基于PID的上水箱液位控制系统设计课程设计
(完整word版)带PID的液位控制系统课程设计
《过程控制》课程设计学生姓名：学号：210992专业班级：电气工程及其自动化(1）班指导教师:二○一二年六月十五日目录1.课程设计目的 (3)2.课程设计题目和要求 (3)3。
设计内容 (4)3.1课程设计的方案 (4)3。
2 硬件设计。
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3 软件设计。
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104.设计总结 (18)5.参考书目 (18)附录 (19)1、课程设计目的通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力：(1）。
查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；（2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意提高分析和解决实际问题的能力；（3）.迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力；(4）。
用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2、课程设计题目和要求题目：带PID的液位控制系统要求：1. 要求设计液位系统，要求通过阀门准确控制液位，采用带有增量式的PID，要求无余差,超调小,加热速度快.2。
硬件采用51系列单片机。
3采用keil c作为编程语言，采用结构化的设计方法3、设计内容3。
1课程设计的方案在工业生产过程中，如图2。
1所示的加热炉，为了保证生产正常进行，物料进出均需平衡，炉内温度也需恒定。
选择被控参数：根据工艺可知，加热炉的液位要求维持在某给定值上下,所以直接选取液位为被控参数。
加热炉的温度则以炉壁的温度为被控参数。
选择控制参数：液位控制以流出加热炉的物料流量为控制参数。
温度控制以供给燃料的流量为控制参数。
基于PLC水箱水位自动控制系统的设计思路
研发设计I RESEARCH DESIGN摘要：文章就P L C水箱水位自动控制系统的设计思路进行简单论述，该设计思路是采用西门子S7-200P L C为主控制机的多泵恒 压供水控制系统。
在传统水箱供水的基础上，加入了 P L C、变频器等器件，以实现恒压供水。
关键词：P L C:恒压供水；自动控制I基于P L C水箱水位自动控制系统的设计思路■文水是生命之源，水对人民生活与工业生产的影响非常大，同时人们对供水系统的质量和可靠性的要求也很高。
变频恒 压供水系统是集变频技术、PLC技术、现代控制技术等多种 技术于一体，可靠地为人民生活和工业生产提供优质水服务 的一项技术。
1. 恒压供水系统的意义及设计思路众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分。
企业生产和人民生活对水的需求非常大，对来水的量和来水 的压力都有严格的要求。
同时，企业生产和人民生活对水需 求的时段有所不同，企业生产可能是全时段，而人民生活基 本上是在白天。
夏季人民的生活用水就会多些，冬季就会少 些。
这就需要一套系统，既能保证企业生产和人民生活的用 水量和用水压力，又能识别哪个季节哪个时段的用水。
综上 所述，在设计上只要把上述需求转换到水压上就能够解决难 题。
该设计就是从这个点出发，利用PLC对通过压力传感 器采集过来的信息进行分析处理，给出合理的控制信息，进 行恒压供水。
把PLC技术运用在水箱水位控制系统中，具 有很大的发展空间和应用价值。
2.自动控制系统相关组件2. 1PLC组件PLC是可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计 数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 和输出控制，各种类型的机械或生产过程。
当前，P L C已是 适用于工业现场工作的标准设备。
2.2变频器组件变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工 作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
基于PID算法液位控制系统的设计
２ 系统 建 模
２ １ 实验 平 台 ．
以 Ａ ０ ０实 验 系 统 为 基 础 ， 择 中水 箱 和 下 水 ３０ 选
箱 为 对象模 型 ， 设计 ＰＤ控 制 器 ， 过 下水 箱 液 位 来 Ｉ 通
控制电磁阀的阀门开度 ， 实现下水箱液位的控制。实 验 系统 如 图 ｌ 示 。 所
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｉ ｕ ｄ ｌｖ ｌｃ ｎ ｒｌｉ ｃ ｍｍｏ ｏ ｔ ｌｉ ｎ ｕ ｔ ａ ｒｄ ｃｉｎ ａ ｅｌａ ａ ｌ ｉ ｕ ｈ ａ ｏ ｌｒｌ ｕｄ ｌ ｖ ｌ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅｌｑ ｉ ｅ ｅ ｏ ｔ ｓ ｏ ｏ ｎ ｃ ｎ ｒ ｎ ｉ ｄ ｓｒ ｌｐ ｏ ｕ ｔ ｓ ｗ ｌ ｓ ｄ ｉ ｌ ｅ ｓ ｃ ｓ ｂ ｉ ｑ ｉ ｅ ｅ ｏ ｉ ｏ ｙ ｆ ｅ ｉ ａ ｄ ｗａｅ ｅ ｅ ． Ｉ ｈ ａ ｅ ，ｔ ｅ ｗ ｔｒ ｔｎ ｄ ｌｉ ｓ ｂ ｓ ｅ ｏ ａｅ ｅ ｅ ｏ ｔ ｌｓ ｓ ｍ ，Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒｌｒ ｌ ｓ ｄ — ｎ ｔｒ ｌｖ １ ｎ ｔｅ ｐ ｐ ｒ ｈ ａｅ ａ ｋ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｔ ｌ ｈ ｄ ｆｒ ｗ ｔｒ ｌｖ ｌｃ ｎｒ ｙ ｔ ａｉ ｏ ｅ Ｉ ｏ ｔ ｕｅ ｉ ｅ ｏ ｓｇ ｅ ｉ ｎ ｄ，Ａｆ ｒｓｍｕ ａｉ ｎ ｕ ｉ ｇ Ｍａｌｂ ａ ｄ ｓ ｔ ｎ Ｉ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ，ｔ ｅ ｈ ｉ ｌ ａｉｎ Ｃ Ｉ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ａ ｅｇ ｔ ｔ ｉ ｌ ｔ ｓｎ ｔ ｎ ｅｔ ｇ Ｐ Ｄ ａ ａ ｔｒ ｅ ｏ ａ ｉ ｈ ｎ ｔ ｅ ｓｍｕ ｔ Ｈ Ｖ ｎ ｈ ｅ ａ ａ ｔｒ ｒ ｏ ， ｏ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒｌｅ ｅ ｔｉ ｅ ｙ ｗ ｌ ａ ｄ ｃ ｎ ｒａ ｉ ｈ ｔ ｒｌｖ ｌ ｏ ｔ １ ｈ ｏ ｔｏ ｆ ｃ ｓｖ ｒ ｅｌ ｎ ａ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ ｗａｅ ｅ ｅ ｎ ｒ ． ｚ ｃ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｕ ｄ ｌｖ ｌ ｏ ｔｏ ；Ｐ Ｄ ａｇ ｒ ｈ ｙ ｗｏ ｄ ：ｌ ｉ ｅ ｅ ｎ ｒ ｌ Ｉ ｏ ｉ ｍ；ｓ ｔ ｎ ；ＭＡ ＡＢ ｑ ｃ ｌ ｔ ｅｔ ｇ ｉ ＴＬ
基于PID的液位控制系统的设计与实现
基于PID的液位控制系统的设计与实现液位控制系统是工业生产过程中常用的控制技术之一、PID（比例-积分-微分）控制器是一种经典的控制算法，可以有效地实现液位控制。
本文将设计和实现基于PID的液位控制系统。
液位控制系统一般由传感器、执行器和控制器组成。
传感器用于测量液位高度，执行器用于调节液位，而控制器则根据测量值和设定值之间的差异来控制执行器的运动。
在这个过程中，PID控制器起到关键的作用。
首先，我们需要设计传感器来测量液位高度。
常见的液位传感器有浮子式、压力式和电容式传感器。
根据实际应用需求，选择适合的传感器。
传感器的输出值将作为反馈信号输入到PID控制器中。
其次，我们需要选择合适的执行器来调节液位。
根据液位的控制需求，可以选择阀门、泵等执行器。
这些执行器的动作是由PID控制器输出的控制信号来控制的。
接下来，我们将重点介绍PID控制器的设计和实现。
PID控制器由比例、积分和微分三个部分组成。
比例部分输出和误差成正比，积分部分输出和误差的累积和成正比，微分部分输出和误差的变化率成正比。
PID控制器的公式为：输出=Kp*错误+Ki*积分误差+Kd*微分误差其中，Kp、Ki、Kd是PID控制器的三个参数。
这些参数的选择对于系统的稳定性和响应速度有重要影响。
参数的选择需要通过实验和调试来确定。
在PID控制器的实现中，有两种常用的方式：模拟PID和数字PID。
模拟PID控制器基于模拟电路实现，适用于一些低要求的应用场景。
数字PID控制器基于微处理器或单片机实现，适用于更复杂的控制场景。
在具体的实现中，我们需要先进行系统建模和参数调整。
系统建模是将液位控制系统转化为数学模型，以便进行分析和设计。
常见的建模方法有传递函数法和状态空间法。
参数调整是通过实验和仿真等手段来确定PID控制器的参数。
接下来，根据建模和参数调整的结果，我们可以进行PID控制器的实际设计和实现。
在设计过程中，需要注意选择合适的控制算法和调试方法，以保证系统的稳定性和性能。
(完整版)优秀pid毕业课程设计实例3——液位控制系统水位的控制
液位控制系统水位的控制北京科技大学自1105班李骏霄指导老师：付冬梅教授摘要：这篇文章是把PID调节器运用于实际系统中，实现对其调节。
该系统中水位位置的控制是通过出水管和进水管流量的差值的大小来反应水位的高低，根据它们的不同变化运用PID调节器对闸门进行调节。
关键字：PID调节器，Matlab 仿真曲线，反馈系统The water level control of the liquid level control systemAbstract: This article is to put PID adjustor into practice in order to adjust it. The water level control of the system is to use the differences of output and input of the water pipe to reflect the diagram , feedback system1.引言：工业生产中，为了提高经济效率，常需要实行最优控制。
同理，在水位控制系统中，由于阀门压强的不断变化引起水位的不断变化，影响生产的顺利进行。
所以为了改善这种情况，引入PID调节器，利用进出流量的差值的反馈来测水流速度的大小，近而调节阀门，控制水位这样达到最优配置，提高效率。
2.理论部分：PID是指PID调节器，被插入到反馈控制系统的控制偏差信号后，它是将具有放大功能的比例P(proportional)，积分I(integral)，微分D(derivative)的各种功能并行结合的，此时的传递函数为：C(s)=Kp(1+1TiS+TdS)Kp比例增益，Ti积分时间，Td微分时间。
比例作用是输出比例于控制偏差的操作量。
只靠比例作用的控制中，有时会有稳定偏差，一般情况下下一个积分作用也被引用。
积分作用是输出积分偏差后的信号。
只要有偏差，则操作量增加，最终可以将偏差可以变为0。
现代控制理论第3版课程设计 (2)
现代控制理论第3版课程设计一、课程设计背景：现代控制理论是控制理论中的重要分支之一，具有广泛的应用领域。
为了提高学生掌握现代控制理论的能力，促进理论与实践能力的提升，本次课程设计旨在通过解决实际控制问题，让学生深入了解现代控制理论在应用中的基本思想和方法，增强学生掌握现代控制理论的能力。
二、课程设计目标：通过课程设计的实践，学生应该能够：1.理解现代控制理论的基本思想和方法2.能够就现代控制理论的相关问题进行设计和分析3.掌握MATLAB等相关软件的使用三、课程设计内容：1. 题目：基于PID控制的水箱水位控制系统的设计和实现。
2. 系统说明：一个水箱安装在一楼大厅中央，有三个进口管道，水箱水位通过一个测量装置进行实时监测，并且使用一个气泵和一个气压传感器控制水的进出。
系统输入为PID控制器输出的控制信号，输出为水箱水位的实际测量值。
3. 要求：1.对系统进行建模，使用MATLAB/Simulink进行仿真。
2.采用PID控制器设计水位控制系统，使用仿真软件调整PID参数。
3.设计一个数据采集程序，将实际采集到的数据与仿真结果进行比对，进行评估与分析。
4. 实验流程：1.在MATLAB/Simulink中建模，对系统进行仿真。
2.手动控制气泵打开，可以采集到不同水位的实际数值，记录数据。
3.在仿真软件中调整PID控制器，使仿真结果与实际数据尽可能接近。
4.持续采集数据并记录，使用MATLAB进行分析，并对比仿真结果。
5. 提交物品：1.实验报告2.实验程序3.数据分析结果四、课程设计要求：1.充分理解系统建模、PID控制器的设计原理2.熟悉MATLAB/Simulink等相关软件的使用方法3.采集实际数据并进行评分和分析4.编写实验报告并提交五、课程设计评估:1.实验报告40分；2.实验程序30分；3.数据分析结果30分。
六、课程设计注意事项：1.严格遵守实验室规定。
2.实验过程中要注意安全，确保实验室设备的安全。
基于PLC的模糊PID水箱液位控制系统设计
基于PLC的模糊PID水箱液位控制系统设计摘要常规PID控制器结构简单、稳定性好、工作可靠，被广泛应用于过程控制中，但常规的PID在系统参数、工作环境发生变化时往往不能获得较好的控制效果。
采用基于PLC 知识和不依赖精确数学模型的模糊控制来解决这类问题。
本文首先通过机理法建立液位控制系统水箱的数学模型，为了改善调节过程的动态特性，采用串级控制，主调节器用模糊控制，副调节器采用PID控制。
根据液位系统的特征，选取合适的模糊控制规则和隶属度函数，建立模糊控制规则查询表，设计PID控制器和模糊控制器，将设计好的串级系统在Simulink软件上进行仿真，比较常规PID 控制器和模糊PID控制器的控制性能。
通过西门子SIMATIC S7-300 PLC 编程系统和力控组态软件6.0设计了西门子PLC 的常规PID系统和模糊PID控制算法。
通过组态软件力控6.0实时监控液位变化，将设计好的液位控制系统进行仿真。
实验表明模糊控制器具有良好的动、静态控制效果。
关键词：过程控制，PID控制，模糊控制，PLC，力控组态软件Based on PLC fuzzy PID water level control system designAbstractThe conventional PID controller simple structure, good stability, reliable working, are widely used in process control, but the conventional PID parameters in the system, working environment change often cannot obtain the good control effect. Based on PLC knowledge and not rely on the accurate mathematical model of fuzzy control to solve the problem.This paper first through the mechanism of water level control system method to establish the mathematical model, in order to improve the dynamic characteristics of the regulatory process, the cascade control, regulation is the fuzzy control, vice regulator PID control. According to the characteristics of liquid level system, to select the suitable fuzzy control rules and membership functions, establish the fuzzy control rules lookup, PID controller and fuzzy controller design, the design good ship machine system in Simulink software, and simulation is the conventional PID controller and fuzzy PID controller control performance.Through the Siemens SIMATIC S7-300 PLC programming system and the force control configuration software design of the 6.0 Siemens PLC conventional PID systems and fuzzy PID control algorithm. Through the configuration software force charged with 6.0 real-time monitoring level changes, Will design good level control system was simulated. Experiments show that the fuzzy controller has good dynamic and static control effect.Key Words: Process control, PID control, Fuzzy control, PLC, Force contro目录1 绪论 (1)1.1过程控制概述 (1)1.2模糊控制理论的产生和发展状况 (2)1.3PLC的特点及发展状况 (3)1.3.1 PLC的特点 (3)1.3.2 PLC技术发展动向 (5)1.3.3 可编程控制器的硬件组成 (6)1.4课题研究的主要内容与论文结构 (6)1.4.1 课题研究内容 (6)1.4.2 论文结构 (7)2 水箱液位控制系统设计及模型分析 (7)2.1水箱液位串级控制系统设计 (8)2.2水箱液位控制系统组成及工作原理 (9)2.3双容水箱数学模型建立与分析 (10)3 PID控制和模糊控制 (14)3.1PID控制 (14)3.1.1 PID简述 (14)3.1.2 数字式PID控制算法 (16)3.2模糊控制 (18)3.2.1 模糊控制器的基本结构 (18)3.2.2 模糊集合 (20)3.2.3 隶属度函数及其确定 (22)3.2.4 模糊推理 (24)3.3液位模糊控制器的设计 (25)4 系统硬件设计 (31)4.1西门子S7-300PLC (31)4.2液位控制系统组成 (32)5 PLC编程实现 (35)5.1西门子S7-300编程基础 (35)5.2STEP7编程 (36)5.3控制算法的实现 (38)5.3.1 程序流程图 (38)5.3.2 梯形图程序 (40)5.4组态软件力控6.0 (43)5.5常规PID与模糊PID控制器性能比较 (44)5.5.1 用MATLAB模糊逻辑工具箱设计模糊控制器 (44)5.5.2 SIMULINK仿真 (46)结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)附录 (52)1绪论1.1过程控制概述过程控制技术是利用测量仪表、控制仪表、计算机、通信网络等技术工具，自动获得各种变量的信息，并对影响过程状况的变量进行自动调节和操作，以达到控制要求等目的的技术。
上水箱液位简单PID控制实验
实验二上水箱液位简单PID 控制实验一.实验目的1. 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2. 分析分别用P 、PI 和PID 调节时的过程图形曲线。
3. 定性地研究P 、PI 和PID 调节器的参数对系统性能的影响。
二.实验原理图3-1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P ）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI ）调节器，由于积分的作用，PID 控制器电动调节阀上小水箱液位变送器+ ─给定液位图3-1、实验原理图扰动不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
在单位阶跃作用下，P、PI、PID 调节系统的阶跃响应分别如图3-2中的曲线①、②、③所示。
图3-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线三.实验设备AE2000A型过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、万用表一只四.实验内容和步骤1、设备的连接和检查：1)将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。
基于PID的上水箱液位控制系统设计
基于PID的上水箱液位控制系统设计一、引言上水箱液位控制系统是指通过控制进水和排水流量，以维持上水箱液位在设定范围内的一种控制系统。
该系统通常由液位传感器、执行器（如水泵和阀门）以及PID控制器组成。
PID控制器利用反馈信号和设定值之间的误差，控制执行器的输出来调节系统的操作点。
本文将介绍基于PID 控制算法的上水箱液位控制系统设计。
二、系统框架及传感器设计上水箱液位控制系统的框架由上水箱、进水管、排水管、水泵和阀门等组成。
液位传感器被安装在上水箱内部，并通过模拟信号输出当前液位高度。
液位传感器使用压力或超声波等测量方法，将液位高度转化为与之对应的电信号。
三、PID控制器设计PID控制器是目前最为常用的控制算法之一，其通过比较反馈信号与设定值之间的误差，并根据比例、积分和微分三个参数的调节来调整执行器的输出。
PID控制器的输出信号将会改变水泵和阀门的工作状态，以实现液位控制目标。
1. 比例（Proportional）参数：该参数决定了控制器输出与误差的线性关系。
假设比例参数为Kp，则控制器输出为Kp乘以误差信号。
较大的比例参数会导致较大幅度的输出调整，但可能会引起过冲。
2. 积分（Integral）参数：该参数代表了误差随时间的累积值。
通过对误差的积分可以消除稳态误差，提高系统的稳定性。
大的积分参数会导致较大幅度的输出调整，但可能引起系统超调和震荡。
3. 微分（Derivative）参数：该参数反映了误差变化的速度。
通过对误差的微分可以预测误差的未来变化趋势，对输出进行调整。
适当调节微分参数可以提高系统的响应速度，减小超调和震荡。
四、系统实现及优化1.系统实现根据液位传感器的反馈信号以及设定值，PID控制器计算出相应的控制输出，并改变水泵和阀门的工作状态，实现液位控制。
具体步骤如下：1）根据液位传感器的信号，计算当前液位与设定值之间的误差。
2）根据误差的大小，计算比例、积分和微分参数的调整值。
3）将调整值作用于水泵和阀门的工作状态，调节进出水流量。
基于PLC的水箱液位PID控制
基于PLC的水箱液位PID控制摘要本设计的课题是基于PLC的水箱液位PID控制。
在设计中，主要是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文设计中用到的PID算法较多，而在PLC方面的知识较少。
本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， S7-200系列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讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。
关键词：S7-200系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，PID指令，The liquid level control system based on PLCAuthor：Yan ZhengjunTutor：Wang HongweiABSTRACTThe subject of graduation design is based on PLC, liquid level control systemdesign. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model andcontrol algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PIDalgorithm, PLC in less knowledge.Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curveanalysis, S7-200 series PLC hardware control, PID tuning parameters and variousparameters of the control performance comparison, the application PID controlalgorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce andexplain the various parts of the PLC process control commands to control the tanklevel PID instruction.Keywords：S7-200 series PLC, PID control algorithm, to expand the criticalproportion method, PID instruction,目录第一章绪论............................................................. 错误!未定义书签。
基于PLC的液位控制系统设计
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
液位控制系统的硬件组成
计算机液位控制系统电路图如图所示。在本控制系统中、用计算机实现控 制算法, PLC控制系统带有A/D模块SM331和D/A模块SM332。电动调节阀作为 执行机构。
控制系统硬件电路连接图
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
液位变送器 : 采用液位变送器 BP800采用工业用的扩散硅压力变送器， 含不绣钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补 偿 。压力传感器用来对上水箱和下水箱的液位进行检测，变送器为二 线制，故工作时需串接24VDC电源 。
电动调节阀 : 采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。。 电动调节阀号为: QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、 推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作 方便等优点，控制信号为4—20mADC或1—5VDC，输出4—2OmADC的阀位信 号，使用和校正非常方便。
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基于PLC的液位控制系统设计
建立数学模型
被控对象的数学模型 :
将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型 就是h与Q1之间的数学表达式。根据动态物料平衡关系有:
2024年7月16日
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基于PLC的液位控制系统设计
表示为增量形式:
式中: ΔQ1，ΔQ2，Δh分别为偏离某一平衡状态的增量；A为水箱截 面积。
基于PLC的液位控制系统设计
本文设计的主要目的是控制下水箱的液位。使下水箱的 液位在某一比较小的范围变化。
研究对象是双容水箱的串级系统。 液位控制系统的组成：
控制器 电动调节阀 上水箱、下水箱 液位变送器等 电动调节阀用于调节上水箱的进水量大小，液位变送器 用于检测上水箱和下水箱的液位。控制器的输出量用于控制 调节阀的开度。
上、中水箱液位串级PID控制实验
上、中水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的基本概念和组成。
2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。
3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。
二、实验设备AE2000型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
三、实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。
控制框图如图9-1所示：图9-1上水箱下水箱液位串级控制框图四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查1).打开以丹麦泵为动力的支路至上水箱的所有阀门，关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门。
2).打开上水箱出水阀和中水箱的出水阀开至适当的开度。
3).检查电源开关是否关闭2、系统连线图图9-2实验接线图1).将上水箱液位信号接至8017的AI0通道，将中水箱液位信号接至8017的AO0通道。
2).将8024的AO1通道接至气动调节阀的控制信号输入端。
3).电源控制板上的三相电源空气开关、丹麦泵电源开关打在关的位置。
3、启动实验装置：1).打开电源带漏电保护空气开关。
打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。
打开单相泵电源。
2).启动计算机DDC组态软件，进入实验系统相应的实验3).建立工作点将副回路的PID控制器设成手动单击实验界面中的副回路PID控制器标签打开副回路PID控制器界面，然后单击副回路PID控制器的“手动”按钮a、设定工作点单击副回路PID控制器界面中MV柱体旁的增/减键，设置MV（U1）的值c、进行对象动态特性测试（参见已做过的实验）给MV一个阶跃，将1号和3号水箱的液位变化数据记录在表1中：根据实验数据用两点法建立3号和1号水箱的传递函数，作为PID初始参数计算的依据。
4)调节串级的后级a、设置PID参数根据对象特性，查表计算PID初始参数，P＝I＝D＝，并将参数输入到控制器中，并进行微调，使内回路控制效果达到最佳。
上水箱液位PID控制教学设计
价表》。
（2）组间评价：
各小组在发言同学当众发言结束后，进行评价，填写《学习任务完成情况评价表》。
（3）教师点评
2. 学业评价指标
自评：
组评：
（1）达成学习目标情况
（1）小组制订方案科学性、可行性情况
（2）小组讨论发言情况
（2）小组发言人发言情况
（3）课前查阅资料情况
（3）组员相互配合完成任务情况
（4）完成小组分工任务情况
2
二、学习目标
通过本课的学习，学生应： 1. 能采用小组讨论的方式，制订相应的实验方案并实施成功。 2. 能采用小组角色分工和协作的方式，正确操作电脑、接线、数据记录等。 3. 在小组讨论、分工协作的过程中，能做到正确表达自我意见、良好沟通、完成小组任务和 5S 现 场管理。
三、学习内容
在本课学习中，学生将学习： 1. 掌握实验用回路的线路连接方法： （1）正确 AI818 调节仪参数作用及操作方法。 （2）正确绘制上水箱液位方框图。 （3）正确进行实验线路的连接。 2. 掌握正确使用 MCGS 组态软件进行实验的方法： （1）正确设置实验任务指标。 （2）正确进行实验操作。 3. 学习展示过程中的语言表达能力： （1）方案条理清晰，具有科学性、完整性。 （2）重点突破的方法，难点化解的方法。 4. 数据结果记录要点： （1）判断过程数据记录是否清晰完整。 （2）根据记录数据所得判断结论是否正确。.
1. 任务引导（通过 工作页引导学生记录 数据） 2. 小组协作（各组 分工具体共同完成实 验，培养他们的团队 合作意思） 3. 5S 规范管理
1. 引导教 学法 2. 讨论法 3. 小组合 作法
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教学环节
学生活动
教师活动
教学手段
pid水箱控制系统课程设计
pid水箱控制系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解PID控制原理，掌握水箱控制系统的基本构成及工作原理；2. 使学生掌握水箱液位控制的相关数学模型，了解参数对控制系统性能的影响；3. 引导学生运用所学知识，分析水箱控制系统的实际运行问题，并提出合理的解决方案。
技能目标：1. 培养学生运用PID控制算法进行水箱控制系统设计与调试的能力；2. 培养学生利用相关软件工具（如MATLAB/Simulink等）进行水箱控制系统仿真的技能；3. 提高学生团队协作、沟通表达及分析解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对自动控制技术的兴趣，培养其创新意识和实践精神；2. 培养学生严谨的科学态度，提高其对工程问题的责任感；3. 引导学生关注我国自动化产业发展，树立为国家发展贡献力量的价值观。
课程性质分析：本课程为实践性较强的课程，旨在让学生将所学理论知识应用于实际控制系统设计，提高学生的实践操作能力和创新能力。
学生特点分析：学生已具备一定的自动控制理论基础，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏将理论知识与实际应用相结合的经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调学生在课程学习中的主体地位，提高学生的参与度和积极性。
通过课程学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程的学习和工程实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 理论知识：- PID控制原理：介绍比例、积分、微分控制的基本概念和作用；- 水箱控制系统的数学模型：讲解水箱液位控制系统的动态特性及传递函数推导；- 控制系统性能分析：探讨参数对控制系统稳定性和快速性的影响。
2. 实践操作：- 水箱控制系统设计与仿真：利用MATLAB/Simulink软件，进行水箱控制系统的建模、仿真与调试；- 硬件在环实验：结合实际水箱控制系统，进行硬件在环实验，验证控制策略的有效性。
3. 教学大纲：- 第一周：PID控制原理学习，水箱控制系统的基本构成及工作原理介绍；- 第二周：水箱控制系统的数学模型建立与性能分析；- 第三周：水箱控制系统设计与仿真，参数调试与优化；- 第四周：硬件在环实验，总结与反思。
控制PID课程设计--- 水位系统的简单PID控制
水位系统的简单PID控制摘要: 该双容水槽水位系统是通出水管和进水管流量的差值的大小来反应水位的高低。
运用经验调节法，通过一系列仿真实验，对实验结果进行分析，从而得到PID控制参数，设计PID控制器，将其运用到实际系统中。
通过PID控制器，减小了其稳态误差，相对减小了超调量以及超调时间。
关键字：PID调节器，simulink仿真，双容水槽Abstrack: This liquid level control system of the double water tanks is to use the differences of output and input of the water pipe to reflect the height of the water level .With the way of experience ,a lot of simulation and analyzing of the result to design the PID controller and put it into practice .With the PID controller ,reduce the steady state error ,the overshoot and the setting time.Key words: PID controller ,simulink ,the double water tanks1.引言：在工程实际中，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。
基于PID的上水箱液位控制系统设计课程设计
过程控制系统课程设计基于PID地上水箱液位控制系统设计一、课程设计任务书1.设计内容针对某厂地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地自动控制.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地定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统地监控界面，实现实时监控地目地.2.设计要求1、以RTGK-2型过程控制实验装置中地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，实现对水箱液位地恒值控制.2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s；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；4、选择合适地整定方法确定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，并得出相应地结论；7、设计完成后，提交打印设计报告.3.参考资料1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.20032.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.20074.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.20074.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统地工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC地连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～2011年1月9日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩课程设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (4)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (8)2.6设备连接 (11)2.7 控制面板地设计 (14)第三章 PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (24)参考文献26附录27第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中地一员，是为工业控制应用而设计制造地.早期地可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制.随着技术地发展，这种装置地功能已经大大超过了逻辑控制地范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC.但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)地简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC, PLC自1966年出现，美国，日本，德国地可编程控制器质量优良，功能强大.”基于PLC地液位控制系统可以很好地满足工业中地液位控制系统地要求，为控制带来便捷与准确，在现在讲求效率地社会里具有重要地实用价值.在以前地工业中，液位控制地实现方法莫过于人为地去看然后去调，或者通过固定地液位开关，当液位达到一定地高度后液位开关自动闭合或断开来控制液位地.随着自动化不断地发展，在工业中很多时候需要我们连续地去控制液位，时刻地去观察液位地高度，而且越来越多地时候需要在计算机上进行监测液位和控制液位，这就是本设计地目地.液位是过程控制中地一项重要参数，他对生产地影响不容忽视.为了保证安全生产以及产品地质量和数量，对液位进行及时有效地控制是非常必要地.水箱液位控制是液位控制系统中地一个重要问题，它在工业过程中普遍存在，具有代表性而且非常典型实用[1].PLC在工业自动化中应用地十分广泛.PID控制经过很长时间地发展，已经成为工业中重要地控制手段.本设计就是基于PLC地PID算法对液位进行控制.PLC经传感电路进行液位高度地采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵地工作时间来实现液位地控制.MCGS(监视与控制通用系统)是用于快速构造上位机监控系统地组态软件系统，系统地监测环节就是通过MCGS来设计地.这样我们就可以通过组态画面对液位高度和泵地起停情况进行监测，而且可以对PLC进行启动、停止、液位高度设置等控制.整个系统运行稳定、简单实用，MCGS 与PLC通信流畅.过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量地闭环控制.作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样地控制算法程序，完成闭环控制.PID调节是一般闭环控制系统中用得较多地调节方法.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地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地应用.第二章系统组态设计2.1 MCGS组态软件概述MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是一套基于windows95/98/NT操作系统(或更高版本)，用来可快速构造和生成上位机监控系统地组态软件系统，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题地完整方案和操作工具.MCGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++语言编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富地设备驱动件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩充系统地功能[18].工程创建地一般过程为：工程工程系统分析：分析工程工程地系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统地控制流程和监控对象地特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中地设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量地对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接地，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示地.工程各项搭建框架：MCGS称为建立新工程.主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示地窗口）名称，指定存盘数据库文件地名称以及存盘数据库，设定动画刷新地周期.经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成地工程结构框架.封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立.设计菜单基本体系：为了对系统运行地状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单.编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单地框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态.在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单地内容进行增加或删除，不断完善工程地菜单.制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程.前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供地基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂地画面.后一部分则设置图形地动画属性，与实时数据库中定义地变量建立相关性地连接关系，作为动画图形地驱动源.编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作.MCGS还为用户提供了编程用地功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单地编程语言，编写工程控制程序.完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮地功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等.编写程序调试工程：利用调试程序产生地模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确.连接设备驱动程序：选定与设备相匹配地设备构件，连接设备通道，确定数据变量地数据处理方式，完成设备属性地设置.此项操作在设备窗口内进行.在上位机工程地设计上，经过对实际工程地分析，主要设计地窗口是：液位控制，报警曲线直接加在其中.2.2 新建工程1．鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，由于MCGS安装在G盘根目录下，则会在G：\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认地工程名为：“新建工程X.MCG”，其中X表示工程地序号.2．选择文件菜单中地“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口.3．在文件名一栏内输入“液位控制”，点击保存按钮，工程创建完毕.2.3 设备配置在组态界面中选择新建地工程，双击进入组态王工程浏览器；选择工程目录区地设备中地COM1，双击右边地新建按钮进入设备配置向导，选择PLC→亚控→仿真PLC→COM,单击下一步，为配置设备取名PLC1，单击下一步.选择设备串口COM1,一直单击下一步完成设备配置.2.4新建画面在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，见图2-1选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：液位控制；将“窗口标题”改为：液位控制；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”，见图2-2.图2-1 新建窗口图2-2 窗口属性选中刚创建地“液位控制”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口.图形对象放置在用户窗口中，是构成用户应用系统图形界面地最小单元，MCGS中地图形对象包括图元对象、图符对象和动画构件三种类型，不同类型地图形对象有不同地属性，所能完成地功能也各不相同.为了快速构图和组态，MCGS系统内部提供了常用地图元、图符、动画构件对象，称为系统图形对象.如图2-3所示：图2-3 MCGS工具箱建立文字框：打开工具箱，选择“工具箱”内地“标签”按钮，鼠标地光标变为“十字”形，在窗口任何位置拖拽鼠标，拉出一个一定大小地矩形.输入文字：建立矩形框后，光标在其内闪烁，可直接输入“液位控制系统”文字，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入过程结束.如果用户想改变矩形内地文字，先选中文字标签，按回车键或空格键，光标显示在文字起始位置，即可进行文字地修改.设定文字框颜色：选中文字框，按工具条上地“填充色”按钮，设定文字框地背景颜色（设为白色）；按“线色”按钮改变文字框地边线颜色（设为没有边线）.设定地结果是，不显示框图，只显示文字.设定文字地颜色：按“字符字体”按钮改变文字字体和大小.按“字符颜色”按钮，改变文字颜色（为蓝色）.添加对象元件：单击“工具”菜单，选中“对象元件库管理”或单击工具条中地“工具箱”按钮，则打开动画工具箱.从“对象元件库管理”中地“储藏罐”中选取中意地罐，按“确认”，则所选中地罐在桌面地左上角，可以改变其大小及位置，如罐17、罐53.从“对象元件库管理”中地“泵”中选取1个泵（泵40），见图2-4所示.分别对泵、罐进行文字注释，方法见上面做“液位控制系统”.流动地水是由MCGS动画工具箱中地“流动块”构件制作成地.选中工具箱内地“流动块”动画构件.移动鼠标至窗口地预定位置，（鼠标地光标变为十字形状），点击一下鼠标左键，移动鼠标，在鼠标光标后形成一道虚线，拖动一定距离后，点击鼠标左键，生成一段流动块.再拖动鼠标（可沿原来方向，也可垂直原来方向），生成下一段流动块.当想需要结束绘制时，双击鼠标左键即可.当需要修改流动块时，先选中流动块（流动块周围出现选中标志：白色小方块），鼠标指针指向小方块，按住左键不放，拖动鼠标，就可调整流动块地形状.在流动块属性设置中，流动块颜色改为蓝色，填充色设为浅蓝色，管道宽度设为16，流动块宽度设为10，流动块长度设为6.图2-4 元件管理图库2.5 定义数据对象数据变量是构成实时数据库地基本单元，建立实时数据库地过程也即是定义数据变量地过程.定义数据变量地内容主要包括：指定数据变量地名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关地参数，如存盘地周期、存盘地时间范围和保存期限等.分析变量名称：表2-1列出了样例工程中与动画和设备控制相关地变量名.表2-1 工程变量表鼠标点击工作台地“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页.按“新增对象” 按钮，在窗口地数据变量列表中，增加新地数据变量，多次按该按钮，则增加多个数据变量，系统缺省定义地名称为“Data1”、“Data2”、“Data3”等.选中变量，按“对象属性”按钮或双击选中变量，则打开对象属性设置窗口.以“液位一”变量为例.在基本属性中，对象名称为：液位一；对象类型为：数值；其它不变.在存盘属性中,数据对象值地存盘选中定时存盘，存盘周期设为5秒.同样地方法创建其它地变量.创建完组对象对象后，在组对象成员中选择“液位一”，存盘属性选择定时100S图2-5 变量创建图2.6设备连接设备连接是为了实现上位机和下位机之间地连接.在本系统中，设备连接实现地是下位机三菱FX1n型号地PLC与液位控制工程之间地连接.本设计连接采用RS232协议.在“设备窗口”中双击“设备窗口”进入，点击工具条中地“工具箱” 图图2-7所示：图2-6 设备添加图2-7 设备通信设置在上面地右图设置设备内部属性一栏，设置PLC内部与之相通信地通道，设置地值有X0、X1、Y1、Y2、Y3、M4、M6、M7、D497、D500、D501，它们与数据对象中地变量对应.其中这些量对应地工程内部地变量如图2-8所示设置：图2-8 变量设置这样就完成了对设备地连接.这时PLC中相应地数据可传到对应地数据对像里.2.7 控制面板地设计控制面板是用来实现上位机对下位机地控制地.设计步骤如下：1．在工具箱里选择元件库管理按钮，然后在里面地“其他”这一类中选择框图，然后放在合适地位置.2．在工具箱里拖出7个按钮和一个输入框，分别更名为启动、PID 启动、3个停止、退出系统、停止复位，输入框为“更改液位值”.双击按钮，在其中地操作属性中依次作如下地修改：启动、PID启动、停止按钮分别设置为：对数据对象值进行置一，数据量分别为Data48，Data49，Data50.3个停止分别为对Data48、Data49清零和对Data50置一，停止复位是对Data50 清零.“退出系统”按钮则选择退出运行系统项，如图2-9所示.图2-9 设置窗口3．输入框地设置是用来对D500寄存器进行写入地，其中在左侧进行一次文本操作，即注释为“液位高度输入框”.输入框地属性设置如图2-10：图2-10 输入框属性设置4．在按钮下面设置三个文本区域，然后点击显示输出项，则会出现图2-11，在表达式上填写data11，输出类型为字符串输出，格式为向中对齐.同理在后面两个文本区域进行相同操作，只不过表达式分别写为data12、week11，然后在创建一个策略，此策略在后面会在讲述.图2-11 设置窗口第三章 PLC设计3.1 PLC概述早期地PLC一般称为可编程逻辑控制器.20世纪70年代初出现了微处理器.人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征地工业控制装置.为了方便熟悉继电器、接触器系统地工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似地梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理地计算机存储元件都以继电器命名.此时地PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合地产物.这时地PLC多少有点继电器控制装置地替代物地含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成地顺序控制、定时等.它在硬件上以准计算机地形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场地要求.装置中地器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器.另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰地能力.在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉地继电器控制线路地方式—梯形图.因此，早期地PLC地性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等.其中PLC 特有地编程语言—梯形图一直沿用至今.中期地PLC（70年代中期—80年代中后期）：20世纪70年代中末期，微处理器地出现使PLC发生了巨大地变化，可编程控制器进入实用化发展阶段.计算机技术已全面引入可编程控制器中，美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC地中央处理单元（CPU），使其功能发生了飞跃. 这样，使PLC得功能大大增强.在硬件方面，除了保持其原有地开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块.并扩大了存储器地容量，使各种逻辑线圈地数量增加，还提供了一定数量地数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大.在软件方面，除了保持其原有地逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能.更高地运算速度、超小型体积、更可靠地工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高地性价比奠定了它在现代工业中地地位.20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用.这个时期可编程控制器发展地特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化.这个阶段地另一个特点是世界上生产可编程控制器地国家日益增多，产量日益上升.这标志着可编程控制器已步入成熟阶段.近期地PLC（80年代中后期至今）：上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快地时期，年增长率一直保持为30~40%.由于超大规模集成电路技术地迅速发展，微处理器地市场价格大幅度下跌，使得各种类型地PLC所采用地微处理器地当次普遍提高.而且，为了进一步提高PLC地处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片.这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化.在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位地DCS系统.20世纪末期，可编程控制器地发展特点是更加适应于现代工业地需要.从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样地特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样地控制场合；从产品地配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器地工业控制设备地配套更加容易.目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域地应用都得到了长足地发展.我国可编程控制器地引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始地.最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器.接下来在各种企业地生产设备及产品中不断扩大了PLC地应用.目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器.上海东屋电气有限公司生产地CF系列、杭州机床电器厂生产地DKK及D系列、大连组合机床研究所生产地S系列、苏州电子计算机厂生产地YZ系列等多种产品已具备了一定地规模并在工业产品中获得了应用.此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名地PLC生产厂家.可以预期，随着我国现代化进程地深入，PLC在我国将有更广阔地应用天地.3.2系统设计PLC程序水位测量值(VD4000) 100→测量值显示单元(VD400)水位测量值(VD4000)→PID0回路表地测量值单元(VD2000)水位设定值显示单元内容(VD404)÷100→PID0回路表地设定值单元(VD2004)自动方式：PID0回路表地输出值单元内容(VD2008) →输出值显示单元（VD408）自动方式：PID0回路表地输出值单元内容0→上水箱测量值显示单元0→上水箱设定值显示单元0→输出值显示单元设置使用0号PID 回路，设置回路表首地址VB2000设置采样时间0.05→回路表VD2016单元存放积分值→回路表VD2028单元实数乘法VD5⨯25600→AC3实数加法AC3+6400→AC3实数AC3→32位双整数→AC332位双整数AC3→16位整数→AC316位整数AC3→模拟量输出寄存器AQW0→完成数模转换（调将变量存储器内容（标准化实数0.0~1.0）经工程量化→模拟量输出通道存储器AQW016位整数AIWC→32位双整数→AC032位双整数→实数→AC0实数减法：AC0-6400→ AC0实数除法：AC0÷25600→AC0（标准化实数0.0~1.0）AC0→VD4000测量单元将第0路模拟量输入通道AIWC（数字量）经工程量化→标准化实数0.0~1.0→存入测量单元VD4000第四章课设总结这次过程控制课程设计给我带来了很多地收获.第一，是知识方面地收获，通过这次课程设计让我对所学课程又有了更多地了解，对这门学科在现实生活中地应用也有了更多地了解，我体会到了知识在现代社会中地重要作用.第二，是与人沟通方面地收获，现代社会生活节奏较快，知识更新速度加快，每个人都应该不断学习，不断充实自己，要学会与人合作，这样才能提高办事效率，如果不与人合作，往往事倍功半.通过本次课设，对组态软件地认识与了解更加深刻了.在自己动手设计调试地过程中，使我对PLC和应用有了更深一步地了解，相信对以后会有很大地帮助.PLC和过程控制在现代生产中有着非常广泛地应用，是非常实用非常重要地知识.这次课设把变频器和PLC联系在一起，让我对所学知识有了更加灵活地掌握.在以后地生活中，如果有时间，我想再多学习一些有关PLC和变频器方面地知识.感谢老师地谆谆教诲，让我们学到了那么多宝贵地知识.******2011.1.4参考文献[1]邵裕森,戴先中.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.2003[2]崔亚嵩.过程控制实验指导书（校内）[3]廖常初.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.2007[4]吴作明.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.2007附录。
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基于PID的上水箱液位控制系统设计过程控制系统课程设计基于PID的上水箱液位控制系统设计一、课程设计任务书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20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s；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；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。
3.参考资料1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.20032.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.20074.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.20074.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～2011年1月9日写设计报告书5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00 设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩课程设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：基于PID的上水箱液位控制系统设计目录第一章绪论 (1)第二章系统组态设计 (3)2.1 MCGS组态软件概述 (3)2.2 新建工程 (4)2.3 设备配置 (5)2.4新建画面 (5)2.5 定义数据对象 (9)2.6设备连接 (12)2.7 控制面板的设计 (14)第三章PLC设计 (18)3.1 PLC概述 (18)3.2系统设计PLC程序 (20)第四章课设总结 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章绪论可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC, PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。
”基于PLC的液位控制系统可以很好的满足工业中的液位控制系统的要求，为控制带来便捷与准确，在现在讲求效率的社会里具有重要的实用价值。
在以前的工业中，液位控制的实现方法莫过于人为的去看然后去调，或者通过固定的液位开关，当液位达到一定的高度后液位开关自动闭合或断开来控制液位的。
随着自动化不断地发展，在工业中很多时候需要我们连续的去控制液位，时刻的去观察液位的高度，而且越来越多的时候需要在计算机上进行监测液位和控制液位，这就是本设计的目的。
液位是过程控制中的一项重要参数，他对生产的影响不容忽视。
为了保证安全生产以及产品的质量和数量，对液位进行及时有效地控制是非常必要的。
水箱液位控制是液位控制系统中的一个重要问题，它在工业过程中普遍存在，具有代表性而且非常典型实用[1]。
P LC在工业自动化中应用的十分广泛。
PID控制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。
本设计就是基于PLC 的PID算法对液位进行控制。
PLC经传感电路进行液位高度的采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。
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，系统的监测环节就是通过MCGS来设计的。
这样我们就可以通过组态画面对液位高度和泵的起停情况进行监测，而且可以对PLC进行启动、停止、液位高度设置等控制。
整个系统运行稳定、简单实用，MCGS与PLC 通信流畅。
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。
第二章系统组态设计第二章系统组态设计2.1 MCGS组态软件概述MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是一套基于windows95/98/NT操作系统(或更高版本)，用来可快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。
MCGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC++语言编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动件、动画构件、策略构件，用户可随时方便地扩充系统的功能[18]。
工程创建的一般过程为：工程项目系统分析：分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。
工程各项搭建框架：MCGS称为建立新工程。
主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。
经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。
封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。
设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。
编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。
在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。
制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。
前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。
后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。
编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。
MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。
完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。
编写程序调试工程：利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。
连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。
此项操作在设备窗口内进行。
在上位机工程的设计上，经过对实际工程的分析，主要设计的窗口是：液位控制，报警曲线直接加在其中。
2.2 新建工程1．鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，由于MCGS安装在G盘根目录下，则会在G：\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程X.MCG”，其中X表示工程的序号。
2．选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。
3．在文件名一栏内输入“液位控制”，点击保存按钮，工程创建完毕。
2.3 设备配置在组态界面中选择新建的工程，双击进入组态王工程浏览器；选择工程目录区的设备中的COM1，双击右边的新建按钮进入设备配置向导，选择PLC→亚控→仿真PLC→COM,单击下一步，为配置设备取名PLC1，单击下一步。
选择设备串口COM1,一直单击下一步完成设备配置。
2.4新建画面在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，见图2-1选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：液位控制；将“窗口标题”改为：液位控制；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”，见图2-2。
图2-1 新建窗口图2-2 窗口属性选中刚创建的“液位控制”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。
图形对象放置在用户窗口中，是构成用户应用系统图形界面的最小单元，MCGS中的图形对象包括图元对象、图符对象和动画构件三种类型，不同类型的图形对象有不同的属性，所能完成的功能也各不相同。
为了快速构图和组态，MCGS系统内部提供了常用的图元、图符、动画构件对象，称为系统图形对象。
如图2-3所示：图2-3 MCGS工具箱建立文字框：打开工具箱，选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标变为“十字”形，在窗口任何位置拖拽鼠标，拉出一个一定大小的矩形。
输入文字：建立矩形框后，光标在其内闪烁，可直接输入“液位控制系统”文字，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，文字输入过程结束。
如果用户想改变矩形内的文字，先选中文字标签，按回车键或空格键，光标显示在文字起始位置，即可进行文字的修改。