基于PID的上水箱液位控制系统设计课程设计

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.2003

2.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.2007

4.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.2007

4.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。