過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計---單容水箱pi控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p>　　學(xué)院：__________________________</p><p>　　班級：__________________________ </p><p>　　姓名：__________________________ </p><p>　　學(xué)號：________

2、__________________ </p><p>　　指導(dǎo)教師：______________________ </p><p>　　單容水箱PI控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　一、設(shè)計要求</b></p><p>　　掌握液位傳感器的零點和增益調(diào)整方法。</p><p>

3、　　掌握西門子200PLC PI控制程序的編寫方法。</p><p>　　掌握MCGS組態(tài)軟件的使用方法。</p><p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　調(diào)整液位傳感器參數(shù)，使其能夠準(zhǔn)確檢測水箱液位。</p><p>　　設(shè)計基于西門子200PLC的水箱液位PI控制程序。</p>&

4、lt;p>　　設(shè)計基于MCGS組態(tài)軟件的上位機監(jiān)控程序，完成PI參數(shù)的調(diào)整、手自動控制、液位曲線的監(jiān)控、數(shù)據(jù)歸檔、故障報警功能。</p><p>　　三、實驗系統(tǒng)介紹及原理組成</p><p><b>　　1、概述</b></p><p>　　THKGK-1是過程控制的綜合實習(xí)設(shè)備，在THKGK-1上可以做實習(xí)設(shè)備的基本調(diào)試與儀器整定；單

5、容水箱對象特性測試，雙容水箱對象特性測試，溫度位式控制系統(tǒng)，智能儀表溫度位式控制系統(tǒng)，溫度PID控制系統(tǒng)，單容水箱液位PID控制系統(tǒng)，雙容水箱液位PID控制系統(tǒng)，流量控制系統(tǒng)，單容水箱壓力PID控制系統(tǒng)等過程控制的實習(xí)內(nèi)容能夠完全滿足工業(yè)自動化專業(yè)過程控制方面的實習(xí)要求。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)簡介</b></p><p>　　被控對象包括上水箱、下水箱

6、、復(fù)合加熱水箱以及管道。調(diào)節(jié)器主要有模擬調(diào)節(jié)器（含比例P調(diào)節(jié)、比例積分PI調(diào)節(jié)、比例微分PD調(diào)節(jié)、比例積分微分PID調(diào)節(jié)）、位式調(diào)節(jié)器、智能儀表調(diào)節(jié)器、PLC控制器、單片機控制、計算機控制等。執(zhí)行器模塊主要有固態(tài)繼電器、磁力驅(qū)動泵、電加熱絲。</p><p>　　變送器模塊主要有流量變送器（FT）、液位變送器（LT1，LT2）、溫度變送器（TT）、壓力變送器（PT）等。變送器的零位、增益可調(diào)，

7、 圖 1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　并均以標(biāo)準(zhǔn)信號DC0-5V輸出。另外，根據(jù)用戶需要，配置微機通訊接口單元（RS232），以滿足計算機實時控制實驗的需要。 </p><p>　　圖2 單容水箱PI控制系統(tǒng)接線圖</p><p>　　3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及其傳函</p>

8、;<p><b>　　給定值 輸出值</b></p><p><b>　　圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)傳遞函數(shù)：</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)換關(guān)系</b></p><p>　　檢測液位高度：0

9、~5V電壓值——> PLC： 0~32000 數(shù)值。</p><p><b>　　液位傳感器校準(zhǔn)</b></p><p>　　1、按照設(shè)計的要求接線，打開上水箱液位傳感器后蓋。</p><p>　　2、調(diào)節(jié)上水箱液位傳感器調(diào)零旋鈕，使之無水時LT1輸出為0。</p><p>　　3、啟動THKGK-1實驗裝置，打開

10、進水閥3、閥9，出水閥6打在一定開度，觀察LT1顯示輸出及上水箱液位變化。</p><p>　　4、觀察上水箱液位高度值與LT1顯示數(shù)值是否一致，若不一致，調(diào)節(jié)增益旋鈕使之一致變化。</p><p>　　5、調(diào)節(jié)完畢，蓋上液位傳感器后蓋，停止THKGK-1實驗裝置。</p><p>　　S7-200 PLC程序設(shè)計（程序見附錄）</p><p&g

11、t;　　1、打開STEP 7軟件，首先熟悉下界面，瀏覽菜單欄各項的內(nèi)容，了解各項的功能。單擊左側(cè)工具欄中"Instructions"（指令），可以插入各種梯形圖指令，編程實現(xiàn)自己想要的功能。</p><p>　　2、通信配置（下載程序）。單擊"CPU 224 CN REL 02.01",單擊"Communications"（通信），單擊"Set

12、 PG/PC Interface"，選擇"PC/PPI cable (PPI)"，單擊"OK"，單擊"雙擊刷新"，找到鏈接地址，即通信成功，單擊"下載"即可下載PLC程序。</p><p>　　3、編輯PID模塊 </p><p>　　1)、單擊菜單欄"Tools"(工具)，單擊

13、"Instrution Wizard"(指令向?qū)?，出現(xiàn)如下界面，選擇PID，單擊"下一步"。</p><p>　　2)、選擇"New"。配置新回路，單擊"下一步"。</p><p>　　3）、選擇一個回路。默認(rèn)0回路，單擊"下一步"。</p><p>　　4）、回路

14、的給定值設(shè)定和回路參數(shù)設(shè)定。根據(jù)臨界比例度法配置增益和積分時間，由于PI控制，微分時間為0，采樣時間設(shè)定為1秒，單擊"下一步"。</p><p>　　5）、回路輸入選擇。模式、輸入類型默認(rèn)，高低限范圍設(shè)定默認(rèn)即可，單擊"下一步"。</p><p>　　6）、回路報警選擇。使能高低限報警，可設(shè)定。單擊"下一步"。</p>

15、<p>　　7）、建議地址?？赡J(rèn)，單擊"下一步"。</p><p>　　8）、添加手動控制PID，打挑，單擊"下一步"。</p><p>　　9）、完成PID模塊設(shè)置，單擊"Finish"。</p><p>　　10)、出現(xiàn)一個PID控制模塊，可參照指導(dǎo)書，添加變量，模塊的輸入輸出、給定、手

16、自動切換、手動輸出、高低限報警、錯誤提示。</p><p>　　4、調(diào)節(jié)PID輸出。單擊"運行"，查看程序狀態(tài)，打開"狀態(tài)表"，單擊"眼鏡"，可在線修改各變量的狀態(tài)值，插入"新值"，實時在線調(diào)節(jié)PID。圖為增益為15，積分時間為3分鐘時的輸出，有振蕩，需進一步調(diào)節(jié)。</p><p>　　5、調(diào)節(jié)PID參數(shù)使之輸

17、出理想曲線。</p><p>　　六、MCGS上位機監(jiān)控軟件設(shè)計</p><p>　　1、組態(tài)配置。打開MCGS組態(tài)環(huán)境，新建文件，單擊"設(shè)備窗口"，打開"工具箱"，打開"設(shè)備管理"，添加"通用串口父設(shè)備"和"西門子S7-200PPI"，如下圖。</p><p>　　

18、2、單擊"通用串口父設(shè)備"，查看屬性，查看PLC對應(yīng)的串口號，默認(rèn)0-COM1，數(shù)據(jù)校驗方式選擇"偶校驗"，確定。</p><p>　　3、查看 "西門子S7-200PPI"屬性。基本屬性內(nèi)可以添加通道，選擇通道類型，數(shù)據(jù)位數(shù)，操作方式等。</p><p>　　4、查看"通道連接"屬性，可以添加數(shù)據(jù)對象，對應(yīng)各

19、通道地址，以便設(shè)置控件屬性。</p><p>　　5、調(diào)試設(shè)備。單擊"檢查"，可以查看組態(tài)是否連接，若連接，可以查看各通道的狀態(tài)。</p><p>　　6、打開"用戶窗口"?？梢孕陆ù翱冢瑔螕?quot;窗口屬性"，可以更改窗口名，添加控件等操作。</p><p>　　7、打開窗口，點擊"小斧頭"

20、（工具箱），添加元件、控件。下面是已做好的組態(tài)窗口。</p><p>　　8、單擊"水位設(shè)定值"對應(yīng)的控件，添加黑框單擊"查看"，在屬性設(shè)置里可選擇"顯示輸出"、"按鈕輸入"等操作，打?qū)μ柤纯?。顯示輸出可設(shè)定表達式的值，見步驟3和4。</p><p>　　9、在工具箱里可以添加"實時曲線"，

21、雙擊查看屬性，在"畫筆屬性"里可添加要顯示的曲線。</p><p>　　10、打開工具箱可以添加按鈕，雙擊查看按鈕屬性，對操作屬性進行設(shè)置，數(shù)據(jù)對象可以進行取反、置"1"，置"0"操作。</p><p>　　11、在用戶窗口中可以添加"實時曲線"窗口，在界面中可以設(shè)置按鈕，"打開用戶窗口"，

22、即可實現(xiàn)按鈕與窗口之間的鏈接。</p><p>　　12、打開工具箱添加"指示燈"控件，添加數(shù)據(jù)對象為"水位監(jiān)測值"，在STEP-7中設(shè)定水位限定程序，當(dāng)水位高于或低于某值時報警，指示燈閃爍。</p><p>　　13、打開工具箱，添加"動畫按鈕"控件，設(shè)置數(shù)據(jù)對象，即可實現(xiàn)開關(guān)操作。</p><p>　　

23、14、打開"歷史曲線"窗口，添加歷史曲線，雙擊"歷史曲線"面板，單擊"曲線標(biāo)識"，可以添加要記錄的曲線。</p><p>　　15、打開"實時曲線"窗口，添加實時曲線，雙擊"實時曲線"面板，單擊"畫筆屬性"，可以添加要實時顯示的曲線。</p><p>　　16、打開&qu

24、ot;數(shù)據(jù)瀏覽"窗口，添加"存儲數(shù)據(jù)瀏覽"，雙擊"存儲數(shù)據(jù)瀏覽"面板，單擊"數(shù)據(jù)來源"，事先在"實時數(shù)據(jù)庫"中增加組對象，可以定義為"液位組"，增加要存盤的數(shù)據(jù)對象，然后在"數(shù)據(jù)來源"中添加"液位組"，在顯示對象中添加"數(shù)據(jù)列名"。</p><p&g

25、t;　　17、建立報警窗口，打開窗口，添加"報警顯示"，雙擊"實時數(shù)據(jù)庫"中液位檢測值"PV"，可以設(shè)置PV數(shù)據(jù)對象的屬性，增加高低限報警，報警提示等。</p><p>　　18、進入運行環(huán)境，可按快捷鍵F5，可以進行水位測量，水位設(shè)定，實時數(shù)據(jù)檢測的操作，基本功能可以實現(xiàn)。</p><p>　　19、設(shè)定用戶權(quán)限。單擊"

26、;主窗口"，單擊"新增菜單項"，添加"操作0,1,2,3，"分別名為"登陸用戶"，"退出登陸"，"用戶管理"，"修改密碼"。雙擊"登陸用戶"，添加腳本程序為"!logOn()"，"退出登陸"腳本程序"!logOff"，"

27、用戶管理"腳本程序"!Editusers"，"修改密碼"腳本程序"!ChangePassword"，單擊"確認(rèn)"。</p><p>　　20、右鍵單擊"主控窗口"，選擇"窗口屬性"，查看"基本屬性"，單擊"權(quán)限設(shè)置"，在管理員組中畫挑，確認(rèn)，在&

28、quot;權(quán)限設(shè)置"下面的對話框改為"進入登陸，退出登陸"。</p><p>　　21、設(shè)置好權(quán)限后，重新進入運行環(huán)境，出現(xiàn)用戶登陸界面，輸入自己設(shè)定好的用戶名和密碼，登陸用戶。</p><p>　　22、在運行環(huán)境中，單擊"修改密碼"，可以修改用戶密碼，還有許多操作，可以點擊試試。</p><p>　　23、基本設(shè)

29、置完畢。由于實驗室系統(tǒng)MCGS軟件的問題，界面背景及漸變色沒有顯示出來，界面不夠美觀，有待進一步改善。</p><p><b>　　實際演示</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　本學(xué)期的設(shè)計任務(wù)有6個，這是第一個任務(wù)：過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計，要完成的課題是“單容水箱PI控制系統(tǒng)設(shè)計”，第一節(jié)

30、課，張老師為我們講述了設(shè)計原理：畫了控制系統(tǒng)流程圖，構(gòu)成一個閉環(huán)回路。老師給我們介紹了THKGK-1型系統(tǒng)的原理及接線方式，又介紹了STEP-7和MCGS軟件的使用方法。第一天的任務(wù)是完成水箱PI控制，實現(xiàn)上水箱液位控制。第二天上午完成了這個任務(wù)，在其中我學(xué)會了STEP-7軟件的基本操作，指令的用法，PID指令模塊生成，及PLC地址的定義等。之后的任務(wù)就是組態(tài)軟件的設(shè)計，首先是通信，最初沒有成功的原因是在設(shè)備窗口中的通用串口父設(shè)備屬性中