基于plc的液位控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p>　　《過程控制工程設(shè)計課程設(shè)計》報告書寫說明書</p><p>　　基于PLC的PID液位控制系統(tǒng)</p><p><b>　　組員姓名： </b></p><p><b>　　組員學號： </b></p><p>　　專業(yè)班級： </p>&l

2、t;p>　　分 院： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的課題是基于PLC的PID液位控制系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　本文的主要內(nèi)容包括：PLC的產(chǎn)生和定義、過程控制的發(fā)展、水箱的特性確定與實驗曲線分析, 西門子SIEMENS S7-300PLC的硬件掌握，PID參數(shù)的

3、整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，應(yīng)用PID控制算法所得到的實驗曲線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和講解PLC的過程控制指令PID指令來控制水箱水位。</p><p>　　經(jīng)過比較，發(fā)現(xiàn)西門子的PLC結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護。它采用模塊化設(shè)計，本系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊。，我們選擇西門子。</p><p>　　本份報告主要針對系統(tǒng)控制方案的設(shè)計和硬件

4、選型，其余部分由其他組員負責。附錄軟件程序。</p><p>　　除去附錄目錄等共13頁。</p><p>　　關(guān)鍵詞：西門子SIEMENS S7-300PLC，控制對象特性，PID控制算法，硬件選型。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b><

5、/p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 PLC的定義</p><p>　　1.2本文研究的主要目的</p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　2 西門子SIEMENS S7-300 PLC和控制對象介紹</p><p>　

6、　2.1西門子SIEMENS S7-300介紹</p><p>　　2.1.1 CPU模塊</p><p>　　2.1.2 I/O模塊</p><p><b>　　2.1.3電源模塊</b></p><p><b>　　2.2控制對象介紹</b></p><p>　　2.2一

7、階單容上水箱對象特性</p><p>　　2.3二階雙容下水箱對象特性</p><p><b>　　3 串級控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　3.1串級控制</b></p><p>　　3.1.1串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1.2串級控制系統(tǒng)的特點

8、</p><p>　　3.1.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定</p><p><b>　　3.2PID參數(shù)</b></p><p>　　3.2.1擴充臨界比例度法</p><p><b>　　4控制方案設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計<

9、;/b></p><p>　　4.1.1上水箱液位的自動調(diào)節(jié)</p><p>　　4.1.2上水箱下水箱液位串級控制系統(tǒng)</p><p><b>　　4.2硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.2.1檢測元件</b></p><p><b>　　4

10、.2.2控制元件</b></p><p><b>　　4.2.3控制單元</b></p><p><b>　　4.2.4軟件連接</b></p><p><b>　　4.3軟件涉及</b></p><p><b>　　附錄 軟件程序</b>&

11、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1PLC的定義</b></p><p>　　國際工委員會（IEC）曾于1982年11月頒布了可編程控制器標準草案第一稿，1985年1月又發(fā)表了第二稿，198

12、7年2月頒布了第三稿。該草案中對可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)計算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。</p><p>　　1.2本文研究的

13、主要目的</p><p>　　為了解決人工控制的控制準度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個很重要的控制參數(shù)就是液位。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了

14、可編程邏輯控制（又稱PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時。</p><p>　　液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動力，更多的時間。</p><p>　　在我國隨著社會的發(fā)展，很早就實行了自動控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控

15、制系統(tǒng)檢測黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU和財產(chǎn)損失。</p><p>　　1.3本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　一、一階單容上水箱特性。</p><p>　　二、二階雙容水箱對象特性。</p><p>　　三、PID串級控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　2西

16、門子SIEMENS S7-300介紹</p><p>　　2.1西門子SIEMENS S7-300介紹</p><p><b>　　簡 介： </b></p><p>　　模塊化中小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用 </p><p>　　大范圍的各種功能模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動控制任務(wù) </p>

17、<p>　　由于簡單實用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活 </p><p>　　方便用戶和簡易的無風扇設(shè)計 </p><p>　　當控制任務(wù)增加時，可自由擴展 </p><p>　　由于大范圍的集成功能使得它功能非常強勁</p><p>　　S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。</

18、p><p><b>　　結(jié)構(gòu)示意圖</b></p><p><b>　　PLC的原理圖</b></p><p>　　2.1.1CPU模塊 </p><p>　　CPU是PLC的核心組成部分，與通用微機的CPU一樣，它在PLC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦”。其功能是：</p>

19、;<p>　　1、PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。</p><p>　　2、用掃描方式接受現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)，并存入映像寄存器。</p><p>　　3、診斷電源、PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤。</p><p>　　在PLC進入運行狀態(tài)后，從存儲器中逐條讀去用戶程序，按指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信

20、號，去起閉有關(guān)控制電路。</p><p>　　2.1.2I/O模塊</p><p>　　I/O模塊是CPU與現(xiàn)成I/O裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動能力的I/O模塊和各種用途I/O元件供用戶選用。如輸入/輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、誤碼校驗、A/D或D/A變換以及其他功能模塊等。I/O模塊將外部輸入信號變換成CPU能接受的信號，或?qū)

21、PU的輸出信號變換成需要的控制信號去驅(qū)動控制對象，以確保整個系統(tǒng)正常的工作。</p><p>　　其中輸入信號要通過光電隔離，通過濾波進入CPU控制板，CPU發(fā)出輸出信號至輸出端。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方式和晶閘管方式。</p><p><b>　　2.1.3電源模塊</b></p><p>　　根據(jù)PLC的設(shè)計特點，它對電源并無特

22、殊需求，它可使用一般工業(yè)電源。</p><p>　　2.2一階單容上水箱對象特性</p><p>　　所謂單容過程，是指只有一個貯蓄容量的過程。單容過程還可分為有自衡能力和無自衡能力兩類。</p><p><b>　　一、自衡過程的建摸</b></p><p>　　所謂自衡過程，是指過程在擾動作用下，其平衡狀態(tài)被破壞后，

23、不需要操作人員或儀表等干預(yù)，依靠起自身重新恢復平衡的過程。</p><p>　　液位過程，圖2.2所示為一個單容液位被控過程，其流入量，改變閥1的開度可以改變的大小。其流出量為，它取決于用戶的需要改變閥2開度可以改變。液位h的變化反映了與不等而引起貯罐中蓄水或泄水的過程.若作為被控過程的輸入變量,h為其輸出變量,則該被控過程的數(shù)學模型就是h與之間的數(shù)學表達式。</p><p>　　圖2.2

24、液位被控過程及其階躍響應(yīng)</p><p>　　根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　將公式（2-1）表示成增量式為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中： 、、——分別表示為偏離某一平衡

25、狀態(tài)、、的增量；A—貯蓄截面積。</p><p>　　在靜態(tài)時，，；當發(fā)生變化時，液位h隨之變化，貯蓄出口處的靜壓隨之變化，也發(fā)生變化。由流體力學可知，流體在紊流情況下，液位h與流量之間為非線形關(guān)系。但為了簡化起見，經(jīng)線形變化，則可近似認為與h成正比關(guān)系，而與閥2的阻力成反比，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>

26、　　式中：——閥2的阻力，稱為液阻。</p><p>　　為了求單容過程的數(shù)學模型，需消去中間變量。消去中間變量的方法很多，如可用代數(shù)代換法，可用信號流圖法，也可用畫方框圖的方法。這里，介紹后一種方法。</p><p>　　將式（2-2）、式（2-3）拉氏變換后,畫出圖2.3方框圖。</p><p><b>　　圖2.3方框圖</b></

27、p><p>　　單容液位過程的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中：——過程的時間常數(shù)，；</p><p>　　——過程的放大系數(shù)，；</p><p>　　C—過程的容量系數(shù)，或稱過程容量。</p><p>　　被控過程都具有一定

28、貯存物料或能量的能力，其貯存能力的大小，稱為容量或容量系數(shù)。其物理意義是：引起單位被控量變化時被控過程貯存兩變化的大小。</p><p>　　從上述分析可知，液阻不但影響過程的時間常數(shù)，而且還影響過程的放大系數(shù)，而容量系數(shù)C僅影響過程的時間常數(shù)。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程的純時延問題是經(jīng)常碰到的。如皮帶運輸機的物料傳輸過程，管道輸送、管道反應(yīng)和管道的混合過程等。下面以圖2

29、.4為例討論純時延過程的建模。</p><p>　　圖2.4純時延單容過程及其響應(yīng)曲線</p><p>　　圖2.4所示，流量通過長度為l的管道流入貯罐。當進水閥開度產(chǎn)生擾動后，需要流經(jīng)管道長度為l的傳輸時間后才流入貯罐，才使液位h發(fā)生變化。具有純時延單容過程的階躍響應(yīng)曲線如圖2.4曲線2所示，它與無時延單容過程的階躍響應(yīng)曲線在形狀上完全相同，僅差一純時延。</p><

30、p>　　具有純時延單容過程的微分方程和傳遞函數(shù)為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中：——過程的時間常數(shù)，；</p><p>　　——過程的放大系數(shù)，；</p><p>　　——過程的純時延時間。</p><p>　　二階雙容下水箱對象特性</p&

31、gt;<p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控過程往往是由多個容積和阻力構(gòu)成，這種過程稱為多容過程。</p><p>　　現(xiàn)在，以具有自衡能力的雙容過程為例，來討論其建立數(shù)學模型的方法。</p><p>　　圖2.6（a）所示為兩只水箱串聯(lián)工作的雙容過程。其被控量是第二只水箱的液位，輸入量為與上述分析方法相同，根據(jù)物料平衡關(guān)系可以列出下列方程</p><p>

32、;<b>　?。?-9）</b></p><p>　　為了消去雙容過程的中間變量、、，將上述方程組進行拉氏變換，并畫出方框圖如2.7所示。</p><p>　　雙容過程的數(shù)學模型為 （2-10）</p><p>　　式中：——第一只水箱的時間常數(shù)，；</p><p>　　——第二只水箱的時間常數(shù)，；</

33、p><p>　　——過程的放大系數(shù)，；</p><p>　　——分別是兩只水箱的容量</p><p>　　3串級控制系統(tǒng)及PID參數(shù)</p><p><b>　　3.1串級控制</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對于某些比較復雜的過程或者生產(chǎn)工藝、經(jīng)濟效益、安全運行、環(huán)境保護等要

34、求更高的場合，單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足其需求。為了提高控制品質(zhì)，在單回路控制方案的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了串級控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.1串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。</p><p>　　前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)

35、器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。</p><p>　　整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。</p><p>　　一次擾動：作

36、用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。</p><p>　　3.1.2串級控制系統(tǒng)的特點</p><p>　　在串級控制系統(tǒng)中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細調(diào)”的作用，從而使其控制品質(zhì)得到進一步提高。其特點有以下幾點：</

37、p><p>　　一、改善了過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)控制質(zhì)量。</p><p>　　二、能迅速克服進入副回路的二次擾動。</p><p>　　三、提高了系統(tǒng)的工作頻率。</p><p>　　四、對負荷變化的適應(yīng)性較強。</p><p>　　3.1.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定 </p><p>

38、　　一個過程控制系統(tǒng)正常工作必須保證采用的反饋是負反饋，及其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。串級控制系統(tǒng)有兩個回路，主、副調(diào)節(jié)器作用方式的確定原則是要保證兩個回路均為負反饋。確定過程是首先判定為保證內(nèi)環(huán)是負反饋副調(diào)節(jié)器應(yīng)選用那種作用方式，然后再確定主調(diào)節(jié)器的作用方式。各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性的正負是這樣規(guī)定的：對于調(diào)節(jié)器 ，當測量值增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則為負值（即正作用調(diào)節(jié)器）；反之，為正（即反作用調(diào)節(jié)器）。調(diào)節(jié)閥為氣開。則為正

39、，氣關(guān)為負。過程放大系數(shù)極性是：當過程的輸入增大時，即調(diào)節(jié)閥開大，其輸出也增大，則為正，反之，為負。</p><p>　　在圖3.1的串級控制系統(tǒng)框圖中可以看到，由于副回路可以簡化成一個正作用方式環(huán)節(jié)，主對象作用方式為正，主測量變送環(huán)節(jié)為正。根據(jù)單回路控制系統(tǒng)設(shè)計中介紹的閉合系統(tǒng)必須為負反饋控制系統(tǒng)設(shè)計原則，即閉環(huán)各環(huán)節(jié)比例度乘積必須為正，故主調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器均選用反作用調(diào)節(jié)器。</p&g

40、t;<p><b>　　3.2 PID參數(shù)</b></p><p>　　3.2.1擴充臨界比例度法</p><p>　　實驗經(jīng)驗法調(diào)整PID參數(shù)的方法中較常用的是擴充臨界比例度法,其最大的優(yōu)點是，參數(shù)的整定不依賴受控對象的數(shù)學模型，直接在現(xiàn)場整定、簡單易行。</p><p>　　擴充比例度法適用于有自平衡特性的受控對象，是對連續(xù)-

41、時間PID控制器參數(shù)整定的臨界比例度法的擴充。</p><p>　　擴充比例度法整定數(shù)字PID控制器參數(shù)的步驟是：</p><p>　?。?）預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期。一般說應(yīng)小于受控對象純延遲時間的十分之一。</p><p>　　表3.1臨界振蕩整定計算公式</p><p>　　（2）用選定的使系統(tǒng)工作。這時去掉積分作用和微分作用，將控制

42、選擇為純比例控制器，構(gòu)成閉環(huán)運行。逐漸減小比例度，即減小，直至系統(tǒng)對輸入的階躍信號的響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊緣），將這時的比例放大系數(shù)記為,臨界振蕩周期記為。</p><p>　?。?） 根據(jù)表3.1臨界振蕩整定計算公式代入  、的值，計算出調(diào)節(jié)器各個參數(shù)、、的值。</p><p>　?。?）根據(jù)上述計算結(jié)果設(shè)置調(diào)節(jié)器的參數(shù)值。觀察系統(tǒng)的響應(yīng)過程，若記錄曲線不

43、符合要求時，再適當調(diào)整整定參數(shù)值。</p><p>　　PID控制算法關(guān)鍵的參數(shù)Kc（Gain，增益），Ti（積分時間常數(shù)），Td（微分時間常數(shù)），Ts（采樣時間）,在S7-200中PID功能是通過PID指令功能塊實現(xiàn)。通過定時（按照采樣時間）執(zhí)行PID功能塊，按照PID運算規(guī)律，根據(jù)當時的給定、反饋、比例－積分－微分數(shù)據(jù)，計算出控制量。也就說這些參數(shù)是通過PLC的功能塊實現(xiàn)的.</p><p

44、>　　PID控制器調(diào)節(jié)輸出，保證偏差(e)為零，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差(e)是設(shè)定值(SP)和過程變量(PV)的差。</p><p>　　輸出=比例項+積分項+微分項</p><p>　　為了能讓數(shù)字計算機處理這個控制算式，連續(xù)算式必須離散化為周期采樣偏差算式，才能用來計算輸出值。數(shù)字計算機處理的算式如下：</p><p>　　輸出= 比例項  +

45、 積分項 + 微分項</p><p>　　輸出=比例項+積分項+微分項。</p><p><b>　　4 控制方案設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計  </b></p><p>　　4.1.1上水箱液位的自動調(diào)節(jié)</p><p>　　

46、在這個部分中控制的是上水箱的液位。系統(tǒng)原理圖如圖4.1所示。單相泵正常運行，打開閥1和閥2，打開上水箱的出水閥，電動調(diào)節(jié)閥以一定的開度來控制進入水箱的水流量，調(diào)節(jié)手段是通過將壓力變送器檢測到的電信號送入PLC中，經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號，送入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，經(jīng)PID算法后將控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成與電動調(diào)節(jié)閥開度相對應(yīng)的電信號送入電動調(diào)節(jié)閥中控制通道中的水流量。 </p><p>　　當上水箱的液位小于設(shè)定值時

47、，壓力變送器檢測到的信號小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號。經(jīng)過運算后即輸出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲水量，液位升高。當液位升高到設(shè)定高度時，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號為零，電動調(diào)節(jié)閥就維持在那個開度，流量也不變，同時水箱的液位也維持不變。</p><p>　　系統(tǒng)的控制框圖如圖4.2所示。其中SP為給定信號，由用戶通

48、過計算機設(shè)定，PV為控制變量，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號，經(jīng)過PLC的PID程序運算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成4-20mA的模擬電信號后輸出到電動調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使水箱的液位保持設(shè)定值。水箱的液位經(jīng)過壓力變送器檢測轉(zhuǎn)換成相關(guān)的電信號輸入到PLC的輸入接口，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成控制量PV，給定值SP與控制量PV經(jīng)過PLC的CPU的減法運算成了偏差信號e ,又輸入到PID調(diào)節(jié)器中，又開

49、始了新的調(diào)節(jié)。所以系統(tǒng)能實時地調(diào)節(jié)水箱的液位。</p><p>　　4.1.2上水箱下水箱液位串級控制系統(tǒng)</p><p>　　上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過程特性呈現(xiàn)大滯后，外界環(huán)境的擾動較大，要保持上水箱下水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡單的單閉環(huán)反饋控制不能實現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級閉環(huán)反饋系統(tǒng)。</p><p>　　上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)圖如圖4.

50、2所示，該系統(tǒng)中，上水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象，下水箱液位作為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對象。這里的擾動主要是水箱的出水閥的擾動，有時是認為的因素，有時是機械的因素，擾動總是不可避免的。主回路和副回路結(jié)合有效地抑制環(huán)境的擾動。</p><p>　　在這里，執(zhí)行機構(gòu)仍然是電動調(diào)節(jié)閥，依舊由PLC經(jīng)過PID算法后控制它的開度以控制水管里的水流量，控制兩個水箱的水位。它有兩個PID回路，分別是PID1和PID2。PID1為外環(huán)，控

51、制下水箱的液位，它的輸出值作為PID2的設(shè)定值，PID2控制上水箱的液位。</p><p><b>　　4.2硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.2.1檢測單元</b></p><p>　　在過程控制系統(tǒng)中，檢測環(huán)節(jié)是比較重要的一個環(huán)節(jié)。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測量可知道容器中的原料、

52、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進行。設(shè)計中涉及到液位的檢測和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量，控制水箱的液位。</p><p>　　液位變送器分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)變式、超聲波式、激光式、放射性式等。系統(tǒng)中用到的液位變送器是SP3051SP型高精度負壓力變送器。</p><p>　　過壓極限：施加0~14

53、MPa（絕壓）壓力到變送器任意一側(cè)，變送器不損壞，法蘭可承受60MPa壓力，正常工作大于3.45kPa（絕對壓力），精度等級：0.075%，量程比：100:1。</p><p>　　SP3051SP型高精度負壓力變送器 壓力傳感器</p><p><b>　　4.2.2執(zhí)行單元</b>&l

54、t;/p><p>　　執(zhí)行單元是構(gòu)成自動控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來自調(diào)節(jié)單元的輸出信號，并轉(zhuǎn)換成直角位移或轉(zhuǎn)角位移，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過程的物料或能量實現(xiàn)過程參數(shù)的自動控制。</p><p>　　執(zhí)行器的工作原理，由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)首先將來自調(diào)節(jié)器的信號轉(zhuǎn)變成推力或位移，對調(diào)節(jié)機構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的推力或位移，改變

55、調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥座間的流通面積，以達到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。來自調(diào)節(jié)器的信號經(jīng)信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號制式后，與來自執(zhí)行機構(gòu)的位置反饋信號比較，其信號差值輸入到執(zhí)行機構(gòu)，以確定執(zhí)行機構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。當位置反饋信號與輸入信號相等時，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度。</p><p>　　系統(tǒng)中用到的QS智能型調(diào)節(jié)閥</p&g

56、t;<p>　　所用到的執(zhí)行機構(gòu)為電動執(zhí)行機構(gòu)，輸出為角行程，控制軸轉(zhuǎn)動。電動執(zhí)行機構(gòu)的組成框圖。</p><p>　　來自PLC的模擬量輸出DC4-20mA信號Ii與位置反饋信號If進行比較，其差值經(jīng)放大后，控制伺服電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器后，改變調(diào)節(jié)器的開度，同時輸出軸的位移，經(jīng)位置發(fā)生器轉(zhuǎn)換成電流信號If。當Ii=If時，電動機停止轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)閥處于某一開度，即Q=KIi，式中Q為輸出軸的轉(zhuǎn)

57、角，K為比例常數(shù)。電動調(diào)節(jié)閥還提供手動操作，它的上部有個手柄，和軸連在一起，在系統(tǒng)掉電時可進行手動控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。</p><p><b>　　4.2.3控制單元</b></p><p>　　控制單元是整個系統(tǒng)的心臟。在系統(tǒng)中，PLC是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計的重要部分。</p><p>　　系統(tǒng)應(yīng)用的是西門子S7-30

58、0的PLC，其結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活且易于維護。它采用模塊化設(shè)計，本系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊。</p><p>　　4.2.4元件連線圖 （注：只是用組態(tài)軟件顯示下過程 控制不涉及組態(tài)軟件）</p><p><b>　　4.3軟件設(shè)計 </b></p><p>　　現(xiàn)在以上水箱的液位控制系統(tǒng)為例，畫出其控

59、制流程圖</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　單容水箱PID液位制系統(tǒng)設(shè)計程序</p><p><b>　　6結(jié)論</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)論文的創(chuàng)作，我知道了液位控制系統(tǒng)在生活中的重要性?；赑LC的PID液位控制系統(tǒng)能讓我們在生活中遇到比較危險的場合中變

60、得安全化、智能化。對于前人以前的所做的液位控制系統(tǒng)本系統(tǒng)更加的人性化，可以隨時修改液位的設(shè)定值。但本論文有許多不足之處，在PLC的編程方面做得不夠理想，希望大家指正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]王庭有等編著，《可編程控制器原理及應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，北京，2008</p><p>　　[2]李國勇