基于智能仪表和PLC的液位控制系统设计_精品文档.doc
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本科生毕业论文(设计)
题目:
基于智能仪表和PLC的液位控制系统设计
院系:
信息科学与技术学院
专业:
自动化
学生姓名:
学号:
指导教师:
(职称)
二〇一零年四月
iii
-iii-
摘要
微电子技术和计算机技术的不断发展,引起了仪表结构的根本性变革,以微型计算机(单片机)为主体,将计算机技术和检测技术有机结合,组成新一代“智能化仪表”,在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较,取得了巨大进展。
智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题,还能简化仪表电路,提高仪表的可靠性,更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。
可编程控制器(ProgrammableLogicController---PLC)是一种应用广泛非常的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点,非常适合液位控制的要求。
本文介绍了基于智能仪表、西门子S7-300型可编程控制器(PLC)、组态软件的液位控制系统的设计方案。
系统采用PID算法,实现液位的自动控制。
利用组态软件设计人机界面,通过串行口和可编程控制器通信,实现控制系统的实时监控、现场数据的采集与处理。
实验证明,控制系统效果比较令人满意,具有较大的工程实用价值。
关键词:
液位控制;智能仪表;可编程控制器;PID;人机界面
Abstract
Nowadaysintelligentmeasuringapplianceisimprovingmoreandmorequickly.Ithasbeenusedinmoreanmoreplaceofourlife.ItcanmakeElectriccircuitmucheasierthanbefore.Andthecontrolcanberealizedmuchmorepreciseandconvenient.Microelectronicsandcomputertechnologycontinuestodevelop,ledtofundamentalchangesinthestructureofinstrumentstomicro-computer(singlechip)asthemainbody,thecomputertechnologyandtheorganicintegrationofdetectiontechnologytoformanewgenerationof"smartmeters"inMeasurementofprocessautomation,measurementdataprocessingandfunctionaldiversificationofthetraditionalinstrument,comparedtoconventionalmeasuringcircuit,tremendousprogresshasbeenmade.
PLCisaveryusefulcontrolinstallment.Itiswidelyusedinalotofcontrolsysteminourlives.Itistheproductofthecomputer,control,communicationtechnology.ItcanmakeElectriccircuitmucheasierthanbefore.Andthecontrolcanberealizedmuchmorepreciseandconvenient.Itverysuitsthecontrolofwaterlevel.Itwillrelaythetraditionalcontroltechnology,computerandcommunicationtechnologiestogetherwiththecontrol,andoperationofflexibleconvenient,highreliability,suitableforcontinuouslong-termcharacteristicsofthework,verysuitableforliquidlevelcontrolrequirements.
Thisthesismainlyintroducesadesignofwaterlevelcontrolsystemwithintelligentmeasuringappliance,SIMATICprogrammablelogiccontroller(PLC)andconfigurationsoft.ThissystemadoptsincrementtypeProportional-Integral-Differentialarithmetictorealizethewaterlevelautomation.Forconveniencetomonitorthesystemandprocessdatainactualtime,wehavedesignedHumanMachineInterface(HMI)withconfigurationsoft.Theresultofexperimentationindicatesthatthissystemcouldrunquickly,accuratelyandstablywhichaccordswithouraimperfectly.
Thissystemhasbeenusedwidelyinthetemperaturecontrolsystemfieldforitslowcostandhighstabilizationadvantages.Experimentprovedthatthecontrolsystemmoresatisfactoryresults,withmorepracticalengineeringvalue.
Keywords:
WaterLevelControl;Intelligentmeasuringappliance;PLC;PID;HMI
目录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 前言 1
1.1课题研究背景、意义和目的 1
1.2液位控制系统的发展状况 1
1.3论文研究内容 2
第二章 智能仪表与可编程控制器基础 4
2.1智能仪表基础 4
2.1.1智能仪表的定义及发展现状 4
2.1.2智能仪表的功能 4
2.1.3智能仪表的基本组成 4
2.2可编程控制器基础 5
2.2.1PLC的历史和发展趋势 6
2.2.2PLC的分类 6
2.2.3PLC的基本结构 7
2.2.4PLC的编程 8
2.2.5S7-300型PLC的特性 8
第三章 PID控制器设计 10
3.1 PID控制器 10
3.1.1PID控制器的基本结构 10
3.1.2PID控制器各参数的作用 11
3.1.3 过程控制中常见PID参数整定方法 12
3.1.4 PID参数整定公式 14
3.2 数学模型 15
第四章 控制系统设计 18
4.1 硬件配置 18
4.1.1智能仪表 18
4.1.2PLC 19
4.1.3检测装置 20
4.1.4执行机构 20
4.2 控制流程 21
4.2.1 智能仪表控制 21
4.2.2 S7-300PLC控制 22
4.3 PLC程序设计简介 23
4.3.1 PID功能 23
4.3.2控制程序设计 26
4.3.3程序总体结构 27
4.4 STEP7编程界面简介 28
4.5 MATLAB系统仿真 30
第五章人机界面设计 32
5.1组态软件简介 32
5.2组态王人机界面开发 33
5.2.1组态王简介 33
5.2.2组态王特点 33
5.2.3组态王开发 34
第六章系统运行结果 43
第七章结论 44
参考文献 45
致谢 46
第一章前言
1.1课题研究背景、意义和目的
在工业生产过程中,液位变量是最常见、最广泛的过程参数之一。
在石油工业、化工生产、电力工程、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类流体的液位高度进行检测和控制.由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求极高。
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制。
PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为液位控制的主要技术之一。
微电子技术和计算机技术的不断发展,引起了仪表结构的根本性变革,以微型计算机(单片机)为主体,将计算机技术和检测技术有机结合,组成新一代“智能化仪表”,在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较,取得了巨大进展。
智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题,还能简化仪表电路,提高仪表的可靠性,更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。
随着科学技术的进一步发展,仪表的智能化程度将越来越高,不但能完成多种物理量的精确显示,同时可以带变送输出、继电器控制输出、通讯、数据保持等多种功能。
可编程控制器(ProgrammableLogicController---PLC)是一种应用广泛非常的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点,非常适合液位控制的要求。
目前常用的可编程控制器中,西门子公司的S7-300PLC以其编程软件STEP7的简洁易用和通信网络的功能强大得到业内人士的普遍认可。
1.2液位控制系统的发展状况
近几十年来,控制系统已被广泛使用,在起研究和发展上也已趋于完备,控制的概念更是应用在许多生活周遭的事物。
液位控制系统已是一般工业界所不可缺少的,举凡蓄水槽、污水处理厂等都需要液位元的控制。
使用液位控制系统来自动维持液位高度,工作人员可以轻易在操作室获知整个设备的储水状况,大大减低工作人员工作的危险性,同时更提高了工作的效率及简便性。
除了传统的PID控制系统外,近年来随着智能仪表和PL
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