课程设计报告-液位控制系统设计

目录一、《控制系统分析与综合》任务书......................................31.1、工程训练任务.........................................................31.2、工程训练目的.........................................................31.3、工程训练内容.........................................................31.4、工程训练报告要求.....................................................31.5、工程训练进度安排.....................................................41.6、工程训练考核办法.....................................................4二、总体设计方案.........................................................52.1、控制系统目标.........................................................52.2、控制系统要求.........................................................5三、硬件设计..............................................................63.1、PLC系统设计的基本原则...............................................63.2、PLC控制系统设计的基本内容和步骤.....................................63.2.1、设计的基本内容...................................................63.2.2、设计的基本步骤...................................................63.3、PLC的选型...........................................................63.3.1、PLC机型选择.....................................................73.3.2、PLC容量的选择...................................................7四、软件设计..............................................................74.1、PLC相关设定.........................................................74.1.1、PLC的元件分配...................................................74.1.2、PLC程序顺序功能图...............................................84.1.3、PLC程序.........................................................94.1.4、PID控制器参数整定..............................................11五、组态监控软件的设计.................................................125.1、建立新工程..........................................................125.2、建立通讯口..........................................................135.3、新建变量............................................................145.4、新建监控画面........................................................15六、运行调试步骤与结果.................................................166.1、调试步骤............................................................166.2、运行结果............................................................17七、收获与小结..........................................................19八、参考文献.............................................................19一、《控制系统分析与综合》任务书题目：液位控制系统设计1.1、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。1.2、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。1.3、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。1.4、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1.5、工程训练进度安排周次工作日工作内容第一周1布置课程设计任务，查找相关资料完成总体设计方案23完成PLC程序设计完成监控画面设计45第二周1调试23准备训练报告4完成训练报告并于下午两点之前上交5答辩1.6、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%。二、总体设计方案2.1、控制系统目标本课程设计综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，针对双容水箱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。2.2、控制系统要求根据控制系统的目标，可以得出该控制系统的要求如下：系统结构框图可编程控制器计算机（组态王）水箱液位PID调节参数设定工控开关变频器进水泵出水阀门控制系统框图进入系统是否自动当前液位采集进入PID自动调节变频器输出控制进水泵按动进水按钮给变频器值带动进水泵否是图2.2.1系统结构框图图2.2.2控制系统框图三、硬件设计3.1、PLC系统设计的基本原则：（1）应最大限度地满足机械设备和生产过程的控制要求；（2）确保控制系统安全可靠；（3）力求控制简单、实用、合理；（4）系统应留有一定余量。3.2、PLC控制系统设计的基本内容和步骤：3.2.1、设计的基本内容：（1）根据被控对象的工艺拟定控制系统的控制功能及目标；（2）细化控制系统的各类技术要求；（3）选型及硬件配置；（4）编制I/O分配表，绘制PLC系统及其现场设备的接线图；（5）依据软件说明书，编制PLC应用程序；（6）编写设计说明书和系统使用说明书、操作规则等；（7）系统的安装、调试和投运。[2]3.2.2、设计的基本步骤：（1）分析被控对象并提出控制要求；（2）确定输入输出设备；（3）选择PLC机型；（4）分配I/O点并设计PLC外围硬件电路；（5）程序设计和程序模拟调试；（6）硬件实施主要进行控制台等硬件的设计与现场施工；（7）联机调试；（8）根据调试的最终结果编制技术文件。3.3、PLC的选型可编程控制器（ProgrammableLogicController）是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。PLC是该控制系统的核心部件，合理选择PLC对于保证整个控制系统的技术指标和质量至关重要的。选择PLC应包括PLC机型、容量等的选择。3.3.1、PLC机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠，维护使用方便及最佳的性能价格比。（1）结构合理对于工艺比较固定，环境条件较好，维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC。（2）功能强弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。3.3.2、PLC容量的选择PLC容量主要是指是PLC的I/O点数，I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格也较高，若备用的1/O点是数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常1/0点数按实际需要的考虑留10%-15%点数备用量。四、软件设计4.1、PLC相关设定4.1.1、PLC的元件分配程序中使用的PLC元件及其功能如表3.1所示。器件地址功能器件地址功能VD200过程变量标准化值M0.1为1自动，为0时手动VD204液位给定值M0.2电机正转VD208PID计算值AIW0模拟值输入VD212比例系数KcAQW0模拟值输出VD216采样时间TsAC0累加器VD220积分时间TiVD224微分时间Td4.1.2、PLC程序顺序功能图开始是否自动按动自动按钮给变频器定值带动进水泵进水按钮设定P、I、D参数，设定液位PID自动调节变频器输出是否是控制进水泵结束按钮读入当前液位和变频器输出值否给0给变频器结束否是表4.1.1PLC原件分配表4.1.2PLC程序顺序功能图4.1.3、PLC程序主程序（MAIN）：初始化SM0.1（）（）MOV-WENENOINOUT32000AQW0M0.0M0.1M0.1ENIDISIM0.2MOV-WENENOINOUT0AQW0M0.2（）M0.0DISIMOV-WENENOINOUTAQW00XOR-DWENENOIN2OUTAC0AC0IN1AC0I-DIENENOINOUTAIW0AC0DI-RENENOINOUTAC0DIV-RENENOIN2OUTAC032000.0IN1AC0MOV-RENENOINOUTVD200AC0AC0SM0.0子程序（初始化）：ENINENOMOV_BOUT255SMB34SM0.0ATCHENEN0INTEVNTDISIPID算法:INT010ENINENOMOV_ROUTENINENOMOV_ROUTSM0.00.25VD2040.255VD216ENINENOMOV_ROUTENINENOMOV_ROUT7.30VD2121550.0VD220SM0.0ENINENOMOV_ROUT0.0VD224中断程序（PID算