基于PLC和组态王的液位PID控制系统讲解

目录

1 《控制系统集成实训》任务书 (2)

2 总体设计方案 (4)

2.1 系统组成 (4)

2.2 水箱液位控制系统构成 (4)

2.3 水箱液位控制系统工作原理 (5)

2.4 仪表选型 (6)

2.4.1 GK-01电源控制屏 (6)

2.4.2 GK-02传感器输出与显示 (7)

2.4.3 GK-03单片机控制 (7)

2.4.4 GK-07交流变频调速 (8)

2.4.4 GK-08 PLC可编程控制 (8)

2.5 PLC设计流程图 (9)

3 外部接线图 (10)

4 I/0分配 (10)

5 梯形图 (11)

6 组态王界面 (15)

6.1 主界面 (16)

6.2 数据词典 (16)

6.3 曲线监控 (17)

6.4 水流动画程序 (18)

7 调试和运行结果 (19)

7.1 比例控制 (19)

7.2 比例积分调节 (19)

心得体会 (21)

参考文献 (22)

1.《控制系统集成实训》任务书

题目：基于PLC和组态王的液位PID控制系统

一、实训任务

本课题要求设计液位PID控制系统，它的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度,并通过PID控制减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。

1.实训模块：

1、THKGK-1过程控制实验装置GK-0

2、GK-07、GK-08。

2、计算机及STEP7运行环境（安装好演示程序）、MPI电缆线，组态王软件。

2.控制原理和控制要求：

控制原理如图所示，测量值信号由S7-200PLC的AI通道进入，经程序比较测量值与设定值的偏差，然后通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），并通过S7-200PLC 的AO通道输出。用此控制信号控制变频器的频率，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。S7-200PLC和上位机进行通讯，并利用上位机组态王软件实现给定值和PID参数的设置、手动/自动无扰动切换、实时过程曲线的绘制等功能。

二、实训目的

通过本次实训使学生掌握：1）实际控制方案的设计；2）编程软件的使用方法和梯形图语言的运用；2）程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生应用PLC 进行控制系统设计和调试能力，组态王设计监控界面的能力。

三、实训要求

1、系统方案设计

2、硬件选型和接线

3、PLC控制程序设计。

4、组态王监控程序设计。

5、总体调试与运行。

四、实训内容

1、熟悉本课题相关的各个子实验；

2、基于PLC和组态王液位PID控制系统；

3、硬件接线图、程序清单。

五、实训报告要求

报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献。

报告中提供如下内容：

1、目录

2、正文

（1）实训任务书；

（2）总体设计方案；

（3）硬件外部接线图，PLC中的I/O分配表，程序中使用的元件及功能表；

（4）梯形图或指令表清单，注释说明；

（5）组态王界面程序；

（6）调试、运行及其结果；

3、收获、体会

4、参考文献

六、实训进度安排

七、实训考核办法

本实训满分为100分，从平时表现、实训报告及实训答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。

2.总体设计方案

2.1 系统组成

单容水箱液位控制系统组成结构如图2.1所示，控制器采用S7-200PLC, 被控对象为单容水箱，水箱的液位经液位传感器测量变送至PLC, PLC对数据进行处理，根据控制要求进行运算，结果经模拟量输出给执行器，执行器为电动调节阀。

上位机通过计算机PC/PPI电缆和下位机PLC串口通信，上位机安装有STEP7-MicroWin 编程软件和组态王监控软件，可以进行控制算法编程，并为过程控制实验提供良好的人机界面，可以在实验时进行参数的设定修改以及响应曲线的在线显示，进行整个试验系统的监控。

图2.1单容水箱液位控制系统组成结构

2.2 水箱液位控制系统构成

单容水箱液位控制系统有四个基本组成部分，即控制器、执行器、被控过程和测量变送等，单容水箱液位控制系统示意图如图2.1所示。

图2.2 单容水箱液位控制系统示意图

2.3 水箱液位控制系统工作原理

在虚拟的水箱控制系统中当水箱液位实际值PV小于给定值SV时，通过组态王界面调大电动调节阀开度，使水箱液位上升；当水箱液位实际值PV大于给定值SV时，此时调小阀门开度，使水箱液位回到给定值上。数据采集原理框图如图2.3，数据采集是一个典型的简单负反馈控制回路, 通过传感器将实际的物理量(即水箱液位)转换为电压信号传给PLC的AD功能模块，转换后可送入PC中，与给定值进行比较得出偏差值，从而改变进水流量，以实现对水箱液位的控制。单容水箱液位控制系统方框图如2.3所示：

图2.3 单容水箱液位控制系统方框图

2.4 仪表选型

2.4.1 GK-01电源控制屏

GK-01电源控制屏如图1-1所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：

1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动和停止按钮、漏电保护器、电加热器控制开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。

图1-1、GK-01控制屏面板图

具体操作方法如下：

1）、将电源插座接220V市电电源，要注意“左零右火”的接线方式并且要有可靠的接地保护。如果一插上电源就有嘶嘶的声音，这时要检查电源的接线方式是否正确，是否可靠接地。

2）、插上三芯插头，此时控制屏左、右两侧的三芯电源插座均带电。

3）、先打开空气开关，再打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总电源接通。

4）、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。

5）、拨动照明钮子开关到“上”侧，此时接通日光灯电源，日光灯亮。

注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏上漏电时保护系动作，告警灯亮