单容水箱液位恒值控制系统设计毕业设计Word文档格式.docx
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摘要
本文根据液位系统过程原理,建立了单容水箱的数学模型。
在设计中用到的PID算法和PLC方面的知识。
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。
本文的主要内容包括:
PLC的产生和定义、过程控制的发展、S7-200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。
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。
关键词:
PID控制过程控制液位控制PLC
Abstract
Accordingtotheprincipleoflevelsystemprocesstoestablishamathematicalmodelofthesingle-tankwater.PIDalgorithmandPLCknowledgeusedinthede-
sign.PIDlevelcontrolanaloginterfaceandalgorithm,systemsimulation,andtun-
ingPIDparameters,obtainedaftersettingthesimulationcurveandtheactualcurve.
Themaincontentofthispaperinclude:
PLCgenerationanddefinition,developmentofprocesscontrol,S7-200programmablecontrollerhardwaregraspthecomparison
oftheperformanceofPIDparametertuningandparametercontrol,PIDcontrolalgorithmexperimentalcurveanalysis,partoftheintroductionoftheentiresystemandexplainthePLCprocesscontroltankwaterlevelcontrolinstructionsPIDinstruction.
PLCinawiderangeofindustrialautomationapplications.PIDcontrolafteraverylongperiodofdevelopment,hasbecomeanimportantmeansofcontrolintheindus-
try.ThedesignisbasedonPLCPIDalgorithmtocontroltheliquidlevel.PLCviathesensingcircuit,theheightofliquidacquisition,andthenaftertheautomaticadjustmentAfterthePIDparametersisdeterminedtoachievealiquidlevelcontrol,throughthecontroloftheworkingtimeoftheDCpump.MCGS(monitoringandcontrolofthegeneralsystem)configurationPCmonitoringsystemfortherapidconstructionofsoftwaresystems,themonitoringaspectsofthesystemdesignbyMCGS.SothatwecanthroughtheconfigurationscreenoftheliquidlevelandpumpstartandstopmonitoringthePLCandcanstart,stop,settheheightofliquidlevelcontrol.Entiresystemisstable,simpleandpractical,onMCGSPLCcommunicationsmooth.
Processcontrolistheclosed-loopcontroloftemperature,pressure,flowandotheranalog.Asindustrialcontrolcomputer,PLCprogramcanprepareawidevarietyofcontrolalgorithms,thecompletionoftheclosed-loopcontrol.PIDregulatorisgenerallyclosed-loopcontrolsystemusedmoreadjustmentmethod.Medium-sizedPLChasPIDmodule,manysmallPLCwiththisfunctionmodule.ThePIDtreatmentgenerallyrundedicatedPIDsubroutine.Processcontrolinmetallurgy,chemicalindustry,heattreatment,boilercontrol,andotheroccasionsthereisaverywiderangeofapplications.
Keywords:
PIDcontrolPLCprocesscontrollevelcontrol
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1过程控制的定义及发展1
1.2本文研究的目的、意义2
1.3本文研究的主要内容3
第二章硬件设计4
2.1单容水箱液位系统整体组成4
2.2执行器的选择4
2.3液位变送器的选择5
2.4PLC的概述6
2.5西门子S7-200控制系统8
2.5.1CPU模块9
2.5.2I/O单元及I/O扩展接口9
2.5.3电源部分10
2.6西门子S7-200的工作原理10
第三章算法设计12
3.1水箱液位控制系统原理框图12
3.2水箱液位控制系统的数学模型13
3.3PID算法的工作控制原理和特点15
3.4PID控制器参数整定16
3.4PID参数的调整原则18
3.5PID调节各个环境及其调节过程18
3.5.1比例(P)控制及调节过程18
3.5.2比例积分(PI)控制及调节过程19
3.5.3比例积分微分(PID)控制及调节过程20
第四章系统设计22
4.1MCGS通用监控系统的构成及其主要功能22
4.2MCGS通用监控系统的创建过程23
4.3系统设计PLC程序24
4.4系统界面的制作和调试28
4.4.1设备配置28
4.4.2新建画面28
4.4.3设备连接32
第五章总结37
参考文献38
第一章绪论
计算机控制是自动技术的重要应用领域,它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制,在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。
尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用,比如,民用水塔的供水,如果水位太低,则会影响居民的生活用水;
工矿企业的排水与进水,如果排水或进水控制得当与否,关系到车间的生产状况;
锅炉汽包液位的控制,如果锅炉内液位过低,会使锅炉过热,可能发生事故;
精流塔液位控制,控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。
在这些生产领域里,基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质,极容易出现操作失误,引起事故,造成厂家的的损失。
可见,在实际生产中,液位控制的准确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。
所以,为了保证安全条件、方便操作,就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。
19世纪70年代以来(全盘自动化阶段):
发展到现代过程控制的新阶段,主要特点:
检测和控制仪表-----新型仪表、智能化仪表、微型计算机;
过程控制系统结构-------由单多变量系统,由PID控制规律在通过PLC程序与在MCGS组态软件下做出的动态界面进行动态连接,在经过检查证明组态的设置没有错误后,进入MCGS的运行环境,可以在MCGS运行环境下看到液位的实时曲线的变化输出情况,随时对水箱的液位状况进行调整和监测。
在运行环境中可以通过鼠标在线的改变PID的参数设定值来实现对上下水箱的液位调节和控制,可以使系统达到要求值,从而大大提高了工作效率。
1.1过程控制的定义及发展
生产过程自动化,一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序进行的生产过程的自动控制。
电力拖动及电动机运转等过程的自动控制一般不包括在内。
凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制通称为过程控制。
过程控制是自动控制学科的一个重要分支,是对过程控制系统进行分析与综合。
进入90年代以来,自动化技术发展很快,并取得了惊人的成就,已成为国家高科技的重要分支。
过程控制是自动化技术的重要组成部分。
在现代工业生产自动化中,过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
在本世纪40年代前后,工业生产大多处于手工操作的状态,人们主要是凭经验用人工去控制生产过程。
生产过程中的噶参数靠人工观察,生产过程的操作也靠人工去执行。
因此,当时的劳动效率是很低的。
40年代以后,生产自动化发展很快。
尤其是近年来,过程控制技术发展更为迅速。
纵观过程控制的发展历史,大致经历了下述几个阶段:
50年代前后,过程控制开始得到发展。
一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。
这是过
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