）</p><p>　　式中，——回路的增益；</p><p>　　SPn——采樣時刻n 的設定值；</p><p>　　PVn——采樣時刻n 的過程變

44、量。</p><p><b>　　2.積分項</b></p><p>　　積分項與偏差和成比例。為了方便計算取。CPU采用的積分項公式為：</p><p>　　式中，——采樣時刻n-1 的積分項（又稱為積分前項值）。</p><p><b>　　3.微分項</b></p><p&

45、gt;　　微分項MD與偏差的改變成比例，為方便計算，取Kd=KcTd/Ts。計算微分項的公式為：</p><p>　　5.2.2 回路輸入、輸出轉換及標準化</p><p>　　1.輸入轉換及標準化</p><p>　　一個回路具有兩個輸入變量，設定值SP和過程變量PV。設定值通常為固定值，類似水箱液位控制的液位設定。過程變量是與回路輸出有關的量，因此可測量回路輸出

46、對被控制系統(tǒng)的影響。在水箱液位保持在設定值的例子中，過程變量為電動調節(jié)閥的轉動角度。</p><p>　　設定值及過程變量均為實際數值，它們的大小、范圍及工程單位可能不同。在這些實際數值可用于PID指令之前，必須將其轉化成標準化的、浮點數表示形式。</p><p>　　實際數值轉換為實數：第一步是將實際數值從16為整數數值轉換為浮點數或實數數值。</p><p>　

47、　數值標準化：下一步是將數值的實數表示轉換為位于0.0～1.0之間的標準化數值?？刹捎孟铝泄綄υO定值及過程變量實現這種轉換：</p><p>　　Rnorn＝（Rraw／Span）＋Offset</p><p>　　水箱液位控制系統(tǒng)中的數值為單極性，其標準化公式為：</p><p>　?。襫orn＝Ｒraw／32000</p><p>　　

48、2.輸出轉換及標準化</p><p>　　回路輸出轉換成比例的整數數值：回路輸出是控制變量，是標準化的、位于0.0-1.0之間的實數數值。在回路輸出可用于驅動模擬輸出之前，回路輸出必須被轉換為16位的、成比例的整數數值。這一過程是將過程變量轉化及設定值轉換為標準化的反過程。</p><p>　　5.2.3 控制方式</p><p>　　S7-200 PID 回路沒有

49、內置的自動和手動控制方式，只要PID塊有效，就可以執(zhí)行PID運算，從這種意義上說，PID運算存在一種自動運行方式；當PID運算不被執(zhí)行時，則可以說那是一種手動運行方式。</p><p>　　同其他指令，PID指令有一個使能位（即允許位），當允許位檢測到一信號出現正跳變時，PID指令將進行一系列運算，實現從手動方式到自動方式的轉變。為了順利轉變?yōu)樽詣臃绞?，在轉換至自動方式之前由手動方式所設定的輸出值必須作為PID指

50、令的輸入寫入回路表。PID指令對回路表內的數值進行下列計算，保證當檢測到0-1過渡時從手動方式順利轉換為自動方式：</p><p>　　置設定值SPn=過程變量PVn</p><p>　　置過程變量前值PVn-1=過程變量PVn</p><p>　　置積分項前值MX=輸出值Mn</p><p>　　5.2.4 ID的編程步驟</p>

51、;<p>　　1.設定回路輸入及輸出選項</p><p>　　回路輸入選項：循環(huán)進程變量可指定為字地址或已經定義的符號。在回路計算之前，應選好縮放比例。</p><p>　　回路輸出選項：確定PID回路輸出變量是數字量還是模擬量。如果是模擬量輸出，可指定為字地址或已經定義的符號。如果是數字量輸出，可指定為位地址或已經定義的符號。在循環(huán)計算之后，應選好縮放比例。</p&g

52、t;<p><b>　　2.設定回路參數</b></p><p>　　在PID指令中，必須指定內存區(qū)內的36個字節(jié)參數表的首地址。其中，要選定過程變量、設定值、回路增益、采樣時間、積分時間和微分時間，并轉換成標準值存入回路表中。</p><p>　　不建議為參數表地址創(chuàng)建符號名，PID 向導生成的代碼使用此參數表地址創(chuàng)建操作數，作為參數表內的相對偏移量。

53、如果為參數表地址創(chuàng)建符號名，然后改變?yōu)樵摲栔付ǖ牡刂罚蒔ID向導生成的代碼將不能正確執(zhí)行。</p><p><b>　　5.3 軟件開發(fā)</b></p><p>　　對于過程控制系統(tǒng)而言，控制方案的選擇和調節(jié)器參數的整定是其兩個重要的內容，如果控制方案設計的不合理，僅憑調節(jié)器參數的整定無法獲得良好的控制質量；相反，控制方案很好，但是調節(jié)器參數整定得不合適，也不能

54、使系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。</p><p>　　5.3.1 確定輸入/輸出關系，建立數學模型，尋找合適算法</p><p>　　系統(tǒng)的設定值是水箱滿水位的百分數，過程變量是由擴散硅壓力傳感器給出的。輸出值是電動調節(jié)閥轉過的角度，可以是允許最大值的0%～100%。設定值可以預先設定后直接輸入回路表中。過程變量是來自壓力傳感器的單極性模擬量，回路輸出值也是一個單極性的模擬量，用來控制電動調節(jié)閥的轉

55、度，這個模擬量的范圍是0.0～1.0，分辨率為1/32000（標準化）。</p><p>　　5.3.2 調節(jié)器參數整定 </p><p>　　系統(tǒng)整定，一般是指選擇調節(jié)器的比例度δ、積分時間TI和微分時間TD的具體數值。系統(tǒng)整定的實質，就是通過改變系統(tǒng)參數，使調解器特性和被控過程特性配合好，以改善系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性，求得最佳的控制效果。</p><p>　　由控

56、制理論可知，在過程控制中，通常以瞬間響應的衰減率=0.75作為系統(tǒng)性能的主要指標，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定儲備。</p><p>　　綜合各種因素來說，簡單易行的方法還是簡易工程整定法。采用反應曲線法整定調節(jié)器的參數。</p><p>　　反應曲線法也稱動態(tài)特性參數整定法，它是在系統(tǒng)開環(huán)情況下進行的，利用廣義</p><p>　　在調節(jié)閥的輸入端加入一階躍信號，利用

57、快速顯示記錄儀在變送器的輸出端記錄被控參數的響應曲線。</p><p>　　廣義過程的傳遞函數為：</p><p>　　式中，為過程的時間常數；為時延時間；為自衡度。</p><p>　　由于/T0=3.0/25=0.12<0.2，根據=0.75準則，查表可知自衡度=1，則PID調節(jié)器的個參數為：</p><p>　　比例度=0.102

58、 積分時間TI =6min</p><p>　　微分時間TD=1.5min 采樣時間TS=1s</p><p>　　再由得增益=0.98</p><p>　　5.3.3 程序流程圖</p><p>　　有了前面所講述的S7-200 CPU提供的PID操作指令、PID編程步驟、電動調節(jié)閥參數的整定過程，再結合水箱液位控制系

59、統(tǒng)本身的特點，可以從整體上來構思和規(guī)劃出本系統(tǒng)的程序流程圖，它應包括主程序、初始化子程序、定時中斷程序三部分：</p><p><b>　　主程序OB1</b></p><p>　　主程序的功能是PLC首次運行時利用SM0.1調用初始化程序SBR0。</p><p><b>　　子程序SBR0</b></p>

60、<p>　　子程序SBR0的功能是形成PID的回路表，建立100ms的定時中斷，并開中斷。</p><p><b>　　5.3.4 程序</b></p><p>　　主程序OB1： </p><p>　　初始化子程序SBRO：</p><p>　　定時中斷程序INTO：</p><p&

61、gt;<b>　?。╝）模擬量輸入</b></p><p><b>　?。╞）PID指令</b></p><p><b>　?。╟）模擬量輸出</b></p><p>　　系統(tǒng)運行時，調節(jié)閥控制方式有兩種，一是手動控制，一是自動控制，兩種運行方式之間的切換由一個輸入的開關量控制，具體描述如下：I0.0

62、位控制手動到自動方式的切換，0代表手動，1代表自動。</p><p>　　本系統(tǒng)的程序僅有自動控制方式的設計，I0.0=1時進行PID“自動”控制，把PID運算的輸出值送到AQW0中，從而控制調節(jié)閥的開度，以使水箱的液位達到設定的水位高度。</p><p><b>　　第六章 連機調試</b></p><p>　　連機調試就是在樣機中全速運行系

63、統(tǒng)軟件，觀察系統(tǒng)運行情況，并根據運行結果修改控制參數，或對軟、硬件方案件進行必要的修改，重復調試過程，直到系統(tǒng)能滿足各項性能指標要求為止。</p><p>　　本例中最主要的連機調試過程是進行PID參數整定。不同的控制對象和控制環(huán)境需要不同的PID參數，即使是同一個控制對象和控制環(huán)境，對控制品質的不同要求也需要對PID參數重新進行整定。</p><p>　　根據生產過程的實際情況，首先將檢

64、測傳感器投入運行，觀察其測量顯示的參數是否正確；其次利用調節(jié)閥手動遙控，待被控參數在給定值附近穩(wěn)定下來后，再從手動切換到自動控制。</p><p>　　在調節(jié)器從手動切換到自動運行前必須做好細致的檢查工作，檢查調節(jié)器的PID參數是否配置好等。檢查完畢后，當測量值與給定值的偏差為零時，將調節(jié)器由手動切換到自動，于是實現了系統(tǒng)的投運。</p><p>　　系統(tǒng)投入自動運行后，觀察系統(tǒng)的控制質量

65、指標是否達到設計要求，否則，在對調節(jié)器的PID參數適當的微調，以期達到較好的控制質量的設計。</p><p><b>　　第七章 注意事項</b></p><p>　　7.1 安全注意事項</p><p><b>　　7.1.1防止觸電</b></p><p>　　嚴格要求系統(tǒng)可靠接地，包括現場對象

66、系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，極低電阻不大于4歐姆。</p><p>　　當通電或者正在運行時，請不要做任何維護或者維修活動，不要打開機柜后門，接線箱蓋子，變頻器前蓋板否則會有觸電危險。</p><p>　　即使電源處于斷開時，除維護、維修外，請不要接觸任何具有超過安全電壓的裸露端子否則基礎各種充電回路可能造成觸電事故。</p><p>　　請不要用濕手操作設定各種旋鈕及按鍵，以

67、防觸電。</p><p>　　對于電纜，請不要損傷他，不要對他家過重的應力，使它承受重物或對它鉗壓、否則可能會導致觸電。</p><p>　　在開始布線或維修之前，請斷開電源，經過十分鐘以后，用萬用表檢測剩余電壓后進行。</p><p><b>　　7.1.2防止燙傷</b></p><p>　　不要接觸熱水管道，避免高

68、溫燙傷，在電機停止后不要立刻操作，不要驚醒任何維修工作。</p><p><b>　　7.1.3防止損壞</b></p><p>　　水泵運行狀態(tài)，絕對禁止進行水泵切換控制操作，否則可能損壞變頻器。</p><p>　　在水箱水位沒有達到一定高度，不能啟動調壓器輸出，否則可能損壞硬件。</p><p>　　系統(tǒng)應遠離可燃

69、物體，系統(tǒng)發(fā)生故障時，請斷開電源，否則，系統(tǒng)可能應為電流過大導致火災。</p><p>　　各個段子上的電壓只能使用額定電壓，以防爆炸，損壞。</p><p>　　確認電纜與正確的段子相連接，否則，可能會發(fā)生爆裂、損壞等事故。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　隨著現代化工業(yè)生產迅速發(fā)展，

70、各生產工藝設備相互間緊密地聯系著，各設備的生產操作也是相互聯系、相互影響的，所以分析、設計和應用好一個過程控制系統(tǒng)，首先應全面了解被控過程，其次根據工藝要求對系統(tǒng)進行研究，確定最佳的控制方案，最后對過程控制系統(tǒng)進行設計、整定和投運。</p><p>　　依據以上系統(tǒng)設計的一般步驟，在指導老師 老師的引導和幫助下，我學習了以下水箱液位控制系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)的相關知識：</p><p>　

71、　水箱控制系統(tǒng)的一般認識，包括：</p><p>　　水位控制原理、傳感器的類型、特點。</p><p>　　執(zhí)行器件，電動調節(jié)閥的原理與組成。</p><p>　　水箱控制系統(tǒng)特性的了解：</p><p>　　系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性、過渡過程；</p><p>　　自動控制的基本要求，如穩(wěn)定性、快速性、準確性等品質指標；

72、</p><p>　　受控對象的容量特性、平衡特性、時間特性。</p><p><b>　　過程控制基本規(guī)律：</b></p><p><b>　　雙位控制；</b></p><p><b>　　傳統(tǒng)PID控制；</b></p><p><b>

73、;　　數字控制。</b></p><p>　　2控制核心，PLC系統(tǒng)的了解：</p><p><b>　　PLC的一般概念。</b></p><p>　　PLC的特點及分類。</p><p>　　PLC的一般組成，如整體式、模塊式（CPU模塊、I/O模塊、模擬量模塊、通訊模塊等）。另外，還包括外圍接口如人機界

74、面等。</p><p>　　PLC在水箱控制系統(tǒng)中的應用方法。</p><p>　　在系統(tǒng)設計過程中，我對系統(tǒng)建模、PID算法、PLC控制、調節(jié)閥的選定及其參數整定有了系統(tǒng)的認識，同時也遇到了一些自己不理解或不能解決的問題，如系統(tǒng)的模型是根據試驗數據計算得到的，在試驗中存在許多人為的和非人為的誤差，在計算公式中忽略了一些不是很重要的項目，調節(jié)器參數整定過程復雜等。另外，整個系統(tǒng)對控制精度也

75、不能很好的確定，存在一定的誤差，而且，由于時間和本身能力問題，原定的人機界面即觸摸屏部分我沒有完成。</p><p>　　綜上，系統(tǒng)只包括了最基本的部分，有待今后進一步的完善。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本設計課題從選題、收集相關資料、提供良好設計的環(huán)境，到系統(tǒng)的具體設計過程中的資料查詢、方案論證、軟硬

76、件設計、聯機調試，再到本文的寫作、完善，歷時兩個多月。</p><p>　　通過本次課題設計，我鞏固了以前所學的許多基礎知識和專業(yè)知識，開闊了視野，增長了知識，并學到了許多實用的東西，如對工業(yè)控制系統(tǒng)的設計有了明確的認識，培養(yǎng)了分析、設計能力和實際的動手能力，為即將走向工作崗位打下了一定的基礎。</p><p>　　這些成果的獲得離不開一些人的幫助，他們是：</p><

77、p>　　老師：在整個設計過程中，我的導師 老師給了我熱情的支持和幫助，精心的指導，并提出了許多建議和修改意見，使我能夠順利的完成此課題。另外，在此設計過程中， 老師嚴謹的治學態(tài)度，踏實的工作作風給我留下了深刻的印象，同時為即將踏足工作崗位的我樹立了良好的學習榜樣。</p><p>　　班同學：在畢業(yè)論文的編寫和相關資料的查找以及整個系統(tǒng)的設計過程中，我的同學也給了我很多好的想法和建議。</p&g

78、t;<p>　　參考文獻的作者：本文中的部分內容的編寫參照了有關文獻。 </p><p>　　幫助我的人還有很多，恕不一一列舉，在此，對以上的人們表示衷心地感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　王世才主編、《電工基礎》、中國電力出版社，2007年</p><p>　　孫津

79、平主編、《數字電子技術》、西安電子科技大學出版社，2002年</p><p>　　周雪主編、《模擬電子技術》、西安電子科技大學出版社，2005年</p><p>　　劉萬忠、劉明芹主編、《電器與PLC控制技術》化學工業(yè)出版社，2008年</p><p>　　SIEMENS SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊，2001年</p><

80、p>　　劉篤仁 韓保君編著、傳感器原理及應用技術、西安電子科技大學出版社，2003</p><p>　　唐介主編、《電機與拖動》，高等教育出版社、2007年</p><p>　　溫淑玲主編、《電力電子技術》，安徽科技出版社、2009年 </p><p>　　孫炳達主編、《自動控制原理》、機械工程出版社、2005年</p><p>　　王

81、小立主編、《單片機應用技術一體化教程》、中國科技大學出版社、2008年</p><p>　　胡孔忠主編、《供配電技術》、安徽科學技術出版社、2007年</p><p>　　錢平主編、《交直流調速控制系統(tǒng)》、高等教育出版社、2005年</p><p>　　王愛廣、王琦主編、《過程控制技術》、化學工業(yè)出版社、2008年</p><p>　　陳光會

82、、王敏主編、《電力系統(tǒng)基礎》、中國水利水電出版社、2004年</p><p>　　武昌郡主編、《自動檢測技術及應用》、機械工程出版社、2005年</p><p>　　蘇小林主編、《計算機控制技術》、中國電力出版社、2004年</p><p>　　錢武主編、《電力系統(tǒng)自動裝置》、中國水利水電出版社、2004年</p><p>　　高健主編、《現

83、代通訊系統(tǒng)》、機械工程出版社、2009年</p><p>　　何小艇著.電子系統(tǒng)設計.浙江：浙江大學出版社，2000</p><p>　　殷洪義主編.可編程序控制器選擇、設計與維護.北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　李進軍 石成英主編.擴散硅壓力傳感器應力計算建模.北京：傳感器世界，2004</p><p>　　曲波 呂建平