基于PLC的水箱液位PID调节

自动控制系统课程设计设计题目：基于PLC的水箱液位PID控制专业：自动化学号：5110626姓名：闫正军指导老师：王宏伟成绩：控制工程学院完成时间：2014年7月4日东北大学秦皇岛分校课程设计用纸基于PLC的水箱液位PID控制摘要本设计的课题是基于PLC的水箱液位PID控制。在设计中，主要是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文设计中用到的PID算法较多，而在PLC方面的知识较少。本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析，S7-200系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。关键词：S7-200系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，PID指令，东北大学秦皇岛分校课程设计用纸TheliquidlevelcontrolsystembasedonPLCAuthor：YanZhengjunTutor：WangHongweiABSTRACTThesubjectofgraduationdesignisbasedonPLC,liquidlevelcontrolsystemdesign.Inthedesign,theauthorismainlyresponsibleforthemathematicalmodelandcontrolalgorithmdesign,sothedesignusedinthepaperreferredtowasmorePIDalgorithm,PLCinlessknowledge.Maincontentsofthisarticle:PLCcreationanddefinition,processcontrol,development,andwatertanksandexperimenttodeterminethecharacteristicscurveanalysis,S7-200seriesPLChardwarecontrol,PIDtuningparametersandvariousparametersofthecontrolperformancecomparison,theapplicationPIDcontrolalgorithmobtainedexperimentalcurveanalysis,theentiresystem,introduceandexplainthevariouspartsofthePLCprocesscontrolcommandstocontrolthetanklevelPIDinstruction.Keywords：S7-200seriesPLC,PIDcontrolalgorithm,toexpandthecriticalproportionmethod,PIDinstruction,东北大学秦皇岛分校课程设计用纸目录第一章绪论.............................................................错误!未定义书签。第二章设计任务与要求..........................................................................32.1本文研究的目的、意义.....................................................................32.2基本任务............................................3第三章设计基础储备..............................................................................43.1建模过程............................................43.2实验设备介绍......................................-4-3.2.1PLC系统...................................................................................43.2.2双水箱锅炉系统........................................................................43.2.3PowerFlex400变频器................................................................43.3PID控制器算法................................................................................43.3.1模拟PID控制系统组成..............................43.3.2模拟PID控制器的微分方程和传递函数......................................43.3.3PID调节器各环节作用..............................4第四章主体设计部分..............................................................................44.1构建硬件回路...................................................................................84.1.1PLC接线........................................44.1.2变频器接线.......................................44.2编程...............................................44.2.1PLC编程........................................4东北大学秦皇岛分校课程设计用纸4.2.1.1采用S7-200PID向导编程.......................44.2.1.2采用PID指令编程.............................44.2.2变频器编程.......................................44.3调试...............................................44.4遇到的问题及解决方法..................................4第五章注意事项...................................................................................215.1安全注意事项.................................................................................215.1.1防止触电........................................45.1.2防止损坏................................................................................21结论.....................................................................错误!未定义书签。致谢...................................................................................................21参考文献...................................................................................................23东北大学秦皇岛分校课程设计用纸1东北大学秦皇岛分校控制工程学院《自动控制系统》课程设计任务书专业自动化班级51106姓名闫正军设计题目：基于PLC的水箱液位PID控制一、设计实验条件地点：实验室实验设备：S7-200PLC、变频器、水箱二、设计任务设计用PLC控制的PID水箱液位控制,控制的任务是使水箱的液位等于给定值,减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。用液位参数为被控对象。交流电动机带动泵通过入水阀门向上水箱供水,出水阀门同时向外排水,令入水的速度大于出水的速度,达到被控参数(液位)的动态调整。能够较好的克服扰动。三、设计说明书的内容1、设计题目与设计任务（设计任务书）2、前言（绪论）(设计的目的、意义等)3、主体设计部分4、参考文献5、结束语四、设计时间与设计时间安排1、设计时间：6月23日～7月4日2、设计时间安排：熟悉课题、收集资料：3天（6月23日～6月25日)具体设计（含上机实验）：6天（6月26日～7月1日)编写课程设计说明书：2天（7月2日～7月3日)答辩：1天（7月4日）东北大学秦皇岛分校课程设计用纸2第一章绪论可编程控制器（简称PLC或PC）是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置，是一种数字运算操作的电子系统。它以微处理器为核心，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术容为一体，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。它具有控制能力强、可靠性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，是当今及今后工业控制的主要手段和重要的自动化控制设备。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。液位控制是工业生产中典型的过程控制问题，对液位准确的测量和有效的控制是一些设备优质、高产、低耗和安全生产的重要指标。由于它便于直接观察、容易测量、获取方便、过程时间常数一般比较小、价格低廉等特点，所以被广泛应用于工业测量。PID控制依然是目前在工业过程控制系统中采用最多的控制方式。即使在美国、日本等工业发达国家，PID控制的使用率仍达90%，可见PID控制在工业过程控制中占有异常重要的地位。PID控制技术经历了数十年的发展，从模拟PID控制发展到数字PID控制，技术不断完善与成熟。尤其近十多年来，随着微处理技术的发展，国内外对智能控制的理论研究和应用研究十分活跃，智能控制技术发展迅速，如专家控制、自适应控制、模糊控制等，现己成为工业过程控制的重要组成部分。由于液体本身的属性及控制机构的摩擦、噪声等的影响，控制对具有一定的纯滞后和容量滞后的特点，液位上升的过程缓慢，呈非线性。因此液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关键。本课题针对液位控制设计了一个由液位传感器、PLC、变频器等组成的系统，并采用了PID算法对其控制。东北大学秦皇岛分校课程设计用纸3第二章设计任务与要求2.1本文研究的目的、意义意义：在自动化控制的工业生产过程中，一个很重要的控制参数就是液位。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。随着现在工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经也不能够满足工业生产控制的需