摘要 ?

本文根據(jù)液位系統(tǒng)過程機理，建立了單容水箱的數(shù)學(xué)模型。在設(shè)計中用到的PID算法提到得較多，PLC方面的知識較少。并根據(jù)算法的比較選擇了增量式PID算法。建立了PID液位控制模擬界面和算法程序，進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，并通過整定PID參數(shù)，同時得出了整定后的仿真曲線和實際曲線。主要內(nèi)容包括：PLC的產(chǎn)生和定義、過程控制的發(fā)展、水箱的特性確定與實驗曲線分析，?FX2系列可編程控制器的硬件掌握，PID參數(shù)的整定及各個參數(shù)的控制性能的比較，應(yīng)用PID控制算法所得到的實驗曲線分析，整個系統(tǒng)各個部分的介紹和講解PLC的過程控制指令PID指令來控制水箱水位。PLC在工業(yè)自動化中應(yīng)用的十分廣泛。PID控制經(jīng)過很長時間的發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)中重要的控制手段。本設(shè)計就是基于PLC的PID算法對液位進(jìn)行控制。PLC經(jīng)傳感電路進(jìn)行液位高度的采集，然后經(jīng)過自動調(diào)節(jié)方式來確定完P(guān)ID參數(shù)后，通過控制直流泵的工作時間來實現(xiàn)液位的控制。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計主要內(nèi)容是利用提供的被控對象單容水槽和相關(guān)儀器儀表，設(shè)計液位控制系統(tǒng)，利用組態(tài)王軟件編寫控制算法實現(xiàn)控制系統(tǒng)的上位機監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王，液位控制，PID算法，過程控制

一、設(shè)計任務(wù)3

二、實驗?zāi)康?

三、實驗方案3

四、實驗過程5

實驗總結(jié)17

參考文獻(xiàn)18

附錄19

一、設(shè)計任務(wù)：

(1)液位監(jiān)控：完成一個液位監(jiān)控系統(tǒng)，要有流程圖畫面，報警畫面，歷史曲線、實時曲線、報表等個畫面鍵可以靈活切換。

(2)通過組態(tài)軟件，結(jié)合實驗已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用但閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的液位單回路過程控制系統(tǒng)。

設(shè)計要求

根據(jù)液位單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。

運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計液位但回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。

二、實驗?zāi)康?#xff1a;

(1)能根據(jù)具體對象及控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。

(2)能夠根據(jù)過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用模塊。

(3) 能根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。

(4)能運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。(5)控制要求超調(diào)量小于等于4%，峰值時間不超過30s。調(diào)節(jié)時間越短越好。

三、實驗方案：

整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計算機，采用算法為PID控制規(guī)律,調(diào)節(jié)器為電磁閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖2.2所示。

當(dāng)系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道將水送到上水箱，由HB返回信號，是否還需要抽水到水箱。若還需要(即水位過低)，則通過電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達(dá)到合適位置；若不需要(即水位過高或剛好合適)，則通過電磁閥使流量保持或減小。其整個流程圖如圖2.1所示。

圖2.1 液位單回路控制系統(tǒng)圖

過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.

圖2.2 液位單回路控制系統(tǒng)框圖

四、實驗過程：

? 在組態(tài)王中，我們所建立的每一個組態(tài)稱為一個工程。每個工程反映到操作系統(tǒng)中是一個包括多個文件的文件夾。工程的建立則通過工程管理器。

? 點擊“開始”---〉“程序”---〉“組態(tài)王6.5*”---〉“組態(tài)王6.5*” (或直接雙擊桌面上組態(tài)王的快捷方式)，啟動后的工程管理窗口

? 搜索：單擊此快捷鍵，在彈出的“瀏覽文件夾”對話框中選擇某一驅(qū)動器或某一文件夾，系統(tǒng)將搜索指定目錄下的組態(tài)王工程，并將搜索完畢的工程顯示在工程列表區(qū)中。

? 刪除 ：在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵刪除選中的工程。

? 屬性： 在工程列表區(qū)中選擇任一工程后，單擊此快捷鍵彈出工程屬性對話框，可在工程屬性窗口中查看并修改工程屬性。備份工程備份是在需要保留工程文件的時候，把組態(tài)王工程壓縮成組態(tài)王自己的“.cmp”文件。

? 第一步：創(chuàng)建新工程

? 第二步：定義硬件設(shè)備并添加工程變量。添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量.包括內(nèi)存變量和I/O 變量

? 第三步：制作圖形畫面并定義動畫連接

? 按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面并使靜態(tài)畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。 ? 第四步：編寫命令語言。通過腳本程序的編寫以完成較復(fù)雜的操作上位控制。

? 第五步：進(jìn)行運行系統(tǒng)的配置。對運行系統(tǒng)、報警、歷史數(shù)

總結(jié)

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