基于组态软件的液位—液位串级控制系统设计(DOC)
基于组态监控技术的水箱液位串级控制系统设计
基于组态监控技术的水箱液位串级控制系统设计董海兵;罗雪莲【摘要】双容水箱液位的控制作为过程控制的一种,由于其自身存在滞后的问题,对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点,传统的控制不能达到满意的控制效果,所以本文在现场总线控制系统FCS设计平台的基础上,构建了一种基于西门子STEP 7和组态软件WINCC的双容水箱的液位串级控制系统的设计方案.本方案利用WINCC良好的人机界面、数据采集功能,并结合STEP 7环境编程的便利性,采用可靠的MPI接口建立WINCC和PLC、双容水箱之间的数据通讯.利用WINCC开发服务器端画面,在PLC客户端环境中编写控制程序,最终实现对水箱液位的精确控制.实践表明,此方法使用简单可靠,可广泛应用于工业生产过程中的液位控制问题.【期刊名称】《东莞理工学院学报》【年(卷),期】2018(025)003【总页数】6页(P47-52)【关键词】PLC;组态软件;串级控制系统;水箱液位【作者】董海兵;罗雪莲【作者单位】湖南工学院电气与信息工程学院,湖南衡阳 421002;湖南工学院电气与信息工程学院,湖南衡阳 421002【正文语种】中文【中图分类】TP27液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料食品加工、溶液过建、化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。
双容水箱液位的控制作为过程控制的一种，由于其自身存在滞后的问题，对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点，传统的控制不能达到满意的控制效果。
以PLC、组态软件为单元，可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统[1]。
PLC可以实现复杂的逻辑编程及简单的算法编程，但是对于先进控制算法，如模糊控制算法等涉及到矩阵运算，由于算法本身的复杂性，单纯依靠PLC编程功能已经不能满足要求；组态软件编程语言虽然简单，但大多数是脚本语言，在处理算法方面存在诸多不便。
故笔者提出将算法写入STEP7程序的思路，借助STEP7的快速运算功能及丰富的函数库，可以方便的实现算法编写，求解输出值通过可靠的MPI接口反馈给组态软件，最终实现对控制对象的控制[2]。
基于组态软件的液位监测控制系统的设计
行机构所需要的 ４ — ２ ０ ｍ Ａ直流运行信号 。 传感器选
择扩散硅压力变送器 ， 分别作 为上下水箱液位的 检测和变。 执行器选用 电动调节阀。 １ ． ２ 软件 部分
系 统 的软件 系统包 括 两大 部分 ： 一 是 基 于 Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ７ 一 Ｍｉ ｃ ｍ Ｉ Ｎ的 Ｐ Ｌ Ｃ控 制 程 序 ， 二 是 基 于 ＭＣ Ｇ Ｓ组态 软件 的监控 程 序 。 本 文 主要 阐述基 于组
量值 ， 然后 通 过 Ａ Ｉ Ｄ转 换 把模 拟 的测 量量 变成 计
中图分 类号 ： １ ］ Ｐ ２ ７ ３
文献标志码 ： Ａ
０ 引言
液位控制是工业生产过程中的常见参数控制 之一 ， 如火电厂 的汽包水位控制便属于液位控制 。 随着控制要求的提高 ， 传统的单 回路液位控制系 统 已经难 以满足一些复杂的控制要求 ， 串级控制
过 程 就 是一 个 完 整 的控制 过程 。 控 制 器 采 用 西 门 子Ｓ ７ — ２ ０ ｏ系列 Ｐ Ｌ Ｃ， Ｃ Ｐ Ｕ型 号 为 ２ ２ ６型 ， 集成 ２ ４ 输 入／ １ ６输 出共 ４ ０个 数字 量 Ｉ ／ Ｏ口， 还可 以进 行扩
与一个控制器 ， 增加 的投资并不多 ， 但控制效果却
有 了显 著 的提高 ［ １ １ 。
展。 在液位控制系统中 ， 传感器将检测到的液位转 换成的 ４ ～ ２ ０ ｍ的电流信号 ， 因此需要配置模拟量 输入模块 ， 本系统配备 了西门子 Ｅ Ｍ ２ ３ ５ 模拟量输 入输 出模块 ， 它具有 ４ 路模拟量输入和 １ 路模 拟 量输 出１ ３ １ 。 Ｅ Ｍ ２ ３ ５ 模拟量输入输出模块可接受传感
文章编号 ： １ ６ ７ ３ ． ２ ０ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ ． ０ ０ ５ ５ ． ０ ３
组态软件的液位-液位串级控制系统设计
工业过程控制课程设计题目: 基于组态软件的液位-液位串级控制系统设计目录1 设计目的 (1)2 控制要求 (1)3 系统结构设计 (1)3.1 控制方案 (1)3.2 控制规律 (2)3.3 过程仪表及过程模块 (2)3.3.1 液位变送器 (2)3.3.2 电动调节阀 (3)3.3.3 变频器 (4)3.3.4 水泵 (5)3.3.5 模拟量采集模块 (6)3.3.6 模拟量输出模块 (6)3.3.7 通信转换模块 (6)3.3.8 开关电源 (7)3.4 硬件连接 (7)4 系统组态设计 (9)4.1 组态软件介绍 (9)4.2 系统流程图 (10)4.3 系统组态图 (11)4.4 数据词典 (12)4.5 组态画面 (12)4.6 动画连接 (13)结论 (16)参考文献 (17)附录程序代码 (18)1 设计目的（1）加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。
（2）培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。
2 控制要求（1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
（2）能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用模块。
（3）能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
（4）能运用组态软件，正确设计过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
3 系统结构设计3.1 控制方案串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，它是根据系统结构命名的。
一、基本原理：它是由两个或者两个以上的控制器串联而成的，一个控制器的输出是另一个控制器的的给定值。
二、结构：整个系统包括两个控制回路，即主回路和副回路。
主回路有主控制器、副回路、主对象和主变送器构成；而副回路由副控制器、控制阀、副对象和副变送器构成。
三、特点：与简单控制系统相比，串级控制系统由于在结构上增加了一个副回路，所以有以下特点(1)、对于进入副回路的扰动具有较快、较强的克服能力。
基于组态软件的液位—液位串级控制系统设计
基于组态软件的液位—液位串级控制系统设计液位—液位串级控制系统是指通过控制多个液位传感器的液位信号，来实现多个液位控制阀门的自动调节，以达到控制系统中多个液位的目标值的系统。
组态软件是指一种用于编程和配置自动化系统的软件工具，它可以通过图形化界面来配置系统的控制逻辑，监视系统的状态并进行调试。
在液位—液位串级控制系统中，组态软件可以用于设计控制逻辑、配置传感器和执行器、进行调试和监视等工作。
本文将详细介绍基于组态软件的液位—液位串级控制系统的设计过程和关键技术。
首先，我们需要确定系统的目标和需求。
例如，我们可能需要将液位控制在一定的范围内，或者需要保持不同液位之间的差值在一定的范围内。
根据具体的需求，我们可以确定系统中需要使用的液位传感器数量和位置。
接下来，我们需要选择合适的液位传感器。
液位传感器的选择应该考虑到被测液体的性质、液体的压力和温度范围、传感器的精度和可靠性等因素。
常见的液位传感器包括浮球液位传感器、电容式液位传感器、压力式液位传感器等。
然后，我们需要选择合适的执行器，用于控制液位阀门的开关。
执行器可以是电磁阀、调节阀等。
选择执行器时，需要考虑其控制精度、响应速度和使用寿命等因素。
接着，我们可以使用组态软件来进行系统的设计和配置。
组态软件通常提供了一个图形化界面，可以通过拖拽和连接元件来设计控制逻辑。
我们可以将液位传感器和执行器等元件添加到画布中，并进行连接和配置。
例如，我们可以将液位传感器的输出信号连接到执行器的输入端口，并设置液位的目标值和控制算法等参数。
在配置完成后，我们可以使用组态软件提供的调试和监视工具来检查系统的状态和调整控制参数。
例如，我们可以使用组态软件提供的实时监视功能来查看液位传感器的读数和执行器的状态。
如果系统的反馈不符合预期，我们可以通过调整控制参数来优化系统的性能。
最后，我们需要进行系统的联调和测试。
在联调过程中，我们需要验证系统的各个组件之间的协作是否正常，并调整参数来使系统达到预期的控制效果。
基于组态软件的液位控制系统设计
善 ，串级 调节 系统 对进 入 主 回路 的干 扰 也 有较 强 的 克服 作 用 ；串 级调 节 系 统的 副 回路 对 非 线性 环节 的补 偿具 有 鲁 棒性 ，能适 应 负
荷和 操作 条 件的 变化 ，具 有一 定 的 自适 应 能 力。
串级 控制 系统 的 设计 需 从 副 回路 的选 择 、主 辅 调节 器 的调 节 规律 选 择 、防 止 积分 饱 和和 主 辅调 节 器 正 反作 用 的选 择 等 多方 面 来 考虑 。从 对 象 中能 引出 中 间变量 是 设 计 串级 系统 的前 提条 件 。 凡是 设计 串级 控制 系 统 的场 合 ，对 象 特性 总 有 较大 的 滞后 ，主 调 节器 采用 三作 用Ｐ Ｄ 制规 律 是必 要 的 ，而 副 回路 是随 动 回路 ， Ｉ控
一
个调 节 阀 ，主 调节 器的输 出作 为 副调 节 器 的给 定 ，副 调 节 器输
，
它 由Ｐ Ｓ Ｌ 智能 型 电动执 行 器 与 优 质的 国产 阀门 相 组合 构 成 ，
出到调 节 阀 。 当干扰 进 入 副 回路 时 ，由于 主 、副 调 节 器的 共 同作
是 一 种 高性 能 的调 节 阀 ，适 用 于 各种 不 同压 力 和温 度 的流 体 和对
３ 控制 方案 的选 取和 设计
基 于双 容水 箱 系统 的 工程 要 求 ，当 扰动 无 论是 进 入 主 回路还
是 副 回路 ，都 能 进 行有 效 迅速 地 克 服 ，并 且对 系统 的工 作 频率 有
一
的应 用 系统 。 运行 环 境 则按 照 组态 环 境 中构 造 的组 态 工程 ，以用 户指 定 的方 式运 行 ，并进 行 各 种处 理 ，完成 用 户组 态 设计 的 目标 和 功 能 。ＭＣ ＧＳ组 态软 件所 建 立的 工程 由主 控 窗 口、设 备窗 口、 用 户 窗 口、实 时数 据 库和 运 行 策略 五 部分 构 成 ，每 一部 分 分 别进
基于组态王液位控制系统设计
组态王课程设计报告——液位控制系统设计一、设计任务：液位监控：完成一个液位监控系统设计，（对象自己定）要求有流程图画面，报警画面，历史曲线，实时曲线，报表画面。
各画面间能实现灵活切换，所以画面都能实现动画效果或数据或曲线显示。
二、实验目的：1．熟悉组态王软件，达到熟练使用组态软件的常用工具。
2．学会完成组态工程的设计步骤。
3．锻炼动手能力和分析问题解决问题的能力。
三、实验步骤：1、系统设计：A．启动浏览器，新建工程。
B．设备定义：把地理上分散的物理硬件在软件上变成集中的逻辑硬件。
C.变量定义：完成所有想到的变量定义，对于没有想到的后面设计过程遇到再定义。
D．画面绘制：完成各种需要画面的绘制。
E．动画连接及按键的程序编写。
1水泵的动画连接及其程序编写2水管的动画连接5历史曲线的按键定义6实时曲线的定义7报警按键定义、6报表按键定义F．配置系统程序编写if(\\本站点\状态==1){if(\\本站点\液位>=80){\\本站点\水泵=0;}if(\\本站点\液位<=20){\\本站点\水泵=1;}if(\\本站点\水泵==1){\\本站点\液位=\\本站点\液位+10;}else{\\本站点\液位=\\本站点\液位-10;} }else{\\本站点\水泵=0;\\本站点\液位=0;}if(\\本站点\$时==0){\\本站点\液位0=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==1){\\本站点\液位1=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==2){\\本站点\液位2=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==3){\\本站点\液位3=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==4){\\本站点\液位4=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==5){\\本站点\液位5=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==6){\\本站点\液位6=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==7){\\本站点\液位7=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==8){\\本站点\液位8=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==9){\\本站点\液位9=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==10){\\本站点\液位10=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==11){\\本站点\液位11=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==12){\\本站点\液位12=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==13){\\本站点\液位13=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==14){\\本站点\液位14=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==15){\\本站点\液位15=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==16){\\本站点\液位16=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==17){\\本站点\液位17=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==18){\\本站点\液位18=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==19){\\本站点\液位19=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==20){\\本站点\液位20=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==21){\\本站点\液位21=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==22){\\本站点\液位22=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==23){\\本站点\液位23=\\本站点\液位;}G．运行与调试。
基于组态软件的水位控制系统设计实验报告
监控组态软件实验报告实验名称：基于组态软件的水位控制系统设计一．实验目的能应用通用版MCGS组态软件基本功能进行简单项目设计、仿真运行。
掌握MCGS通用版的基本操作，完成工程分析及变量定义。
掌握简单界面设计，完成数据对象定义及动画连接。
掌握模拟设备连接方法，完成简单脚本程序编写及报警显示。
掌握制作工程报表及曲线方法。
二．实验内容用MCGS组态软件构建存储罐的液位监控系统，包括用画面组态工具生成工艺流程图、配置实时数据库点及工程变量、使用脚本语言编程、系统调试运行。
三．实验步骤1．新建窗口在图所示的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，则产生新建的“窗口0”。
选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入图所示的“用户窗口属性设置”对话框，将“窗口名称”改为“水位控制”；将“窗口标题”改为“水位控制”；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其他不变，单击“确认”按钮。
选中“水位控制”，单击“动画组态”，进入图所示的“动画制作”窗口。
3. 制作文字框图用鼠标单击图所示的“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。
建立矩形框后，光标在其内闪烁，可直接输入文字“水位控制系统演示工程”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标单击一下，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。
选择菜单项“文件”中的“保存窗口”，则可对所完成的画面进行保存。
2．定义数据变量实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。
数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即是定义数据变量的过程。
定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。
指定名称类型：在窗口的数据对象列表中，用户将系统定义的缺省名称改为用户定义的名称，并指定类型，在注释栏中输入变量注释文字。
基于组态软件的液位控制系统设计
基于组态软件的液位控制系统设计
穆清伦
【期刊名称】《自动化博览》
【年(卷),期】2010(027)011
【摘要】随着计算机技术的发展,计算机控制技术在过程控制中占有十分重要的地位.液位控制系统是PLC在工业控制中的重要应用,本文阐述了PLC及MCGS的基本工作原理,详细介绍了基于PLC和MCGS的液位控制系统的设计和实现,主要包括系统的实现原理、结构框图、控制界面、软件程序等.本系统是基于PLC的双客水箱的液位自动控制系统,即当液位低于设定的下限值时,系统自动打开泵上水;当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵.利用现场相关的硬件设施如变送器等配合上位机MCGS组态软件完成现场数据的采集、报表输出和曲线显示,提高液位控制系统的控制精度和控制界面的友好性.
【总页数】3页(P82-84)
【作者】穆清伦
【作者单位】青岛科技大学,山东,青岛,266042
【正文语种】中文
【中图分类】TP273+.3
【相关文献】
1.基于组态软件的锅炉液位控制系统 [J], 史岩鹏;齐向东
2.基于工控组态软件的模型参考自适应液位控制系统的设计 [J], 冯茜;王占林;王磊
3.基于力控组态软件的液位控制系统 [J], 陆仲达;徐凤霞;沙丽娟
4.基于MCGS组态软件的PID液位控制 [J], 吴文进;张杰
5.基于PLC的锅炉多水箱液位控制系统设计研究 [J], 王荣华;秦勇;唐勇
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基于MCGS组态编程的液位控制系统设计
基于MCGS组态编程的液位控制系统设计液位控制系统是一种用于监测和控制液体在容器中的水平高度的技术。
在工业领域中，液位控制系统被广泛应用于仓储、化工、石油、生物工程等领域。
随着MCGS（Master Control & Graphic System）组态编程技术的发展，液位控制系统的设计变得更加简单和灵活。
液位控制系统一般由传感器、控制器、执行器等组成。
传感器可以监测液位的变化，并将信号传输给控制器。
控制器根据传感器的信号来判断液位的高低，并通过执行器来实现对液位的控制。
在MCGS组态编程的液位控制系统设计中，首先需要进行硬件的连接和配置。
将传感器、控制器和执行器按照系统要求连接起来，并在MCGS软件中对其进行配置和初始化。
该步骤通常需要一定的硬件和软件知识。
接下来，需要在MCGS软件中进行系统界面的设计。
通过MCGS的图形化界面设计工具，可以轻松地创建系统的监控界面。
在液位控制系统中，可以设计一个仪表盘，显示当前液位的数值和状态。
同时，还可以设计一个趋势图，记录液位的历史变化。
通过这些界面，操作员可以直观地了解液位的实时情况。
在系统界面设计完成后，接下来需要进行程序的编写。
MCGS提供了丰富的编程功能，可以通过简单的拖拽和连接来实现各种逻辑控制。
在液位控制系统中，可以根据液位传感器的信号来判断液位的高低，并根据设定的阈值来控制执行器的动作。
例如，当液位超过高阈值时，执行器关闭进水阀门；当液位低于低阈值时，执行器打开排水阀门。
通过这样的逻辑控制，可以实现对液位的稳定控制。
在实际应用中，液位控制系统不仅要求准确可靠，还需要具备一定的安全性。
因此，在设计过程中，需要考虑到各种故障和异常情况的处理。
例如，当传感器故障时，控制器应能够发出警报并采取相应的控制措施；当执行器故障时，控制器应能够及时检测到并进行报警。
总之，基于MCGS组态编程的液位控制系统设计，可以使系统的设计和调试更加简单和灵活。
基于组态王的液位过程控制系统设计
《控制系统分析与综合》任务书题目:液位控制系统设计一、工程训练任务本实训综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，通过本实训的锻炼,使学生掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。
本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集,以PLC为下位机,以工控组态软件组态王设计上位机监控画面, 运用PID控制算法对水箱液位进行控制。
二、工程训练目的通过本次工程训练使学生掌握运用组态王软件及PLC构建工业控制系统的能力，增强学生对PLC控制系统以及组态王软件的应用能力，培养学生解决实际问题的能力，为今后从事工程技术工作、科学研窕打下坚实的基础.三、工程训练内容1）确定PLC的I/O分配表：2）根据PID控制算法理论,运用PLC程序实现PID控制算法：3）编写整个液位控制系统实训项目的PLC控制程序；4）在组态王中定义输入输出设备：5）在组态王中定义变量；6）设计上位机监控画面；7）进行系统调试。
四、工程训练报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、任务书3、正文4、收获、体会5、参考文献五、工程训练进度安排周次工作日工作内容1布置课程设计任务，查找相关资料第2完成总体设计方案—3完成PLC程序设计周45完成监控画面设计第1调试2二3准备训练报告周4完成训练报告并于下午两点之前上交5答辩六、工程训练考核办法本工程训练满分为IOO分，从工程训练平时表现、工程训练报告及工程训练答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%o总体设计方案2o 1关于组态王的概述组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理.它基于Microsoft Windows XP/NT/2000操作系统,用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
液位—流量串级控制系统设计
摘要随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，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，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。
串级控制系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。
串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。
串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。
本论文论述了一个液位——流量串级控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的参数整定方法。
在此过程中，介绍了对液位和流量进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了串级控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用仿真软件对该系统进行了仿真，最后用组态软件编制程序来实现控制。
关键词：串级控制系统，液位，流量，仿真ABSTRACTAlong with the modern industry production process to large-scale,continuously is developing with the strengthened direction, proposed to the control system control quality day by day grows request. In this kind of situation, the simple single return route control already with difficulty satisfied some complex control requests. The cascade control system is in the process control more than one kind of return routes control system, is for enhance one kind of control plan which the single return route control system the control effect proposes.The cascade control system two single return routes control system by the certain structural style connects in together, it not only has the single return route control system the complete function, moreover also has many single return routes control system no merit. The cascade control system has used two regulators, therefore it is more complex to set its regulator parameter.The present paper elaborated a fluid position —current capacity cascade control system design method and the step, introduced its parameter set method. In this process, introduced carries on the examination and the transformation commonly used part to the fluid position and the current capacity, has inferred the generalized object transfer function using the step leap response curve, simply elaborated the cascade control system merit, discussed it to control the effect the improvement function, and use simulation software has carried on the simulation to this system, finally used the configuration software coding to realize the control.KEY WORDS: Cascade control system, fluid position, current capacity,simulation前言过程控制是指在生产过程中，运用合适的控制策略，采用自动化仪表及系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地运行，所以过程控制又被称为生产过程自动化，广泛应用于石油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺织、建材、原子能等领域。
基于组态王的液位控制系统设计
1《控制系统分析与综合》任务书题目：液位控制系统设计一、工程训练任务本实训综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，通过本实训的锻炼，使学生掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。
本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对水箱液位进行控制。
二、工程训练目的通过本次工程训练使学生掌握运用组态王软件及PLC构建工业控制系统的能力，增强学生对PLC控制系统以及组态王软件的应用能力，培养学生解决实际问题的能力，为今后从事工程技术工作、科学研究打下坚实的基础。
三、工程训练内容1) 确定PLC的I/O分配表；2) 根据PID控制算法理论，运用PLC程序实现PID控制算法；3) 编写整个液位控制系统实训项目的PLC控制程序；4) 在组态王中定义输入输出设备；5) 在组态王中定义变量；6)设计上位机监控画面；7)进行系统调试。
四、工程训练报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、任务书3、正文4、收获、体会5、参考文献五、工程训练进度安排六、工程训练考核办法本工程训练满分为100分，从工程训练平时表现、工程训练报告及工程训练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 关于组态王的概述组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。
它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。
它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。
基于组态软件的水位控制系统设计
基于组态软件的水位控制系统设计一教学目标终极目标：能应用通用版及嵌入版MCGS组态软件基本功能进行简单项目设计、仿真运行。
促成目标：1）掌握MCGS通用版及嵌入版基本操作，完成工程分析及变量定义。
2）掌握简单界面设计，完成数据对象定义及动画连接。
3）掌握模拟设备连接方法，完成简单脚本程序编写及报警显示。
4）掌握制作工程报表及曲线方法。
二工作任务用MCGS通用版及嵌入版分别完成图1-1所示水位控制系统的设计、仿真运行。
图1-1 水位控制系统实验一水位控制工程文件建立一、教学目标终极目标：能建立MCGS新工程。
促成目标：1）掌握MCGS组态软件的安装与运行方法。
2）能进行工程分析，建立工程文件。
二、工作任务建立水位控制系统工程文件。
三、能力训练MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。
1.MCGS的安装1）启动Windows。
2）在相应的驱动器中插入光盘。
插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口（如没有窗口弹出，则从Windows的“开始”菜单中，选择“运行...”命令，运行光盘中AutoRun.exe文件），MCGS安装程序窗口如图1-2所示：3）在安装程序窗口中选择“安装MCGS组态软件通用版”，启动安装程序开始安装。
安装程序将提示指定安装目录，用户不指定时，系统缺省安装到D:\MCGS目录下，如图1-3所示：图1-2 MCGS安装程序窗口图1-3 安装目录安装过程大约要持续数分钟，MCGS系统文件安装完成后，安装程序要建立象标群组和安装数据库引擎，这一过程可能持续几分钟，请耐心等待。
4）安装完成后，安装程序将弹出“设置完成”对话框，上面有两个复选框，“是，我现在要重新启动计算机”和“不，我将梢后重新启动计算机”。
基于组态软件的计算机液位串级控制系统设计与研究
１ ６
基 于组 态软 件 的计 算 机 液 位 串 级 控制 系统 设 计 与 研 究
基于组态软件的计算机液位串级控制系统设计与研究
Ｃｏ ｍｐ ｔ ｒ Ｃａ ｃ ｄ ｎ ｒ ｌＳｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏｎ Ｃｏ ｆ ｕ ａ ｉｎ Ｓｏ ｔ ｒ ｕ ｅ ｓ ａ ｅ Ｃｏ ｔ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ｉ ｒ ｔ ｆ ｏ ｇ ｏ ｗａ ｅ
图 １ 常 见 的 双 容液 位串 级 控 制 系 统 的 结 构 框 图 ，其 主 要 是 控 制 目的 是 保 证 下 水 箱 的 液 位 高 度 不 变 ，克 服 外 界 干 扰 对 水 篇
液 位 的影 响 。 统 是 以 下 水 箱液 位 为 主被 控 参 数 ， 系 主调 节 器 采 』 ｆ ｊ Ｐ 或 Ｐ Ｄ 调 节 器 ， 中 水 箱 的液 伯 为 副 被 控 参 数 ， 调 节 器 乐 ｉ Ｉ 以 副
曹 立 学 令 朝 霞 （ 陕西理工学院电气工程 系， 陕西 汉中 ７ ３０ ） ２０ ３
摘 要
介 绍 以组 态软 件 设 计 开 发 计 算机 系统 的控 制 算 法 、 作 方 式 、 机 交互 界 面 、 备 窗 口和 其 它窗 口设 计 及 功 能 ， 计 出 操 人 设 设 计 算机 液 位 串级 控 制 系统 的 应 用 软件 。构 建 的 系统 结 构 简 单 、 能 齐 全 、 作 方 便 、 应 性 强 等 优 点 ， 大 大提 高 生 产 过 程 功 操 适 可
液 位 作为 工 业生 产 过 程 中 重要 工 艺 参 数之 一 ，
Байду номын сангаас
各 个领 域
２－ 工 作 过 程 ２
都 有 广泛 的应 用 ．ｌ 液 体 贮槽 、 料 罐 、 品 罐 、 ｝如 ｌ ＝ ｝ 进 成 中 缓 冲 容 器 及水 箱 等设 备 ． 史 主要 研 究 以双 容 水 箱 为 被控 财 象 ， 计基 于 ． ＿ 本 设 组 态 软 件 的计 算 机 串 级 控 制 系 统 。
基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计
2011届毕业设计（论文）材料系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：职称：讲师专业：自动化班级：0703学号：4100703212011年6月湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书系：电气与信息工程系专业：自动化指导教师学生姓名课题名称基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计内容及任务内容：对串级控制系统进行建模和参数整定，第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数。
参数整定完成后运用STEP7编写水箱液位串级控制系统控制程序，在此基础上，运用WINCC组态软件进行上位机的组态界面设计。
任务：1.了解水箱液位串级控制系统的结构组成与原理；2.掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4.理解液位串级控制实验采用FCS控制方案实现的过程。
拟达到的要求或技术指标论文需要达到的要求：1、水箱液位串级控制系统建模及特点研究分析串级控制系统的特点，并建立水箱液位串级控制系统的模型。
上图中（a）图为水箱示意图，（b）图为串级控制系统框图。
2、控制系统下位机软件组态配置和程序编写（1）组态配置利用step7软件对对象系统进行正确配置。
配置图如下：（2）程序编写采用西门子提供的PLC编程语言编写控制程序，主要是对PID控制模块的调用。
3、控制系统上位机软件和PLC的通信建立及界面组态利用WINCC组态软件编写水箱液位串级控制系统的上位机监控程序，监控界面如下图所示：进度安排起止日期工作内容备注2011.3.20-2011.4.15 学习和熟练掌握STEP7和WINCC软件2011.4.16-2011.4.25 收集与课题相关的资料，并完成开题报告的书写2011.5.01-2011.5.05 分析、综合、整理相关的资料，为撰写论文做准备2011.5.06-2011.5.25 论文写作，并熟悉相关知识，整理论文2011.6.01-2011.6.10 进行后期的系统的整理，并为毕业答辩做准备主要参考资料[1] 陈夕松.过程控制系统.北京：科学出版社，2005[2] 汪志锋.可编程序控制器原理与应用.西安：电子科技大学出版社，2004[3] 王曙光.S7-300/400PLC入门与开发实例.北京：人民邮电出版社，2009[4] 徐科军.传感器与检测技术.北京：电子工业出版社，2009[5] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WINCC V6[M].第二版.北京：北京航空航天大学出版社，2004.1-100[6] 刘华波.组态软件WINCC及其应用[M].北京：机械工业出版社，2009.7-56[7] 崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005.1-103[8] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子人机界面[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.1-100[9] 梁绵鑫.WINCC基础及应用开发指南[M].北京：机械工业出版社，2009.1-80教研室意见年月日系主管领导意见年月日湖南工学院毕业设计(论文)开题报告题目基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计学生姓名班级学号410070321 专业1. 课题学术和实用意义，国内外现状综述本次毕业设计课题“基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计”是在THFCS-1现场总线过程控制系统平台上进行的。
基于组态软件的液位-液位串级控制系统设计
工业过程控制课程设计题目: 基于组态软件的液位-液位串级控制系统设计工业过程控制课程设计任务书目录1 设计目的 (1)2 控制要求 (1)3 系统结构设计 (1)3.1 控制方案 (1)3.2 控制规律 (2)3.4 硬件连接 (7)4 系统组态设计 (9)4.1 组态软件介绍 (9)4.2 系统流程图 (10)系统流程图如图4.1所示： (10)图4.1 系统流程图 (10)4.3 系统组态图 (10)系统组态图如图4.2所示： (11)4.4 数据词典 (11)数据词典如图4.3所示： (12)图4.3 数据词典 (12)4.5 组态画面 (12)4.6 动画连接 (13)结论 (16)参考文献 (17)附录程序代码 (18)1 设计目的（1）加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。
（2）培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。
2 控制要求（1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
（2）能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用模块。
（3）能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
（4）能运用组态软件，正确设计过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
3 系统结构设计3.1 控制方案串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，它是根据系统结构命名的。
一、基本原理：它是由两个或者两个以上的控制器串联而成的，一个控制器的输出是另一个控制器的的给定值。
二、结构：整个系统包括两个控制回路，即主回路和副回路。
主回路有主控制器、副回路、主对象和主变送器构成；而副回路由副控制器、控制阀、副对象和副变送器构成。
三、特点：与简单控制系统相比，串级控制系统由于在结构上增加了一个副回路，所以有以下特点(1)、对于进入副回路的扰动具有较快、较强的克服能力。
(2)、改善主控制器的广义对象的特性。
(3)、对符合和操作条件的变化有一定的自适应能力。
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工业过程控制课程设计题目:基于组态软件的液位-液位串级控制系统设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：工业过程控制课程设计任务书摘要随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。
液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数，其测量和控制效果直接影响到产品的质量，因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。
液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。
该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。
电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。
能够广泛的应用于工业场所。
液位控制有很多方法，如，非接触传感。
只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。
由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。
而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。
在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。
液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。
关键字：检测控制液位控制监测与控制目录1 设计目的 (4)2 控制要求 (5)3 系统结构设计 (5)3.1 控制方案 (5)3.2 控制规律 (6)3.4 硬件连接 (9)4 系统组态设计 (9)4.1 组态软件介绍 (9)4.2 系统流程图 (11)4.3 系统组态图 (11)4.4 数据词典 (13)4.5 组态画面 (13)设计心得...................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献. (15)1 设计目的（1）加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。
（2）培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。
2 控制要求（1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
（2）能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用模块。
（3）能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
（4）能运用组态软件，正确设计过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
3 系统结构设计3.1 控制方案串级控制系统是一种常见的复杂控制系统，它是根据系统结构命名的。
一、基本原理：它是由两个或者两个以上的控制器串联而成的，一个控制器的输出是另一个控制器的的给定值。
二、结构：整个系统包括两个控制回路，即主回路和副回路。
主回路有主控制器、副回路、主对象和主变送器构成；而副回路由副控制器、控制阀、副对象和副变送器构成。
三、特点：与简单控制系统相比，串级控制系统由于在结构上增加了一个副回路，所以有以下特点(1)、对于进入副回路的扰动具有较快、较强的克服能力。
(2)、改善主控制器的广义对象的特性。
(3)、对符合和操作条件的变化有一定的自适应能力。
(4)、副回路可以按照主回路的需要更精确地控制操纵变量的质量流和能量流。
四、应用场合：(1)、用于克服变化剧烈的和幅值大的干扰。
(2)、用于时滞较大的对象。
(3)、用于容量之后较大的对象。
(4)、用于克服对象的非线性。
本控制系统中，被控参量有两个，上水箱的液位和下水箱的液位，这两个参量具有相关关系。
上水箱的液位可以影响下水箱的液位，根据上下水箱的液位相关关系，故系统采用的串级控制。
其中，内环控制上水箱的液位，外环控制下水箱的液位，系统远行使下水箱的液位跟随给定值，系统框图如下图3.1所示图3.1液位－液位串级控制系统框图3.2 控制规律本设计采用的是工业控制中最常用的PID控制规律，内环与外环的控制算法采用PID算法，PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好，外环PID的输出作为内环的输入，内环跟随外环的输出。
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。
它结构简单，参数易于调整，在长期的应用中积累了丰富的经验。
其主要特点是：(1)技术成熟；PID调节是连续系统理论中技术最成熟、应用最广泛的控制方法，它的结构灵活，不仅可实现常规的PID调节，而且还可根据系统的要求，采用PI、PD、带死区的PID控制等；(2)不需求出系统的数学模型；(3)控制效果好。
虽然计算机控制是非连续的，但由于计算机的运算速度越来越快，因此用数字PID完全可代替模拟调节器，并且能得到比较满意的效果。
3.3 过程仪表及过程模块本设计中共用到了以下过程仪表和过程模块：3.3.1 液位变送器液位传感器是用来上位水箱和下位水箱的液位进行检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器，本变送器按标准的二线制传输，采用高品质，低功耗精密器件，稳定性和可靠性大大提高。
可方便的与其他DDZ—IIIX型仪表互换配置，并能直接交换同类仪表。
校验的方法是通电预热十五分钟后，分不在零压力和满程压力下检测输出电流值。
在零压力下调整零电位器。
使输出电流为4mA ，在满程压力下调整量程电位器，使输出电流为20mA。
本传感器精度为0.5级，因为二线制，故工作时需串联24V直流电源。
液位传感器用来上水位箱和中水位箱的水位进行检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器，精度为0.5级，二线制4—20mA标准信号输出。
3.3.2 电动调节阀调节阀用于调节介质的流量、压力和液位。
根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而达到介质流量、压力和液位的调节。
调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。
调节阀由电动执行机构或气动执行机构和调节阀两部分组成。
调节并通常分为直通单座式和直通双座式两种，后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点，所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。
德国PS公司进口的PSL202型智能电动调节阀，PS系列电子式执行机构可以用于对管道的阀门和风门的调节及开与关的控制，其主要特点如下：一体化结构设计，位置变送器和伺服放大器作为两个独立部件均可直接装入执行机构内部，直接接受4—20mA的控制信号，输出4—20mA或者1—5VDC的阀位反馈信号，具有自诊断功能，使用和调校十分方便。
功能模块式结构设计，通过不同可选择功能的组合，实现从简单到复杂的控制，满足不同的应用要求。
结构简单，体积小巧，重量轻，便于安装和维护，机械零件全部采用CNC加工部件，工艺精湛。
传动全部采用小齿隙密封齿轮，具有效率高，噪声低，寿命长和稳定可靠，无需再加油等特点。
具有多种运行速度，可以满足各种控制系统的要求，以保证系统的快速响应及稳定性。
PSL系列同阀门的连接采用柔软盘黄连接，可避免阀杆与输出轴不同轴给阀门带来的影响，可预置阀门关断能力保证阀门的可靠关断，防止泄露。
PSQ系列有转矩开关保护，可防止因阀门产生过大转矩而损坏阀杆。
驱动电机采用高性能稀土磁性材料制作的高速度同步电机，运行平稳，具有体积小、转矩大、抗堵转、控制精度高等特点。
可设置分段调节，即由一台调节器输出的双时间比例信号控制两台执行机构（4—12mA对应PSL1的全开全闭，12—20mA对应PSL2的全开全闭）阀位反馈元件全密封高精度多圈电位器，具有体积小、精度高、死区小、使用寿命长等特点。
行程可调，便于与阀门连接。
全部电器元件均采用世界名牌产品，质量可靠，使用时间长。
电器部件布线严谨并传动部件完全隔离，提高执行机构运行性的可靠。
3.3.3 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。
变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显，所以应用越来越广泛。
三菱FR-S520变频器，4-20控制输入信号，可对流量或者压力进行控制，该变频器体积小，功率小，功能非常强大，运行稳定安全可靠，操作方便，寿命长，可外加电流控制，也可通过本身旋钮控制频率。
可单相或者三相供电，频率可高达200HZ。
3.3.4 水泵水泵是一种利用大气压强将低处的水汲往高处的机器,多半是以电动机作为动力。
抽水的电动机泵通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力 , 即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。
这里采用丹麦格兰富循环水泵。
不会影响教师授课减少麻烦。
功耗低，220V供电即可，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。
3.3.5 模拟量采集模块模拟量输入模块可测量多通道交流电压、电流输入信号。
测量精度：0.2级。
16位A/D循环采样，采样速率：3000次/S；1.2倍量程可正确测量，过载2倍量程输入1S不损坏；隔离电压1000VDC。
模拟量输出模块输出标准电流信号，可用于驱动继电器、开关等。
这用A/D牛顿7017模块8路模拟电压（1-5V）3.3.6 模拟量输出模块D/A牛顿7024模块4路模拟输出，电流(4—20mA) 电压（1—5V）信号均可。
3.3.7 通信转换模块485/232转换牛顿7520模块，转换速度极高（300—115KHz），232口可长距离传输。
3.3.8 开关电源DC24的开关电源，最大电流为2A，可以满足实验要求。
3.4 硬件连接本系统中，D/A模块中的IO0接口为控制器调节阀开度的控制通道，IO1为可控硅的电压控制通道，IO2为变频器的控制通道。
A/D模块中，IN0为上水箱液位的检测，IN1为下水箱液位的检测，IN2为主流量的检测，IN3误为副流量的检测，IN4为温度信号的检测，IN5为阀位反馈信号的检测，IN6为水泵出口压力信号的检测。
在D/A模块中，由于模块本身不能提供电源，所以在控制时应串入24V直流电源，输出电流信号控制执行器，AGND为D/A模块公共地。
由于变送器输出的都是电流信号，而A/D模块输出的都是电压信号，所以在A/D通道的正负端并联一个250欧姆的电阻，将电流信号转换成电压信号。
系统采用的液位变送器，压力变送器都是二线制的，在检测液位工作时要串入DC24V电源。
接线要求：（I/O对应关系表）（1）上水箱液位的检测输出----A/D模块中，IN0通道输入（2）下水箱液位的检测输出----A/D模块中，IN1通道输入（3）主流量的检测输出----A/D模块中，IN2通道输入（4）副流量的检测输出----A/D模块中，IN3通道输入（5）温度信号的检测输出----A/D模块中，IN4通道输入（6）阀位反馈信号的检测输出----A/D模块中，IN5通道输入（7）水泵出口压力信号检测输出----A/D模块中，IN6通道输入（8）主调节阀开度的控制输入----D/A模块中的IO0通道输出（9）可控硅的电压控制输入----D/A模块中的IO1通道输出(10) 变频器的输入----D/A模块中的IO2通道输出(11) 副调节阀开度的输入----D/A模块中的IO3通道输出(12) 模块之间用RS485总线连接(13) 模块与计算机通讯：RS232通讯总线。