課程設(shè)計(jì)報(bào)告-液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(bào)告要求3<

2、;/p><p>　　1.5、工程訓(xùn)練進(jìn)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(jì)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(jì)6</b

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

4、gt;　　3.3.1、PLC機(jī)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(jì)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(jì)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(yùn)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(yùn)行結(jié)果17</p><p>　　七、收獲與小結(jié)19</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)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(jì)</p><p>　　1.1、工程訓(xùn)練任務(wù)</p><p>　　本實(shí)訓(xùn)綜合運(yùn)用自動(dòng)化原理、PLC技術(shù)以及組態(tài)軟件等相關(guān)課程，通過本實(shí)訓(xùn)的鍛煉，使學(xué)生掌握自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)與方法，鞏固和加深對(duì)理論知識(shí)的理解。本課題針對(duì)液位

8、控制系統(tǒng)作初步設(shè)計(jì)和基本研究，該系統(tǒng)能對(duì)水箱液位信號(hào)進(jìn)行采集，以PLC為下位機(jī)，以工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控畫面，運(yùn)用PID控制算法對(duì)水箱液位進(jìn)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(yùn)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(qiáng)學(xué)生對(duì)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(shí)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(jiān)實(shí)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(yùn)用PLC程序?qū)崿F(xiàn)PID控制算法；</p><p>　　編寫整個(gè)液位控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(jì)上位機(jī)監(jiān)控畫面；</p><p><b>　　進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。</b></p><p>　　1.4、工程訓(xùn)練報(bào)告要求</p><p>　　報(bào)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(huì)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.5、工程訓(xùn)練進(jìn)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(shí)表現(xiàn)、工程訓(xùn)練報(bào)告及工程訓(xùn)練答辯三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，其所占比例分別為20%、40%、40%。</p><p><b>　　二、總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1、控制系統(tǒng)目標(biāo)</p>

13、<p>　　本課程設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用自動(dòng)化原理、PLC技術(shù)以及組態(tài)軟件等相關(guān)課程，針對(duì)雙容水箱液位控制系統(tǒng)作初步設(shè)計(jì)和基本研究。該系統(tǒng)能對(duì)水箱液位信號(hào)進(jìn)行采集，以PLC為下位機(jī)，以工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控畫面，運(yùn)用PID控制算法對(duì)水箱液位進(jìn)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(jì)</b></p><p>　　3.1、PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：</p><p>　　（1）應(yīng)最大限度地滿足機(jī)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>　　（3）力求控制簡單、實(shí)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(jì)的基本內(nèi)容和步驟：</p><p>　　3.2.1、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：</p><p>　

16、?。?）根據(jù)被控對(duì)象的工藝擬定控制系統(tǒng)的控制功能及目標(biāo)；</p><p>　?。?）細(xì)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(jì)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(yùn)。[2]</p><p>　　3.2.2、設(shè)計(jì)的基本步驟：</p><p>　?。?）分析被控對(duì)象并提出控制要求；</p><p>　　（2）確定輸入輸出設(shè)備；</p><p>　?。?）選擇PLC機(jī)型；</p

18、><p>　?。?）分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件電路；</p><p>　?。?）程序設(shè)計(jì)和程序模擬調(diào)試；</p><p>　?。?）硬件實(shí)施主要進(jìn)行控制臺(tái)等硬件的設(shè)計(jì)與現(xiàn)場施工；</p><p><b>　　（7）聯(lián)機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)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(dòng)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(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)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(duì)于保證整個(gè)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(jī)型、容量等的選擇。</p><p>　　3.3.1、PLC機(jī)型選擇</p><p>　　機(jī)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(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。</p><p><b>　?。?

21、）結(jié)構(gòu)合理</b></p><p>　　對(duì)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(qiáng)弱適當(dāng)</b></p><p>　　對(duì)于開關(guān)量控制的工程項(xiàng)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(diǎn)數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價(jià)格也較高，若備用的1/O點(diǎn)是數(shù)量太多，將使成本增加。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常1/0點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的考慮留10%-15%點(diǎn)數(shù)備用量。</p><p><b>　　四、軟件設(shè)計(jì)</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(jì)中，選用了含PID調(diào)節(jié)的PLC來實(shí)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(diǎn)。經(jīng)比例(P)、積分(I)和微分(D)運(yùn)算后通過線性組合構(gòu)成控制量u(t)，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)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(hào)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(shí)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(qiáng)弱取決于積分時(shí)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(qiáng)，易引起系統(tǒng)振蕩。<

27、/p><p>　　(3) 微分環(huán)節(jié)：對(duì)偏差信號(hào)的變化趨勢做出反應(yīng)，并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)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(shí)間，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。</p><p>　　五、組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1、建立新工程</b>

28、;</p><p>　　啟動(dòng)組態(tài)王的項(xiàng)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(jì)”的工程，點(diǎn)擊完成新建工程。</p><p><b>　　5.2、建立通訊口</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中用S7-200的PPI編程電纜實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(duì)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(duì)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(huì)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(diǎn)擊工程瀏覽器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標(biāo)，右面工作區(qū)會(huì)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(duì)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(duì)話框，輸入名稱點(diǎn)擊確定進(jìn)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(jìn)行動(dòng)畫連接。</p><p>　　(3) 建立報(bào)警界面</p><p>　　(4) 建立歷史曲線界面</p>

32、<p>　?。?）建立動(dòng)畫、函數(shù)連接</p><p>　　設(shè)定按鈕或文字鏈接的對(duì)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(jìn)行連接時(shí)，會(huì)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(yùn)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(jìn)入組態(tài)王組態(tài)運(yùn)行模式。</p><p>　　3.打開變頻器開關(guān)，在監(jiān)控畫面上點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”，進(jìn)入監(jiān)控畫面，設(shè)定液位給定值，開始運(yùn)行按鈕和自動(dòng)按鈕。</p><p>　　4.根據(jù)液位上升速度和液位實(shí)時(shí)曲線反復(fù)調(diào)節(jié)P、I、D參數(shù)，使液

34、位達(dá)到設(shè)定液位同時(shí)曲線上升平穩(wěn)。</p><p>　　5.打開手動(dòng)按鈕，按動(dòng)進(jìn)水按鈕看是否進(jìn)水。</p><p><b>　　6.2、運(yùn)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(yùn)行。同時(shí)得到以下監(jiān)控畫面：</p><p><b>　　1.實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線</b><

35、/p><p>　　2.歷史趨勢監(jiān)控曲線</p><p><b>　　3.報(bào)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(jì)時(shí)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(jì)過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)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(yàn)，增強(qiáng)了信心。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我的工程素質(zhì)，在

37、沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我把自己想出來的程序與到PLC中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距通過合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。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(jì)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(qǐng)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(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20