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针对双液位控制并且基于PLC组态王的软件来操作。
吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）共33页，第1页第1章绪论11课题来源本课题来源于科研。随着城市化的发展以及现代科学的快速进步导致现代人们对生活质量的要求越来越大，在工厂工业生产的过程中的油料、冷却水、调速油、油类加工、液态燃料的供应、废弃油量的净化等加工和传输等场合常需要对容器中液位进行有效可靠的监控与及时控制，如果不能按之前设定的让液体循环就不能让整个机组能够正常运行。所以，我们的课题针对双液位控制并且基于PLC组态王的软件来操作。12研究目的与意义随着科学的进步，现在技术的飞速发展，计算机科学技术、信息科学技术、自动控制理论的快速发展并向工业建筑行业的渗透与融合，现在的人类面对在享受生活和提高工作环境的要求也在渐渐提高，所以全自动的控制系统的应用就发展开来。近年来，在工厂里的双容量控制已经成为了时下的热点和重点。可是在现代的工业自动控制系统设备中具有相对明显延后性并且在控制过程中也是时变得。在工业生产与传输质量或能量的过程中，存在着各种各样的阻力和容积构成的多容对象。在现实中含有大量的分散性质，类似被不同的阻隔和容量相分隔一样。显示生产中的大多是被控不同容量和阻力的的相隔离类似。实际生产过程中的大多数被控对象就像好多由多数阻隔和容量构成构成的多容对象一样。生产中的由两类串联的单容的对象的组成的双容对象就非常的明显。为此，我设计一种基于PLC与组态技术的双容量控制系统，该系统利用欧姆龙PLC与组态软件进行系统设计，不仅能够实现精确的实时监控并且及时控制，而且构造简单，施工成本相对低廉，性价比较高，具有较好的应用前景。在我们自动化专业的教学任务中最重要的实践性教学环就是毕业设计。它的教学的任务就是加强学生的知识联系到实际操作中去，提高运用之前所学习的基础理论专业的知识，加大解决现实的问题和提高我们分析实际现象的能力，加强我们独立研究单项设计的能力。在老师的知道培训下，通过本毕业设计必须达到上述目的。我实际操作中是通过在本设计中能够具体独立利用本专业的自动化的专业基础的知识然后结合KINGVIEW652组态王软件应用等知识设计基于组态王监控软件的双容量的控制系统的自动控制来体现上述目的。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）共33页，第2页13主要研究内容双容量的液位系统的控制是一种基于组态软件与PLC的液位控制系统，该系统利用组态的软件进行系统设计和仿真，在能实现精确的基本上全面实现自动控制，构造简单并且成本还比较低廉，然后还具有非常有前景发展趋势。双容量的自动控制的实现可大大减轻工厂的成本，提高能源利用率，减少人力，物力和财力，有相对较少的能源的浪费，是建筑智能的标志。14国内发展现状目前的国内水箱液位控制是工厂设计的重要部分，一般在汽车厂、发电站、污水净化站蓄水库等需要监控液位的地方，目前只是依靠以往的自动化经验理论进行设计工作。控制方法有PID比例积分微分控制、基于线性模型控制系统，大多数是在工作点附近线性化以后再加以控制4。针对双容水箱普遍存在容积延迟问题和传统PID比例积分微分的单回路控制难于达到控制要求的特点，提出了基于组态王和可编程控制器的双容液位控制系统。液位对象一般具有时变、非线性、大惯性特点，控制系统一般采用常规PID控制，由于参数固定PID控制难以保证系统适应工作条件的变化。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，在国内已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，应用情况大致可归纳如以下几类（1）开关量的逻辑控制。它们都是PLC的自动控制器比较基础和比较广泛的领域，这些不仅代替了一些传统的设备电路，完成了基本的控制龙脊，控制顺序，还能应用在个体机器设备上，还能用在其它串联在一起的多机群控和自动控制流水线上9。（2）模拟量控制。现在大多数工厂作业中，很多非数字化变化的量，比如温度控制、压力控制和流量控制这些都是模拟量。我们因为想使PLC控制的程序能处理模拟量，所以就得完成模拟量和数字量之间的相互转化，就是我们经常所学的A/D，D/A转换。（3）运动控制。PLC的可编程器现在已经应用圆周和直线的运动上。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合5。（4）过程控制。过程控制系统包括温度和压力还有流量等一些模拟控制量吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）共33页，第3页的闭环控制系统。因为控制工业设备,可编程的控制系统能够编写多种程序控制设备,完成闭环控制。伴随着现代化的进步,现在一些比较新的控制系统已经用新的标准的计算机的软件平台和硬件平台来组成的集成串级系统来代替我们之前应用的封闭环,现在的过程控制有较强的适应性,较好的开放性,外部扩展方便,经济和开发周期短等优点6。15国外发展现状1在时间发展到20世纪的70年代后来的时候，可编程控制的操作系统就已经进入能够在实际中应用的发展的时间段，PC电脑的技术发展也已经发展到全面引入的可编程控制器件的操作系统中中，这样的发展能够让它们在实际的功能发生了很大的跳跃。比较快速运算效率、体积更加小巧、更加方便可靠实现工业抵抗的干扰操作、还能模拟量的数据的运算、比例积分微分的功能和它极高的性价比也能奠定了自动控制在现代工业中的地位，举足轻重的地位。当时间发展到20世纪第80年的时候，可编程控制操作系统在世界先进的工业发达的国家中就已经获得比较广泛的应用。在这个时候可编程控制器的发展的最大的特性就是规模大、速度快、性能强大、产品系列化。发展到这个阶段的另一个突出的特性是世界上的生产的可编程控制器的国家也逐渐增多，其生产的数量更是日益增多。明显这就标志着我们的可编程控制器已步入成熟阶段1。德国一家自动化公司研制的双容水箱系统是著名的智能实验设备之一，在国外很多大学和实验室都已得到了广泛的应用，国内也有包括清华大学、浙江大学、吉林大学等高校引进了该公司研制的双容水箱过程控制实验装置。但是，由于该双容水箱系统价格太高，给购置这个实验设备带来很多困难。也正是受其高价格的限制给基于双容水箱系统的算法研究和仿真带来了困难。液位控制系统一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为液位的系统。在生产过程中，对液位的相关参数进行控制，使其保持为一定值或按一定规律变化，以保证质量和生产安全，使生产自动进行下去。液位过程参数的变化不但受到过程内部条件的影响，也受外界条件的影响，而且影响生产过程的参数一般不止一个，在过程中的作用也不同，这就增加了对过程参数进行控制的复杂性，或者控制起来相当困难，因此形成了过程控制的很多问题。以前我们所了解的一些工厂工业的实际生产中的比较广泛的使用的电气自动化控制系统就是例如继电器接触器的控制系统。其系统不仅具有简单的结构、价格更是相对便宜、它的操作性能也比较简易然后对待维护的技术的要求也不是很高等多数优点，特别适用于工作模式固定、控制要求比较简单的场合10。随着工业生产的迅速发展，继电控制系统的缺点变得日益突出。由于其线路复杂，系统的可从产品的配套能力来说，生产了各种人机界吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）共33页，第4页面单元、通信单元，使应用可编程控制器的靠性难以提高且检查和修复相当困难。1968年，美国通用汽车公司（GM）为适应汽车工业激烈的竞争，满足汽车型号不断更新的要求，向制造商公开招标，寻求一种取代传统继电器接触器控制系统的新的控制装置，通用汽车公司对新型控制器提出的十大条件1编程简单，可在现场修改程序；2维护方便，采用插件式结构；3可靠性高于继电接触控制系统；4体积小于继电接触控制系统；5成本可与继电器控制柜竞争；6可将数据直接输入计算机；7输入是交流115V美国标准系列电压值；8输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、交流接触器、小功率电机等；9通用性强，能扩展；10能存贮程序，存储器容量至少能扩展到4KB。根据上述要求，美国数字设备公司DEC在1969年首先研制出第一台可编程控制器PDP14，在汽车装配线上使用，取得了成功。接着，美国MODICON公司也开发出了可编程控制器0年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出日本第一台可编程控制器DSC18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，其功能基本上限于开关量逻揖控制，仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，一般称为可编程逻辑控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER,简称PLC。这种PLC主要由中小规模集成电路和分立元件组成，在硬件设计上特别注重适用于工业现场恶劣环境的应用，但编程需要由受过专门训练的人员来完成，这是第一代可编程控制器。现代的PLC不仅能实现开关量的逻辑顺序的控制，而且具有数字运算、处理数据、运动控制以及模拟量控制，还具有远程输入输出、通信网络和图像显示等功能，已成为实现生产自动化、管理自动化的重要支柱3。16研究内容通过组态王软件与PLC相关联形成的动态监控是本次的毕业设计的目的，具体是通过水箱，水槽的液位传感器检测液位的高低，将信号传递给阀门与循环泵通过改变阀门的宽窄调节水流量，最终达到循环。它还能完成比较精准的全自动非人为控制，并且有简单的构造，作业成本较低，前景广泛。双容量的自动控制的实现可大大减轻工厂的成本，提高能源利用率，较少能源的浪费，是建筑智能的标志8。吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）共33页，第5页第2章系统设计的硬件软件介绍本次毕业设计是通过可编程控制器编程，对双容液位实时监控通过编写梯形图，以达到循环自动控制，下面具体介绍PLC的组成与特点。21PLC的组成PLC是经过继电线路和接触线路的相关原理来组装的，其同等的内部装置及线路与继电接触线路基本相同。由PLC定义可知，它同平常的PC电脑的结构相似，也有中央处理单元（CPU）、储存器（MEMORY）、输入/输出（INPUT/OUTPUT）接口、电源部件及外部设备接口等。可是由于PLC是专门为在工厂工业环境下应用而设计出来的。为方便于接线、方便于扩充功能、方便于操作及维护，它的结构又与一般PC计算机有所区别。图21原理图我们常见的PLC有整体式和模块式两类。不论哪种结构，其内部组成都是相同相似的，其结构框图如图21所示。1CPU是PLC的核心处理部分。与电脑的CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。其功能（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）共33页，第6页（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；（4）在PC进入运行状态后A）执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启动有关的控制电路）B）进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中
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简单控制系统投运与参数整定―水箱液位定值控制实验
[导读] 1.了解单容液位定值控制系统的结构与组成。2.掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法。3.了解P、PI、PD 和PID 四种调节器分别对液位控制的作用。3.2 实验设施：化工自动化仪表实验平台、实验导线、计算机、M
&1.了解单容液位定值控制系统的结构与组成。本文引用地址:
2.掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定方法。
3.了解P、PI、PD 和PID 四种调节器分别对液位控制的作用。
3.2 实验设施：
化工自动化仪表实验平台、实验导线、计算机、MCGS 组态软件、RS485/232 转换器。
3.3 实验原理：
实验系统流程图如下图所示。被控量为液位水箱的液位高度，实验要求水箱的液位稳定在给定
值的2%～5%范围内。本装置中共有三路液位传感器同时检测液位水箱的液位高度，可任选一路作
为控制器的反馈信号，本实验选用电容式压力变送器作为测量液位的反馈信号，与给定量比较后取
得差值，调节器根据偏差来控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。为了实现系统在
阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 或PID 控制，一般在变化量较快的
液位、流量和压力控制参数中，不采用微分控制，微分虽然可以改善动态调节效果，但其对变化较
快参数的抗干扰能力较差。
7. 在实验界面中有&通讯成功&标志，表示计算机已和三块仪表同时建立了通讯关系;若显
示&通讯失败&并闪烁，说明有仪表没有与上位机通讯成功，检查转换器、通讯线以及计算机COM
端口设置是否正确;
8.通讯成功后，按经验法或动态特性参数法等整定调节器参数，选择PI 控制规律，并按整定
后的PI 参数进行调节器参数设置。
9.点击实验界面中&设定值&的数值显示框，在弹出的对话框中填写液位设定值，然后点击&比
例度&&积分时间&&微分时间&，在弹出的对话框中填写对应的比例度、积分时间和微分时间，在实
验界面中点击&自动&按钮，智能调节仪Ⅰ被设置为&自动&状态，仪表内部控制算法启动，打开
离心泵的开关，对被控参数进行闭环控制。
10. 当液位稳定于给定值的2%～5%范围内，且不在超出这个范围后，通过以下几种方式加干
① 突增(或突减)仪表设定值的大小，使其有一个正(或负)阶跃增量的变化(内部扰动);
② 将阀F1-1 旁路阀F1-2 开至适当开度(外部扰动);
③ 改变关联管路的阀门以对系统加入外部扰动，但注意外部扰动加入量应合理，不宜破坏系统
的平衡，超出控制系统的调节能力范围。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%～15%，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不
稳定。通过内部扰动加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位
稳定至新的设定值(采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值)，记录此时的智能仪表的设定值、输
出值和仪表参数，液位的响应过程曲线将如图所示。
11. 分别适量改变调节仪的P 及I 参数，重复步骤10，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响
12. 分别用 P、PD、PID 三种控制规律重复上述步骤，用计算机记录不同控制规律下系统的阶
跃响应曲线。
6.2.5 实验报告要求
1.画出单容水箱液位定值控制实验的系统方框图。
2.用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
3.比较不同PID 参数对系统控制品质产生的影响。
4.分析P、PI、PD、PID 四种控制规律对本实验系统的作用。
5.选择其中一种控制规律计算过渡过程的相关参数。
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