北京科技大学2017自动控制系统的设计与实现报告精选.doc

北京科技大学 自动控制系统的设计与实现 报告 班 级：*** 姓 名：*** 学 号：*** 日 期：*** 目 录 1系统概述 2 1.1实训对象 2 1.2上位机软件 2 1.3下位机 2 1.4实训任务与目的 2 1.5分组情况 2 2方案设计依据、范围及相关标准 3 3系统分析 4 3.1 需求分析 4 3.2 对象特性分析 4 3.3 工艺流程分析 4 3.4 系统安全分析 4 4系统设计 5 4.1 整体方案设计 5 4.2 控制系统设计 5 4.3 安全系统的设计 5 4.4 控制系统管道仪表流程图 5 5系统设备选择与系统连接 6 5.1 系统设备选择 6 5.2 系统连接 6 6 实施效果 7 6.1 操作说明 7 6.2 监控画面 7 6.3 响应曲线及性能分析 7 7 经济效益分析 8 8 实训总结 9 8.1 目标，过程，结果等分析 9 8.2 对实训的收获，要求和建议 9 参考文献 10 1系统概述 1.1实训对象 正文部分，小四宋体。行距1.5倍。A4双面打印。每节新起一页。 本次小学期的自动化实训的对象是水箱：包括高度为30cm的三容水箱以及水泵，流量计，压力计，水管，进水孔，出水孔等器件。 1.2上位机软件 本次实训使用的上位机软件是组态王，安装在win7计算机主机上运行，用于控制下位机。 1.3下位机 本次实训使用的下位机是西门子PLC系列产品中的S7-200,属于微型PLC，是一种以可编程的程序控制器，变频器调速和计算机通信等技术为主体的小型控制系统，应用比较广泛。 1.4实训任务与目的 本次实训我们组的任务和目标是实现自主设计的水平双容水箱，能够通过设定液位的高度，通过系统的自主调节，维持液位高度处于设定值，并且能够实时显示液位高度和其变化情况。 1.5分组情况 组长：*** 组员：*** 2方案设计依据、范围及相关标准 在本次实验中所实现的水平双容水箱PID系统中被控对象是水箱的高度，需要保持液面的高度达到设定值高度，并且能够相对稳定地维持在该高度，给定值是通过在组态王软件平台上设定液面高度值，PID调节器是本实验中所使用的西门子PLC中的S7-200，是该系统的核心所在，能够根据设定值和输出值之间的差值进行判断和实时调节，执行调节部分是由水泵，水管等组成的，可以通过调节流速的大小来控制液面高度的相对稳定，输出值即是液面的高度和在组态王软件上显示的波形图，测量部分是由压力传感器，流速传感器组成的，用来测量水箱中液面的实时高度值和水管中的实时流速大小，同时也是该系统的反馈部分。 我们组所设计的水平双容水箱系统，在上位机中能够选择手动状态和自动状态，增益值G，比例系数P，积分系数I和微分系数D，液面预设高度SP，都能够在上位机中设定，而实时测量值PV和输出百分比MV也都能够在上位机中以实时曲线和实时数值的形式显示出来，也能够实现系统的实时开启和关闭，并且具有此系统具有实时性，稳定性，快速性，准确性和安全性，水平双容水箱特性曲线可视为二阶振荡环节，系统在受到阶跃干扰后，输出变量变化速度初始时趋于零，变化量随时间逐渐增大，达到一定值后，又逐渐减小，最后趋于零，变量达到新的稳定值。 3系统分析 3.1 需求分析 当今工业化的时代，为了满足急剧上升的社会生产需求，现代工业自动化的生产水平也逐步升高，可编程控制器系统取代了原来比较落后的继电器控制，极大地解放了人类的双手，也提高了生产力，在我们的日常生活和工业生产中，经常需要对水位进行实时控制，应用十分广泛，比如生活中常见的抽水马桶，水塔，地下水，以及工业生产中的水电站，大型锅炉中的水位经常需要保持在一个预先设定的高度，在以前主要是通过人工观察和继电器控制的方法来维持液位的相对稳定，具有实现复杂，操作危险以及效率低下的缺点，对于一些对液位高度要求极为严格的工业生产，仅仅靠人力无法实现，随着传感器精度的提高和可编程逻辑系统控制器的诞生以及计算机技术的发展，能够实现系统的自动调节，即无需人为干涉，采用PLC进行自主控制，对液体的液位进行实时控制，同时能够将液位实时显示出来供人们观察，以及当液位不符合实际需求时能够给出报警信息从而避免一系列的不必要的麻烦。 3.2 对象特性分析 本实验中由于被控制对象的工作原理和内部结构不能够直观的观察出来，因而可以通过测定一些重要的参数，通常用来描述被控对象特性的参数有放大系数K，时间常数T，滞后时间τ，以及上升时间，调节时间，峰值时间，以及超调量等参数来研究对象的特性，这些参数通常能够在实验平台软件上进行预先设定或者是读取出来，通过建立相应的数学模型，进行分析和计算，得出相应的特性曲线方程。而PID控制器由比例单元P，积分单元I和微分单