过程控制实训

常熟理工学院电气与自动化工程学院

过程控制技术实训

题目：基于PLC和组态王的

流量PID控制系统

姓名：顾晓

学号：ZB0215108

班级：ZB02151

指导教师：周林成

起止日期：

目录

第一章实训任务书 (2)

一、实训任务 (2)

二、实训目的 (2)

三、实训要求 (2)

四、实训内容 (3)

五、实训报告要求 (3)

六、实训进度安排 (3)

第二章课题研究目的、意义 (4)

2.1 课题的背景及发展 (4)

2.2 课题研究的目的和意义 (5)

第三章基于PLC和组态王的流量PID控制系统 (6)

3.1 仪表选型 (6)

3.1.1 GK-01电源控制屏 (6)

3.1.2 GK-02传感器输出与显示 (6)

3.1.3 GK-03单片机控制 (7)

3.1.4 GK-07交流变频调速 (7)

3.1.5 GK-08 PLC可编程控制 (8)

3.2 硬件部分设计 (8)

3.2.1 I/O口分配表和变量设置 (8)

3.2.2 PLC外部接线图 (9)

3.3 软件部分设计 (10)

3.3.1 PLC软件通信设置 (10)

3.3.2 梯形图设计 (10)

第四章流量PID控制系统组态设计 (13)

4.1 PLC与组态的建立 (13)

4.2 内部变量的建立 (13)

4.3 组态画面的建立 (14)

4.4 组态画面调试 (16)

4.4.1 组态调试过程与运行 (16)

第五章心得体会 (18)

第六章参考文献 (19)

第一章实训任务书

题目：基于PLC和组态王的流量PID控制系统

一、实训任务

本课题要求设计流量PID控制系统，涡轮流量传感器由壳体、前导向架、叶轮、后导向架、压紧圈和带放大器的磁电感应转换器等组成。当被测流体流经传感器时，传感器的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，叶轮周期性的改变磁电感应系数中的磁阻值，从而使通过线圈的磁通量周期性的发生变化而产生电脉冲信号，并经放大器放大后传送至相应的流量积算仪表，进行量或总量的计量。控制系统的任务是使管道实际流量等于给定值所要求的流量，通过PLC方式来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，从而达到控制水的流速的目的。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和组态王流量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、课程设计考核办法

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%、20%、60%。

第二章课题研究目的、意义

本课程设计主要研究工业工程中对于流量的监测和控制过程，其目的是利用PLC来实现过程自动控制。目前，PLC使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，涉及到所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域。PLC通过模拟量I/O模块和A/D、D/A模块实现模拟量与数字量之间的转换，并对模拟量进行闭环控制。2.1 课题的背景及发展

以可编程序控制器为主要控制装置所构成的控制系统为可编程序控制系统或PLC控制系统。可编程控制器(PLC)控制系统以其运行可靠、易学易用、抗干扰性强等特点,在工业控制中得到广泛的应用。可编程控制器是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。由于它能满足设备使用环境的要求和控制的复杂、可靠性,在现代的工业控制系统中大量应用，前景非常广阔。

最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用到它。

目前，国外的可编程自动控制设备技术顺应时代潮流，与计算机技术同步发展，向着通用化、模块化、智能化、标准化、数字化、网络化方向迅猛发展。国内的发展从全盘引进、仿制到自行研究，取得了举世瞩目的成绩，但从整体上看，我们在技术性能、制造工艺等方面与国际先进水平还存在很大差距。众所周知，我国的生产力水平还不是很高，特别是80年代以前的国有大中型企业，出于人才和经济因素的考虑，还有很多的厂矿企业正在使用着原有的落后设备和技术。因此，改变原有的落后设备和技术，设计以可编程序器与计算机结合的自动控制系统，提高工业自动化的程度，对加速我国尽早成为现代化工业强国意义重大。

在国内的许多化工厂，水泥厂，钢厂，尤其是国有老厂，其控制系统还在使用过时的模拟控制，甚至是全人工控制。人工控制由于人员过多效益过低，生产的产品不够精确，安全隐患大增加了系统故障的可能性，还有就是工厂的试验设备和生产设备存在一定的相差度，以致影响了产品质量和生产效益。而随着产品性能的提高，对自动控制系统的要求也越来越高，传统控制已达不到系统要求。随着大规模及超大规模集成电路的发展以及计算机的出现，控制系统开始由传统控制向自动控制方向发展。

目前，虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每应用的行业也很广。国内的PLC市场主要是被国外产品占领，但是国内也有自己的品牌如和利