单容水箱液位恒值控制系统设计new.doc

一、 1. 设计内容 针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。 2. 设计要求 1）以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。 2）PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量≤15%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤60s； 3）组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；并能显示历史曲线。 4）选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数； 5）通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试； 6）分析系统基本控制特性，并得出相应的结论； 7）设计完成后，提交打印设计报告。 过程控制系统课程设计报告 班 级：自动化0841 姓 名： 王欢 学 号： 15 指导教师： 尹振红 撰写日期： 2011-12-16 摘要 本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。在设计中用到的PID算法提到得较多。本文的主要内容包括：水箱的特性确定与实验曲线分析， 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PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。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，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。 1 1.1课程设计内容 1 1.2课程设计要求分析 1 1.3 PID控制的原理和特点 1 1.3.1比例（P）控制及调节过程 2 1.3.2积分（I）控制及调节过程 2 1.3.3微分（D）控制及调节过程 3 1.4单容上水箱自衡过程的建摸 5 第二章 课程设计的方案 9 2.1 MCGS组态软件概述 9 2.2系统设计PLC程序 10 2.3 软件调试 13 2.3.1 设备之间安装与连接 15 2.3.2 系统的联机调试 15 第三章 课程设计总结 18 参考文献 19 附录 20 第一章 课程设计内容与要求分析 1.1课程设计内容 针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。 1.2课程设计要求分析 （1）以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。 （2）PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量≤15%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤60s； （3）组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；并能显示历史曲线。 （4）选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数； （5）通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试； （6）分析系统基本控制特性，并得出相应的结论； 1.3 PID控制的原理和特点 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，又称PID调节。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、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被