过程控制系统综合设计
课程报告
课题名称基于PLC和组态王的
水箱流量PID控制实训
摘要：“控制”是一种很常见的概念，人们生后中也随处可见，事实上，自然界的万事万物都相互支配，相互制约。随着生产和科学的发展，自动化技术出现了很大的飞跃，为了提高生产率，提高人们居住和工作环境的舒适度，自动化技术在各个领域得到了广泛的应用。
所谓的自动控制系统就是在无人直接参与的情况下，通过外加的设备或装置，使机器、设备或过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的要求运行。
关键字：水箱流量、组态王、PLC控制、PID控制
Abstract: "control" is a very common concept, people are also seen everywhere after birth, in fact, everything in nature are dominated by each other, mutual restraint. With the development of production and science, automation technology has made a great leap, in order to improve productivity, improve people living and working environment of comfort, automation technology in various fields has been widely used.
The so-called automatic control system is in the case of no direct participation, through the additional equipment or devices, so that the machine, equipment or process of a working state or parameters automatically in accordance with the scheduled requirements to run.
Key words: water tank flow King view PLC control PID control
一、课题要求
1.熟悉变频器E700的参数设置；
2.熟悉FX2N-2AD模拟量输入模块编程使用以及三菱FX2n-4AD特殊功能模块；
3.按照端子图完成PLC接线并进行检查；
4.完成组态王与变频器的连接与控制。
二、实验设备
1.实训装置
11 导线
2、接线图
储水箱
水泵
水箱
手
动
阀
门
手动
阀门
手动阀门
流量仪表
图1 水箱流量原理图
将流量传感器检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。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。
给定流量
PID调节D/A转换模块变频器水泵
输出流量
A/D模块流量传感器
图2 流量控制流程图
三、实训过程
1.了解主要器件
(1)交流变频器的应用（E700系列）
图3 变频器E700
变频器是由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器设备，用以驱动交流异步（同步）电动机进行变频调速。变频器的出现，使交流电动机的调速变得和直流电动机一样方便，并可由计算机联网控制，因此，得到了广泛的应用，其发展前景广阔。
表1 变频调速的效果
(2)2AD模块介绍
三菱FX2N-2DA是三菱FX2N系列PLC中的一款模拟量的特殊功能模块，广泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。FX2N-2DA型模拟输出模块（以后称之为FX2N-2DA）用于将2点的数字量转换成电压或电流模拟量输出（0-10VDC 或4-20mA），使用模拟量控制外围设备。
FX2N-2DA可连接到FX0N、FX1N、FX2N和FX2NC系列的可编程控制器。
1）根据接线方法，模拟输出可在电压输出或电流输出中进行选择。此时，假定设置为两通道公用模拟输出（电压输出和电流输出）。
2）两个模拟输出通道可输出为0到10V DC、0到5V DC或4到20MA。使输出特性与两通道相容。
3）数字到的模拟转换特性可以调节。
4）此模块占用8个I/O点，它们可被分配为输入或输出。
5）使用FROM/TO指令与PLC进行数据传输。
(3)4AD模块介绍
三菱FX2n-4AD是三菱电机公司推出的一款FX2n系列PLC模拟量输入模块，有CH1~CH4四个通道，每个通道都可进行AD转换，分辩率为12位，采集信号电压为-10V~+10V，分辩率5mV。电流输入时，为4~20mA或-20~20mA，分辩率20uA。FX2n-4AD部有32个16位的缓冲寄存器(BMF)，用于与主机交换数据。FX2n-4AD占用FX2n扩展总线的8个点，耗电为5V，30mA。FX2N 常用的模拟量输入模块有FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD模拟量输入模块和温度传感器输入模块。
(4)FX3U系列三菱PLC
1)第三代微型可编程控制器。
2)置高达64K大容量的RAM存储器。
3)置业界最高水平的高速处理0.065μS/基本指令。
4)控制规模:16~384(包括CC-LINK I/O)点。
5)置独立3轴100kHz定位功能(晶体管输出型)。
6)基本单元左侧均可以连接功能强大简便易用的适配器。
2.PLC编写
西华大学实验报告（理工类） 开课学院及实验室：机械工程与自动化学院计算机机房 实验时间 ： 年 月 日 一、实验目的 1、掌握组态软件监视窗口各种图形对象的编辑方法； 2、掌握组态软件各种动画连接的方法； 3、掌握组态软件中各种复杂图形对象的组态方法； 4、掌握实时数据库及历史参数的组态方法； 5、掌握自定义主菜单的定义及使用方法； 6、掌握用户组态及用户管理函数的使用的方法。 二、实验内容 1、建立如图1.1所示的反应釜监控窗口； 图1.1 反应釜液位监控主窗口
2、运行时，当按下开始按钮，首先将“入口阀门”打开(变为绿色)向反应釜注入液体；当反应釜内液体高度值大于等于100时则关闭“入口阀门”(变为黑色)，而打开“出口阀门”(变为绿色)，开始排放反应釜内液体，排放过程中，当液位高度值等于0时，则关闭“出口阀门”(变为黑色)，重新打开“入口阀门”，如此周而复始地循环； 3、当按下停止按钮，则同时关闭“入口阀门”和“出口阀门”； 4、点击“实时趋势”按钮，则转入液位实时趋势窗口，如图1.2所示； 5、点击“历史趋势”按钮，则转入液位历史趋势窗口，如图1.3所示； 6、点击“报警处理”按钮，则转入液位报警处理窗口，如图1.4所示； 7、点击“退出系统”按钮，退出应用程序。 8、图1.2、1.3、1.4中的相应按钮同上面的说明，而按下“主窗口”按钮时则转入监控窗口，如图1.1所示； 9、图1.4中的“确认所有报警”按钮用于确认当前发生的所有报警。 图1.2 反应釜液位实时趋势窗口 图1.3 反应釜液位历史趋势窗口
图1.4 反应釜液位报警处理窗口 10、组态用户。 11、自定义主菜单，运行时如图1.5所示。 a)自定义主菜单之文件菜单b) 自定义主菜单之用户管理 图1.5 自定义主菜单 三、实验设备、仪器及材料 计算机、力控PcAuto 3.62或以上版本 四、实验步骤（按照实际操作过程） 1、绘制如图1.1所示监控窗口，并以“监控窗口”为名进行存盘；绘制如图1.2所示监控窗口，并以“实时趋势”为名进行存盘；绘制如图1.3所示监控窗口，并以“历史趋势”为名进行存盘；绘制如图1.4所示监控窗口，并以“报警处理”为名进行存盘。 2、实时数据库组态 在区域0定义模拟量I/O点level，数字量I/O点in_value、out_value、run如图1.6所示。 图1.6 实时数据库组态时定义的I/O点 3、定义I/O设备 选取PLC类别下的“仿真PLC”，定义名为“PLC”的I/O设备。
目录 1 《控制系统集成实训》任务书 (2) 2 总体设计方案 (4) 2.1 系统组成 (4) 2.2 水箱液位控制系统构成 (4) 2.3 水箱液位控制系统工作原理 (5) 2.4 仪表选型 (6) 2.4.1 GK-01电源控制屏 (6) 2.4.2 GK-02传感器输出与显示 (7) 2.4.3 GK-03单片机控制 (7) 2.4.4 GK-07交流变频调速 (8) 2.4.4 GK-08 PLC可编程控制 (8) 2.5 PLC设计流程图 (9) 3 外部接线图 (10) 4 I/0分配 (10) 5 梯形图 (11) 6 组态王界面 (15) 6.1 主界面 (16) 6.2 数据词典 (16) 6.3 曲线监控 (17) 6.4 水流动画程序 (18) 7 调试和运行结果 (19) 7.1 比例控制 (19) 7.2 比例积分调节 (19) 心得体会 (21) 参考文献 (22)
1.《控制系统集成实训》任务书 题目：基于PLC和组态王的液位PID控制系统 一、实训任务 本课题要求设计液位PID控制系统，它的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度,并通过PID控制减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。 1.实训模块： 1、THKGK-1过程控制实验装置GK-0 2、GK-07、GK-08。 2、计算机及STEP7运行环境（安装好演示程序）、MPI电缆线，组态王软件。 2.控制原理和控制要求： 控制原理如图所示，测量值信号由S7-200PLC的AI通道进入，经程序比较测量值与设定值的偏差，然后通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），并通过S7-200PLC 的AO通道输出。用此控制信号控制变频器的频率，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。S7-200PLC和上位机进行通讯，并利用上位机组态王软件实现给定值和PID参数的设置、手动/自动无扰动切换、实时过程曲线的绘制等功能。 二、实训目的 通过本次实训使学生掌握：1）实际控制方案的设计；2）编程软件的使用方法和梯形图语言的运用；2）程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生应用PLC 进行控制系统设计和调试能力，组态王设计监控界面的能力。 三、实训要求 1、系统方案设计 2、硬件选型和接线 3、PLC控制程序设计。
工业组态技术实践 题目: 姓名: 系别: 电气工程系 专业: 自动化 班级: 学号: 指导教师: 2014年3月日
近二十多年来，由于微电子技术和计算机技术的飞速发展以及工业自动化的要求不断提高，PLC应用已经在工业生产中较为普及。越来越多的用户需要监控这些智能装置的运行状态和运行参数，以使及时了解现场信息。组态软件正是满足了这些要求而产生。 组态王软件是一种通用的工业监控软件，通过本次课程设计的学习，让我们掌握了组态王的构成及基础级的应用，组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。组态王操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果 关键字：组态王，监控
绪论································································第一章 1.1 创建一个新的应用工程············································1.2 数据变量的定义和检查············································1.3 制作图形画面····················································第二章 2.1 动画的设计及连接················································ 2.1.1 简单填充及流动··············································· 2.1.2 隐含和显示··················································· 2.1.3 图库的调用···················································2.2 报警的配置和使用················································ 2.2.1 建立报警窗口················································2.3 曲线的应用······················································ 2. 3.1 实时趋势曲线·················································2.3.2 创建历史趋势曲线控件·········································结论································································
三菱PLC和FX2N-4AD-TC实现温度PID闭环控制系统的学习参考。。。。。。
风机鼓入的新风经加热交换器、制冷交换器、进入房间。原理说明：进风不断被受热体加温，欲使进风维持一定的温度，这就需要同时有一加热器以不同加热量给进风加热，这样才能保证进风温度保持恒定。 plc接线图如下，按图接好线。配线时，应使用带屏蔽的补偿导线和模拟输入电缆配合，屏蔽一切可能产生的干扰。fx2n-4ad-tc的特殊功能模块编号为0。
输入和输出点分配表 这里介绍pid控制改变加热器（热盘管）的加热时间从而实现对温度的闭环控制。
在温度控制系统中，电加热器加热，温度用热电耦检测，与热电耦型温度传感器匹配的模拟量输入模块 fx2n-4ad-tc将温度转换为数字输出，cpu将检测的温度与温度设定值比较，通过plc的pid控制改变加热器的加热时间从而实现对温度的闭环控制。pid控制时和自动调谐时电加热器的动作情况如上图所示。其参数设定内容如下表所示。 三菱plc和fx2n-4ad-tc实现温度pid闭环控制系统程序设计：
用选择开关置x10作为自动调谐控制后的pid控制，用选择开关置x11作为无自动调谐的pid控制。 当选择开关置x10时，控制用参数的设定值在pid运算前必须预先通过指令写入，见图程序0步开始，m8002为初始化脉冲，用mov指令将目标值、输入滤波常数、微分增益、输出值上限、输出值下限的设定值分别传送给数据寄存器d500、d512、d515、d532、d533。 程序第26步，使m0得电，使用自动调谐功能是为了得到最佳pid控制，自动调谐不能自动设定的参数必须通过指令设定，在第29步～47步之间用mov指令将自动调谐用的参数（自动调谐采用时间、动作方向自动调谐开始、自动调谐用输出值）分别传送给数据寄存器d510、d511、d502。 程序第53步开始，对fx2n-4ad-tc进行确认、模式设定，且在plc运行中读取来自fx2n-4ad-tc的数据送到plc的d501中，103步开始对pid动作进行初始化。 第116步开始，x10闭合，在自动调谐后实行pid控制，当自动调谐开始时的测定值达到目标值的变化量变化1/3以上，则自动调谐结束，程序第128步～140步，自动调谐
综合以上几种改进的PID控制算法，根据温度控制的实际情况，编写以下程序可根据实际情况，改变L、H、K的值，实现简单PID算法、积分分离的PID 算法和带死区的PID算法。也可以根据实际情况结合三种算法，实现最优控制。程序框图如图6.18
在组态王大纲下，点击“命令语言”—“应用程序命令语言”在其窗口下编写如下程序。应用程序命令语言如图7.19。 图7.19 源程序为：
if(\\本站点\自动开关==0) { \\本站点\ek0=\\本站点\sv-\\本站点\温度1; if(abs(\\本站点\ek0)<\\本站点\L||\\本站点\ek0<0) { \\本站点\I=1/\\本站点\TI; } else { \\本站点\I=0; } \\本站点\A=\\本站点\Pk*(1+\\本站点\I+\\本站点\TD); \\本站点\B=\\本站点\Pk*(1+2*\\本站点\TD); \\本站点\C=\\本站点\Pk*\\本站点\TD; \\本站点\uk=\\本站点\A*\\本站点\ek0-\\本站点\B*\\本站点\ek01+\\本站点\C*\\本站点\ek02+\\本站点\uk01; \\本站点\uk01=\\本站点\uk; \\本站点\ek02=\\本站点\ek01; \\本站点\ek01=\\本站点\ek0; if(\\本站点\uk<1000) { if(\\本站点\uk>0) { if(abs(\\本站点\ek0)<\\本站点\H) {\\本站点\uk1=\\本站点\K*\\本站点\uk;} else {\\本站点\uk1=\\本站点\uk;} } else {\\本站点\uk1=0;} } else {\\本站点\uk1=1000;} }
组态实训心得体会 组态控制技术及应用 学校：二级学院： 班级： 姓名： 学号：指导教师： 日期： MCGS实训总结 经过连续两周的组态实训，不管项目是老师讲解，还是照搬原书 或者与同学们一起讨论解决相关问题。其任务还是踉踉跄跄的完成了，总的来说，两周的训练我还是对组态（MCGS)软件的运行及使用有了 较初步的认识。
近几年，科技迅速发展，自动化产品层出不穷，作为自动化专业 的一员，掌握组态控制技术是必要的。现在我就简单先总体介绍一下组态技术。 组态控制技术属于一种计算机控制技术。它是利用计算机监控某 种设备使其按照控制要求工作。利用组态控制技术构成的计算机组态监控系统主要由被控对象、传感器、I/O接口、计算机及执行机构等部分组成。 本次实训是借助MCGS组态软件平台来完成组态监控系统人机界 面制作和程序的设计的。MCGS(Monitor and Control Generated System, 通用监控系统）组态软件是北京昆仑通态软件公司研发的基于Window平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件 系统。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、报表输出等和多种方式向用户提供解决实际工程问题的开发平台。 由于是国人开发的软件，所以它是全中文的，很适合我们使用， 还有它可提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面，此外还提供上千个精美的图库元件及渐进色等多种 动画方式可以快速的构建精美的动画，它还支持温控曲、计划曲线、时实曲线、历史曲线、XY等多种工控曲线。总之使用MCGS软件
可以较快速的完成一个运行稳定、功能成熟、维护量小并且具备专业水准的计算机监控控制系统的开发工作。下面我来介绍在使用MCGS 组态软件来完成任务的详细过程及遇到的问题和解决的办法。 任务一水泵运行控制 打开MCGS通用版组态软件，我们会看见5个部分，分别为主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略。 首先我们先新建一个工程，将其命名为水泵控制系统并进行保存。 然后打开用户窗口完成相关图符的建立，老师在建工程时先建立了实时数据库，是因为对图符的控制属性有较清楚的认识，所以对于初学者来说，先画图符是最先的选择。 （1）在用户窗口中新建一个窗口0，并将其重命名水泵运行控制，在动画窗口中用标签建立动画的标题“水泵控制” （2）绘制水泵
温度控制与PID算法 温度控制与PID算法j较为复杂，下面结合实际浅显易懂的阐述一下PID控制理论，将温度控制及PID算法作一个简单的描述。 1．温度控制的框图 这是一个典型的闭环控制系统，用于控制加热温区的温度（PV）保持在恒定的温度设定值(SV)。系统通过温度采集单元反馈回来的实时温度信号（PV）获取偏差值（EV），偏差值经过PID调节器运算输出，控制发热管的发热功率，以克服偏差，促使偏差趋近于零。例如，当某一时刻炉内过PCB板较多，带走的热量较多时，即导致温区温度下降，这时，通过反馈的调节作用，将使温度迅速回升。其调节过程如下：
温度控制的功率输出采用脉宽调制的方法。固态继电器SSR的输出端为脉宽可调的电压U OUT 。当SSR的触发角触发时，电源电压U AN通过SSR的输出端加到发热管的两端；当SSR的触发角没有触发信号时，SSR关断。因此，发热管两端的平均电压为U d＝(t/T)* U AN=K* U AN 其中K=t/T，为一个周期T中，SSR触发导通的比率，称为负载电压系数或是占空比，K 的变化率在0－1之间。一般是周期T固定不便，调节t, 当t在0－T的范围内变化时，发热管的电压即在0－U AN之间变化，这种调节方法称为定频调宽法。下面将要描述的PID 调节器的算式在这里的实质即是运算求出一个实时变化的，能够保证加热温区在外界干扰的情况下仍能保持温度在一个较小的范围内变化的合理的负载电压系数K。 2.温度控制的两个阶段 温度控制系统是一个惯性较大的系统，也就是说，当给温区开始加热之后，并不能立即观察得到温区温度的明显上升；同样的，当关闭加热之后，温区的温度仍然有一定程度的上升。另外，热电偶对温度的检测，与实际的温区温度相比较，也存在一定的滞后效应。这给温度的控制带来了困难。因此，如果在温度检测值（PV）到达设定值时才关断输出，可能因温度的滞后效应而长时间超出设定值，需要较长时间才能回到设定值；如果在温度检测值（PV）未到设定值时即关断输出，则可能因关断较早而导致温度难以达到设定值。为了合理地处理系统响应速度（即加热速度）与系统稳定性之间地矛盾，我们把温度控制分为两个阶段。
目录 1 《控制系统集成实训》任务书 (3) 2 总体设计方案 (5) 2.1系统组成 (5) 2.2水箱液位控制系统构成 (5) 2.3水箱液位控制系统工作原理 (6) 2.4仪表选型 (7) 2.4.1 GK-01电源控制屏 (7) 2.4.2 GK-02传感器输出与显示 (8) 2.4.3 GK-03单片机控制 (8) 2.4.4 GK-07交流变频调速 (9) 2.4.4 GK-08 PLC可编程控制 (9) 2.5 PLC设计流程图 (10) 3 外部接线图 (11) 4 I/0分配 (12) 5 梯形图 (12) 6 组态王界面 (16) 6.1 主界面 (17) 6.2 数据词典 (18) 6.3 曲线监控 (18) 6.4 水流动画程序 (19) 7 调试和运行结果 (19) 7.1 比例控制 (19) 7.2 比例积分调节 (20) 心得体会 (22) 参考文献 (23)
1.《控制系统集成实训》任务书 题目：基于PLC和组态王的液位PID控制系统 一、实训任务 本课题要求设计液位PID控制系统，它的任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度,并通过PID控制减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。 1.实训模块： 1、THKGK-1过程控制实验装置GK-0 2、GK-07、GK-08。 2、计算机及STEP7运行环境（安装好演示程序）、MPI电缆线，组态王软件。 2.控制原理和控制要求： 控制原理如图所示，测量值信号由S7-200PLC的AI通道进入，经程序比较测量值与设定值的偏差，然后通过对偏差的P或PI或PID调节得到控制信号（即输出值），并通过S7-200PLC 的AO通道输出。用此控制信号控制变频器的频率，以控制交流电机的转速，从而达到控制水位的目的。S7-200PLC和上位机进行通讯，并利用上位机组态王软件实现给定值和PID参数的设置、手动/自动无扰动切换、实时过程曲线的绘制等功能。 二、实训目的 通过本次实训使学生掌握：1）实际控制方案的设计；2）编程软件的使用方法和梯形图语言的运用；2）程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生应用PLC 进行控制系统设计和调试能力，组态王设计监控界面的能力。 三、实训要求 1、系统方案设计 2、硬件选型和接线
组态软件实验报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 学号： 姓名：
实验一组态软件概念介绍 实验目的： 介绍组态软件的基本概念应用背景。 介绍组态软件的软件系统结构和功能特点。 认识和比较各个公司组态软件的特点。 以讲述的方式让学生了解组态软件，知道组态软件的由来，组态软件的应用背景，和相关技术特点，从概念上对软件有个初步的认识。 实验内容： 1、介绍组态的概念； 2、计算机监督与控制系统的概念； 3、工控机的特点； 4、原始组态软件和当前组态软件的区别和优缺点； 5、组态软件的基本特性整体结构； 6、介绍各公司组态软件的特点。 实验二软件安装与认知 实验目的： 学习组态软件的安装； 学习组态软件各模块的功能； 区别开发环境和运行环境的操作。 由于组态软件的编程方式是面向对象的方法，以事件触发软件的相关动作。基本操作的熟悉让学生对组态软件运行原理有初步的认识。 实验内容： 1、安装图灵开物组态软件。 2、了解单机版功能与网络版功能的区别。 3、运行演示工程。 4、学习软件界面的功能及基本操作。 实验结果：
实验三工程建立 实验目的： 通过本次实验让学生学习怎么建立一个组态软件工程，建立的各个元素，对应了实际现场的哪些操作，重要的是记住建立工程中的一些关键性步骤。 实验内容： 1、新建组态软件工程。 2、新建计算机节点，了解节点中各功能的含义及配置方法。
3、新建设备，了解组态软件功能设备及驱动的应用方法。 4、新建图页，图页是组态软件界面图形绘制区域。 5、新建标签，了解标签的类型及各种属性，以及标签在工程中作用的区域。实验结果：
本科毕业论文(设计) 题目：基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计学院：自动化工程学院 专业：自动化 姓名： ### 指导教师： ### 2011年 6 月 5 日
Cascade level PID control system based on Kingview 6.5
摘要 开发经济实用的教学实验装置、开拓理论联系实际的实验容，对提高课程教学实验水平，具有重要的实际意义。 就高校学生的实验课程来讲，由于双容水箱液位控制系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求，使得在该系统上实现基于不同控制策略的实验容，需要全面掌握自动控制理论及相关知识。 本文通过对当前国外液位控制系统现状的研究，选取了PID控制、串级PID控制等策略对实验系统进行实时控制；通过对实验系统结构的研究，建立了单容水箱和双容水箱实验系统的数学模型，并对系统的参数进行了辨识；利用工业控制软件组态王6.5，并可通用于ADAM模块及板卡等的实现方案，通过多种控制模块在该实验装置上实验实现，验证了实验系统具有良好的扩展性和开放性。 关键词：双容水箱液位控制系统串级PID控制算法组态王6.5 智能调节仪 Abstract It is significant to develop applied experiment device and experiment content which combines theory and practice to improve experimental level of teaching. Based on the current situation of domestic and international level control system, selected the PID control, cascade PID control strategies such as
温度的PID 控制 一．温度检测部分首先要OK. 二、PID 调节作用 PID 控制时域的公式 ))()(1)(()(?++ =dt t de Td t e Ti t e Kp t y 分解开来： (1) 比例调节器 y(t) = Kp * e(t) e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM 形式) # 输出与输入偏差成正比。只要偏差出现，就能及时地产生与之成比例的调节 作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，具有调节及时的特点。但是， Kp 过大会导致动态品质变坏，甚至使系统不稳定。比例调节器的特性曲线. (2) 积分调节器 y(t) = Ki * ∫(e(t))dt Ki = Kp/Ti Ti 为积分时间 #TI 是积分时间常数，它表示积分速度的大小，Ti 越大，积分速度越慢，积分作用越弱。只要偏差不为零就会产生对应的控制量并依此影响被控量。增大Ti 会减小积分作用，即减慢消除静差的过程，减小超调，提高稳定性。 (3) 微分调节器 y(t) = Kd*d(e(t))/dt Kd = Kp*Td Td 为微分时间 #微分分量对偏差的任何变化都会产生控制作用，以调整系统输出，阻止偏差变化。偏差变化越快，则产生的阻止作用越大。从分析看出，微分作用的特点是：加入微分调节将有助于减小超调量，克服震荡，使系统趋于稳定。他加快了系统的动作速度，减小调整的时间，从而改善了系统的动态性能。 三．PID 算法： 由时域的公式离散化后可得如下公式：
y(k) = y(k-1)+(Kp+Ki+Kd)*e(k)-(Kp +2*Kd)*e(k-1) + Kd*e(k-2) y(k) 为当前输出的控制信号(需要转化为PWM形式) y(k-1)为前一次输出的控制信号 e(k) 为当前的温差（设定值与检测值的插值） e(k-1) 为一次前的温差 e(k-2) 为二次前的温差 Kp 为比例系数 Ki = Kp*T/Ti T为采样周期 Kd = Kp*Td/T 四．PID参数整定（确定Kp,Ts,Ti,Td）： 温度控制适合衰减曲线法，需要根据多次采样的数据画出响应曲线。 所以需要通过串口将采样时间t, 输出y(t)记录下来，方便分析。 1)、不加入算法，系统全速加热，从常温加热到较高的温度的时间为Tk, 则采样时间一般设为 T = Tk/10。 2)、置调节器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，即只加比例算法： y(k) = y(k-1)+Kp*e(k) 比例带δ置于较大的值。将系统投入运行。（δ = 1/Kp） 3)、待系统工作稳定后，对设定值作阶跃扰动，然后观察系统的响应。若响应振荡衰减太快，就减小比例带；反之，则增大比例带。如此反复，直到出现如图所示的衰减比为4：1的振荡过程时，记录此时的δ值（设为δS），以及TS 的值（如图中所示）。当采用衰减比为10：1振荡过程时，应用上升时间Tr替代 振荡周期TS计算。 系统衰减振荡曲线 图中，TS为衰减振荡周期，Tr为响应上升时间。 据表中所给的经验公式计算δ、TI及TD的参数。
前言 可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。 在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。 本文主要介绍了基于三菱公司FX2N系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的某一对象温度控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。 目录 第一章概述 (2) 第二章总方案 (3) 2.1 系统框图 (3) 2.2 下位机设计 (4) 2.2.1 元件选择 (6) 2.3 上位机设计 (8) 2.3.1 监控主界面 (9) 2.3.2 实时趋势曲线 (10) 2.3.3 历史趋势曲线 (11) 2.3.4 报警窗口 (11) 2.3.5 设定画面 (12) 2.3.6 变量设置 (13) 2.3.7 动画连接 (15) 第三章总结 (17) 第四章参考文献 (17) 1 第一章概述 温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点，它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生产线，存在着控制精度不高、炉内温度均
组态实训心得体会 篇一：MCGS实训总结 组态控制技术及应用 学校：二级学院： 班级： 姓名： 学号：指导教师： 日期： MCGS实训总结 经过连续两周的组态实训，不管项目是老师讲解，还是照搬原书或者与同学们一起讨论解决相关问题。其任务还是踉踉跄跄的完成了，总的来说，两周的训练我还是对组态（MCGS)软件的运行及使用有了较初步的认识。 近几年，科技迅速发展，自动化产品层出不穷，作为自动化专业的一员，掌握组态控制技术是必要的。现在我就简单先总体介绍一下组态技术。 组态控制技术属于一种计算机控制技术。它是利用计算机监控某种设备使其按照控制要求工作。利用组态控制技术构成的计算机组态监控系统主要由被控对象、传感器、I/O 接口、计算机及执行机构等部分组成。 本次实训是借助MCGS组态软件平台来完成组态监控系统人机界面制作和程序的设计的。MCGS(Monitor and
Control Generated System, 通用监控系统）组态软件是北京昆仑通态软件公司研发的基于Window平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、报表输出等和多种方式向用户提供解决实际工程问题的开发平台。 由于是国人开发的软件，所以它是全中文的，很适合我们使用，还有它可提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面，此外还提供上千个精美的图库元件及渐进色等多种 动画方式可以快速的构建精美的动画，它还支持温控曲、计划曲线、时实曲线、历史曲线、XY等多种工控曲线。总之使用MCGS软件可以较快速的完成一个运行稳定、功能成熟、维护量小并且具备专业水准的计算机监控控制系统的开发工作。下面我来介绍在使用MCGS组态软件来完成任务的详细过程及遇到的问题和解决的办法。 任务一水泵运行控制 打开MCGS通用版组态软件，我们会看见5个部分，分别为主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略。 首先我们先新建一个工程，将其命名为水泵控制系统并进行保存。 然后打开用户窗口完成相关图符的建立，老师在建工
温度PID 控制实验 一、实验目的 1．加深对PID 控制理论的理解； 2．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 3．掌握时间比例P、积分I、微分D 对测控过程连续测控的影响以及提高测控系统的精度； 4．通过实验，改变P、I、D 参数，观察对整个温度测控系统的影响； 5．认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理。 二、预习要点 1．PID 控制理论与传递函数。请学生在0-100 的范围里，自己选择较好的KP，KI，KD 值，用该控制参数进行后续实验； 2．了解A/D、D/A 转换原理； 3．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度是通过固态继电器的导通关断来实现加热的，控制周期即是一个加热和 冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值的时固 态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度预设值 时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通时间是 1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。如图1 所示： 图1 加热周期控制示意图 8 四、实验项目 1．用PID 控制水箱温度； 2．用控制效果对比完成数据对比操作，选出最佳值。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。 六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常；
2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2 中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 图2 水箱及管道系统图 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完 全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个 人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 请在该选项中确定选择设备号为端口1，因为我们接入数据采集卡的端口是1 号 9 端口，其他数据端口留做其他方面使用的，所以切记不能选错，否则程序会报 错 并强制关闭。选择采集通道时请选择0 号通道即温度传感器占用的通道。控制上、 下限选项是为设置报警电路所预设的，在本实验中暂未起用该功能，感兴趣的 同 学可以试着完善它，本实验报警数值是+1V 以下和+5V 以上，这里只做了解即可。 采样点数（单位：个）、采样速率（单位：个/秒）和控制周期（单位：毫秒） 请 参照帮助显示区进行操作，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察 温 度和电压的变化，也可以单击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度 上 升曲线及电流表和电压表变化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返 回 主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。 本 程序界面和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切 设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温度
基于PLC和组态王的流量PID控制系统
基于PLC和组态王的流量PID控制系统 [摘要] 随着我国社会经济的发展,人们生活水平的不断提高,供水系统的建设是其中的一个重要方面,供水的经济性、可靠性、稳定性直接影响到目前人们的正常生活和工作。传统的供水方式普遍存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等缺点,难以满足当前经济生活的需要。本文针对这些问题主要设计了一套由PLC、变频器、等主要设备构成的变频恒流供水及其监控系统。可以有效地解决传统供水方式中存在的问题,增强了系统的可靠性。 关键词：流量控制 PLC 组态王 PID控制 Abstract: With the development of our social economy, the continuous improvement of people's living standard, the construction of the water supply system is one of the important aspects of water supply of the economy, reliability and stability directly affect the current people's normal life and work.Traditional way of water supply is widespread, low efficiency, poor reliability and high degree of automation is not weakness, it is difficult to meet the needs of the current economic life.Aiming at these problems mainly devised a composed of PLC, inverter, the main equipment such as variable frequency constant current supply and its monitoring and control system.Can effectively solve the problems existing in the traditional way of water supply, enhanced the reliability of the system. Key words: Flow control PLC King viewPID control
《组态王课程设计报告》题目：反应器液位的检测与监控 姓名：张正强 学号：201211214 专业：自动化 班级：112班 指导教师：王继东 2015年6月22日
目录 一、组态王软件介绍 (3) 二、设计要求 (4) 三、实验目的 (4) 1．熟悉组态王软件，达到熟练使用组态软件的常用工具 (4) 2．学会完成组态工程的设计步骤 (4) 3．锻炼动手能力和分析问题解决问题的能力 (4) 四、实验步骤： (4) 1、系统设计： (4) A．启动浏览器，新建工程 (4) B．设备定义 (4) C.变量定义 (5) D．画面绘制 (6) E．动画连接及按键的程序编写 (7) 五、结束语 (13) 六、参考文献 (13)
一、组态王软件介绍 组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 图一组态王软件
//////// 学院 题目：PID回路指令及水箱水位控制(组态王） 系别：船舶工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 2015 年6月 15 日
目录 一、总体设计方案 1、控制要求 (1) 2、控制硬件和全局图 (1) （1）硬件和软件设备 (1) （2）PLC 变频器的综合控制系统全局图 (1) 二、MM420的PID控制系统参数设置 1、MM420 变频器的基本介绍 (2) （1）变频调速原理 (2) （2）变频器工作原理 (3) 2、MM420的PID控制系统参数设置 (3) （1）各参数的设置 (3) （2）模拟量扩展模块接线图及模块设置 (7) （3）如何用DIP开关设置EM235扩展模块 (7) 三、PLC 的运行程序梯形图及外接线图 1、西门子S7-200PLC的运行程序梯形图 (8) （1）主程序 (8) （2）子程序 (10) （3）中断程序 (11) 2、该供水水箱控制系统的外部接线图 (12) 四、组态王设计与调试 1、什么是组态王 (13) 2、组态软件特点 (14) （1）延续性和可扩充性 (14) （2）封装性(易学易用) (14) （3）通用性 (14) 3、与PLC建立通信 (15) （1）进入工程浏览器主界面 (15)
（2）新建通信 (16) 4、建立数据词典 (21) 5、组态王绘制画面 (21) 6、组态王画面连接 (21) 7、组态王命令语言设定 (24) 8、组态王的调试结果界面和说明 (24) 五、总结与体会 (25)
第一章总体设计方案 1.1控制要求 在某恒压供水水箱自动调节系统中，要求动力系统能在自动或者手动的模式下，均可控制电机运行，使水位维持在满水的70%。其中运行速度与运行时间均可通过组态王界面在线修改 : 自动模式是指动力系统运行在指令作用下自动完成对水位的监控;手动模式是指动力系统不同时间的转换需要人为的发出控制指令改变。 系统中，计算机作为 PLC、组态王的编程组态平台; PLC 控制变频器，变频器即为 PLC 的控制对象，又为电动机的控制器；组态王为PLC 的上位机，完成监控作用。 供水水箱示意图 1.2控制硬件和全局图 (1)硬件和软件设备 :西门子S7-200PLC，计算机，组态王，MM420变频器等。 (2) PLC 变频器的综合控制系统全局图。
组态实验报告 专业：轨道交通信号与控制 班级：16070342 学号：1607034215 姓名：孙涛
实验一：组态软件基础知识介绍 一、实验目的： 了解图灵开物的使用方法，包括建立节点、建立设备、定义标签、图页的创建、配置图页动画和布置 二、实验步骤及结果： （1）建立节点、建立设备
（2）定义标签 （3）图页的创建 三、实验心得： 初步了解了图灵开物软件的使用方法，熟悉了建立工程的步骤，为后续实验打下了初步基础。
实验二：组态软件动画连接设计 一．实验目的： 1.1 组态软件设计动画了解。 1.2简单动画的熟悉及应用。 二．实验设备 2.1 中北大学-施耐德电器联合实验室ZSJ-A电器自动化平台 2.2 实验台配套通信线、跨接线若干。 2.3 实验箱 三．实验内容 3.1 熟悉掌握标签的添加及应用。 3.2 熟悉掌握图页属性及动画。 3.3 熟悉掌握动画及标签的关联。 3.4 熟悉掌握基本动作的应用、按钮、变量的应用。 3.5 用变量方法控制一个圆能往右平移后再往左平移。提示，dValue0为开关量，aValue0为模拟量。（必做） 二．实验步骤及结果： （1）按照试验一新建一个工程。 （2）在标签中设置两个模拟变量，一个开关变量，设置如下： （3）右击图页，新建图页，图页名，自己任意取。 点击画直线，画完直线，点击直线，在属性中设置， 线性设置为“管道线”，线宽设置为20，点击动画。设置流动 设置旋转 水平移动、垂直移动
水平缩放、垂直缩放 液位变化动画： 点击先画一个椭圆，可以修改画刷颜色（建议修改成跟图页底色一样的颜色），再画一个与之前大小一样的椭圆，设置属性---“画刷颜色”为蓝色。点击动画，设置百分比显示，然后把如图的二图放在一图上面，点击运行。颜色填充： 画一个圆，属性设置与上面一样，（建议画刷类型改为中心亮）。在动画中设置“填充颜色”，如图所示，程序运行后，圆的填充颜色会闪烁。 表达式改为a1.Value（正弦波模拟量），可以设置断点值（0--100）和不同断点值对应的颜色，在到达不同值时闪烁不同的颜色，最后运行。
PID温度控制的PLC程序设计 温度控制是许多机器的重要的构成部分。它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，然后进行工件的加工与处理。PID控制系统是得到广泛应用的控制方法之一。在本文中，将详细讲叙本套系统。 l 系统组成 本套系统采用Omron的PLC与其温控单元以及Pro-face的触摸屏所组成。系统包括CQM1H-51、扩展单元TC-101、GP577R以及探温器、加热/制冷单元。 l 触摸屏画面部分(见图1-a) 1-a 如图所见，数据监控栏内所显示的002代表现在的温度，而102表示输出的温度。如按下开始设置就可设置参数。需要设置的参数有六个，分别是比例带、积分时间、微分时间、滞后值、控制周期、偏移量。它们在PLC的地址与一些开关的地址如下所列。 比例带: DM51 积分时间: DM52 微分时间: DM53 滞后值: DM54 控制周期: DM55 偏移量: DM56 数据刷新: 22905 l PLC程序部分 002：PID的输入字 102：PID的输出字 [NETWORK] Name="Action Check" //常规检查 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 //常ON OUT TR0 CMP 002 #FFFF //确定温控单元是否完成初始化 AND NOT 255.06 //等于 OUT 041.15 //初始化完成 LD TR0 AND 041.15 OUT TR1 AND NOT 040.10 //不在参数设置状态 MOV DM0050 102 //将设置温度DM50传送给PID输出字 LD TR1 MOV 002 DM0057 //将002传送到DM57 [NETWORK] Name="Setting Start"//设置开始 [STA TEMENTLIST] LD 253.13 OUT TR0 AND 229.05 //触摸屏上的开始设置开关