水箱液位流量串级控制.doc

西安文理学院机械电子工程系 课程设计报告 专业班级 07级自动化02班 课 程 过程控制系统 题 目 水箱液位控制系统设计 学 号 00000000204 学生姓名 指导教师 2010年 12 月 西安文理学院机械电子工程系 课程设计任务书 学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 讲 师 教研室 自动化 课 程 过程控制系统 题目 水箱液位控制系统设计 任务与要求 设计任务：利用实验室的多容水箱及其辅助检测设备，并采用PLC作为控制器的硬件，设计一个液位控制系统，使液位能够保持在设定的范围内。 设计要求： 根据设计任务首先进行系统方案设计，要求绘制出控制系统的结构图及控制系统框图； 确定方案后，设计控制系统的电气原理图； 根据设计的原理图，进行硬件连接； 编制PLC的控制程序并设计一套简单的上位机监控画面； 调试PLC程序直至满足控制要求为止； 对控制系统设计的过程进行总结，认真书写课程设计报告并按时上交。 开始日期 2010-12-06 完成日期 2010-12-31 2010 年 12 月 31日  设计题目:水箱液位控制系统的设计 摘要： 随着现代工业生产过程向着大型、连续方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下,传统的单回路液位控制已经难以满足一些复杂的控制要求，水箱液位控制系统由于控制过程特性呈现大滞后、外界环境的扰动较大，要保持水箱液位最后都保持设定值，用简单的单闭环反馈控制不能实现很好的控制效果，所以采用串级闭环反馈系统。 本设计采用水箱液位和注水流量串级控制，设计系统主要由水箱、管道、三相磁力泵、水压传感器、涡轮流量计、变频器、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成。系统中由液位PID控制器的设定值端口设置液位给定值，水压力传感器检测液位。涡轮流量计测流量，变频器调节水泵的转速，采用PID算法得出变频器输出值，实现流量的控制。流量控制是内环，液位控制是外环。 制作相对应的控制画面，让画面的个按钮与变量相对应，对系统的个参数进行整定，通过不断的调试，使系统尽可能的保持在要求的位置。 系统电源由接触器和按钮控制，系统电源接通后PLC进行必要的 自检和初始化，控制器接收到系统启动按钮动作信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作，开始两个闭环系统的调节控制。 关键词：PLC控制；变频器；PID控制；Wincc组件；上位机 目 录 1、设计目的和任务 1 1.1 目的 1 1.2 主要任务 1 2、设计方案提出及选择 1 2.1 液位单闭环控制系统 1 2.2 液位流量串级控制系统 1 3、液位串级控制系统组成结构 2 3.1 串级控制系统的组成 2 3.2 系统总貌图 4 4、设计方案的控制流程图和电气原理图 4 4.1 水箱液位串级控制系统的结构图设计 4 4.2 水箱液位串级控制系统框图的设计 5 4.3 电气原理图的设计 5 5、系统工作原理 6 5.1 水箱工作原理 6 5.2 PID控制工作原理 7 6、软件流程图及程序的编写 7 7、上位机画面制作 9 8、PID参数整定 10 8.1 串级控制回路系统的优点 10 8.2 串级控制系统的作用 10 8.3 监控画面参数的调节 11 9、结果 12 致谢 参考文献 1、设计目的和任务 1.1 目的 利用实验室的多容水箱及其辅助检测设备，并采用PLC作为控制器的硬件，设计一个液位控制系统，使得液位能够尽量保持平稳在设定的范围内 通过课程设计，加强对课程的理解与掌握，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算及系统调试等环节，初步掌握PLC的硬件设计和软件设计，程序调试等PLC系统的开发过程，进一步提高分析解决实际问题的能力。 1.2 主要任务 1 了解水箱液位的控制系统的物理结