计算机控制技术
自动化学院黄国辉
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实验三基于组态王的液位PID 控制
实验（水泵控制）
第一步创建工程路径
新建的工程（项目）
第二步创建新画面
双击
双击
快捷键F2能打开图库管理器找到左侧反应器一栏
双击
同理找出水泵和阀门
选择管道
从水泵出水口开始按水流方向画
线，双击结束
选择水箱
选择图素前移
选择矩形画图，在画面上画出矩形用作水槽
选择填充
选择过度色类型
并选择图素前移，
使水槽覆盖水管
显示画刷类型
增加水箱过度色
选择管道属性
可改变管道属性，流动效果属性，来设置不同的管道及流动效果。更改所有管道属性，并移动水泵等位置，和水管位置相匹配。
内蒙古科技大学信息工程学院测控专业毕业实习报告 题目：基于组态王的单容水箱液位控制系统 学生姓名： 学号： 专业：测控技术与仪器 班级：测控2009-1 指导教师：李文涛教授
前言 随着科学技术的发展，现代工业生产中的控制问题也日趋复杂。在人们的生活中以及某些化工和能源的生产过程中，常常涉及一些液位或流量控制的问题。比如，在石油、化工、轻工等工业生产过程中，有许多贮罐作为原料、半成品的贮液罐，前一道工序的成品或半成品不断地流入下一道工序的贮液罐进行加工和处理，为保证生产过程能连续进行，必须对贮罐的液位进行控制。此外，居民生活用水的供应，通常需要使用蓄水池，蓄水池中的液位需要维持合适的高度。还有一些水处理的过程也需要对蓄水池中的液位实施控制。这些实际问题都可以抽象为某种水箱的液位控制。因此，液位控制系统是过程控制的重要研究模型，对液位控制系统的研究具有显著的理论和实际意义。 本课题主要以单容水箱作为研究对象，运用研华PCI1710及1720板卡进行单容水箱对象特性的测试，从而求得其数学模型，并利用MATLAB软件进行了控制系统的仿真及分析，并确定出一组合适的PID参数对其进行控制。其次，采用组态王进行系统监控，通过对调节器PID参数的整定，实现了水箱液位的闭环控制，使水箱液位稳定在设定值，满足设计要求。
一、总体方案设计 该设计方案硬件部分由计算机，水泵，电磁阀，液位变送器，PCI-1710与1720板卡组成，软件部分以组态王来实现编程控制。组态王通过从 PCI-1710与1720板卡两个I/ O模块与外界硬件设备通讯,对采集的数据进行处理来实时监控。系统启动后，水泵由水源抽水，通过管道将水送到上水箱，液位变送器测得水箱液位通过板卡PCI-1710转换为数字信号输入计算机，组态监控中心对测得信号进行处理，通过PID运算，输出控制信号由板卡PCI-1720进行D/A转换，传送给电磁阀，进而控制水的流量实现对水箱液位控制。系统方框图如图1.1所示。 图1.1系统方框图
自动化应用软件实训
1 绪论 组态王Kingview是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作及工厂资源管理于一体，将一个企业部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现了最优化管理。适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。在日常生活中，我们最常见的就是对储水罐液位的控制，系统是根据用户使用水的情况自动向储水罐中注水，确保储水罐也为保持在一定围。在这里我们运用组态王对单容水箱液位控制系统进行自动控制。 2 系统需求分析 为了保证系统所需用水的供给，供水系统必须能够及时的对各种用水对象进行供水。这就要求水塔和储水箱的水位不能低于一定的下限以免断水对人们的正常生活所带来的影响，同时水塔和储水箱的水位又不能高于一定的上限，从而使得水资源可以合理的分配利用。如果使用组态王来实现软硬结合的控制，将会给系统的各性能带来良好的提升。 3 系统方案论证 整个供水系统可以抽象为原水箱和储水箱两个容器的液位控制。原水箱的水来自地下，储水箱的液位由水塔的水泵和储水箱的出水阀门综合决定。各种工业用水和生活用水可以用其对应的储水箱的出水管道代替。这样系统就组态好了。 单容水箱液位控制系统主要有以下几个基本环节组成：被控对象（水箱）、液位测量变送器、控制器（计算机）、执行机构（电动调节阀）、水泵、储水箱。 本文的设计原理：当注水阀和用户阀同时打开时，水箱液位以较小的速度增长，增到（60,80）围，水位达到动态平衡；当用户阀关闭时，水箱液位以较快速度增长，增到（80,90）围，注水阀自动关闭；当注水阀关闭，用户阀打开时，水位下降到30以下，注水阀自动打开。水位高于80和低于30时，报警指示灯开始闪烁，提醒工作人员系统是否正常工作。这样便实现了单容水箱液位的自动控制。 4 系统监控界面设计 设计的界面有：水箱水位监控界面，实时曲线界面，实时报表界面，报警记录界面、历史曲线界面。 水箱水位监控界面如图4.1所示，实时曲线界面如图4.2所示，实时报表界
储油罐压力和温度监测 概述 对一个储油设备来说，连续的压力和温度监测十分重要。操作员必需能够从中央控制室综合监测和调节每个油泵的进口和出口压力，操作员也必需在运行期间监测油泵的主轴温度以防止主轴过热，保护整个系统处在较高的安全水平上。除了对压力和温度进行监测外，在温度和压力偏离可接收的范围时，系统必需发送信号通知操作员采取纠正措施。 系统要求 亚洲石油公司拥有的一家储油站需要安装监测系统。客户希望系统能够一直对储油站的输油泵进行连续的状态监测，监测参数包括油泵进口和出口的压力以及油泵的主轴温度。 当 CCR （中央控制室）需要对数据进行分析以及越界状态触发报警时，必需能够利用这些数据。 系统体系结构 阿尔泰和系统集成商设计了一个监控系统，完全满足客户的要求。系统围绕一个包 括 DAM-3000 分布式数据采集和控制系统的 RS-485 网络来设计，所有模块都连接到控制室的电脑上。每个 DAM-3000 系统包含多达四个 DAM-3000 输入输出模块，许多模块具有多种功能，大多数模块的输入输出范围可以进行远程设置。系统集成商选择 DAM-3058 模拟量输入输出模块（设置它的远程可配置范围为 4-20 mA）处理来自遍布储油站的压力发送机和压力差发送机的信号。经过 DAM-3058 处理的信号把每个油泵入口或进口的压力或者每个油料过滤器的压力差提供给控制室的设备操作员。选择 DAM-3039 处理油泵主轴温
度的测量信号。选择 DAM-3039 继电器输出模块在温度或压力读数超出可接受的范围时触发控制室中的警报。每个 DAM-3000模块通过 RS-485 网络与控制室的电脑通信。 RS-485 多点网络可以进行比较快速的远距离通信，是使用最广的工业现场总线
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。
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
自动化应用软件实训 专业：______ 自动化_______ 班级：动1101 姓名： __________________ 学号：— 指导教师：____________
基于组态王的储液罐液位自动控制系统 1任务要求 基于组态王的储液罐液位自动控制系统的要求：进水阀控制储液罐的水位，出水阀 控制主液箱的水位，排气阀用于保持储液罐内的压强与外界压强一致 ，储液罐与主液 箱设置的最大水位值为100。当储液罐水位＜100时，出水阀打开，储液罐液位增加，直 到水位达到100；当主液箱水位＜100并且储液罐液位不等于0时，出水阀打开，主液箱 水位增加，储液罐液位减少；当主液箱水位 ＜100时，出水阀打开，主液箱液位增加， 直到水位达到100；当用户打开水龙头时，主液箱液位减少，出水阀打开，储液罐液位 减少，进水阀打开，储液罐液位增加，如此循环。 2界面设计 2.1新建工程 打开组态王首先新建立工程“课程工程”，进入画面界面，进入画面界面，点击新 建工程画面，进入开发系统界面，确定背景属性。如图 1所示 图1建立工程 22主监控界面设计 打开“控制中心”画面，调用所需要的器件，然后调整好各器件的位置，进行相应 的管道连接，使得整个画面安排合理、紧凑。如图 2所示。 I 字凰 C0M1 COM2 COM3 悔 DDE 实时鶴吨 捱薛匚
图2储蓄罐液位自动控制系统主监控界面 2.3实时趋势曲线设计 新建画面，调用实时趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.4历史趋势曲线设计 新建画面，调用历史趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.5实时报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择实时报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.6历史报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择历史报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.7报表设计 新建画面，调用报表窗口，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 3数据字典设计 选中数据字典，然后双击新建来定义变量，按要求定义相应的变量，并注意其变量类型及其后续设置。最后结果如图3所示。
目录 1绪论 (1) 2系统需求分析 (1) 3系统方案论证 (1) 4系统监控界面设计 (1) 5数据字典设计 (4) 6动画连接 (5) 7储水箱液位控制程序 (7) 8心得体会 (9)
1绪论 组态王Kingview是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现了最优化管理。适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。在日常生活中，我们最常见的就是对储水罐液位的控制，系统是根据用户使用水的情况自动向储水罐中注水，确保储水罐也为保持在一定范围内。在这里我们运用组态王对单容水箱液位控制系统进行自动控制。 2系统需求分析 为了保证系统所需用水的供给，供水系统必须能够及时的对各种用水对象进行供水。这就要求水塔和储水箱的水位不能低于一定的下限以免断水对人们的正常生活所带来的影响，同时水塔和储水箱的水位又不能高于一定的上限，从而使得水资源可以合理的分配利用。如果使用组态王来实现软硬结合的控制，将会给系统的各性能带来良好的提升。 3系统方案论证 整个供水系统可以抽象为原水箱和储水箱两个容器的液位控制。原水箱的水来自地下，储水箱的液位由水塔的水泵和储水箱的出水阀门综合决定。各种工业用水和生活用水可以用其对应的储水箱的出水管道代替。这样系统就组态好了。 单容水箱液位控制系统主要有以下几个基本环节组成：被控对象（水箱）、液位测量变送器、控制器（计算机）、执行机构（电动调节阀）、水泵、储水箱。 本文的设计原理：当注水阀和用户阀同时打开时，水箱液位以较小的速度增长，增到（60,80）范围内，水位达到动态平衡；当用户阀关闭时，水箱液位以较快速度增长，增到（80,90）范围内，注水阀自动关闭；当注水阀关闭，用户阀打开时，水位下降到30以下，注水阀自动打开。水位高于80和低于30时，报警指示灯开始闪烁，提醒工作人员系统是否正常工作。这样便实现了单容水箱液位的自动控制。 4系统监控界面设计 设计的界面有：水箱水位监控界面，实时曲线界面，实时报表界面，报警记
罐区液位计和紧急切断阀的设置及联锁要求规范合集 01 GB50074-2014《石油库设计规范》 设置要求： 15.1 自动控制系统及仪表 15.1.1容量大于100m3的储罐应设液位测量远传仪表，并应符合下列规定： 1 液位连续测量信号应采用模拟信号或通信方式接入自动控制系统； 2 应在自动控制系统中设高、低液位报警； 3 储罐高液位报警的设定高度应符合现行行业标准《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T 3007的有关规定； 4 储罐低液位报警的设定高度应满足泵不发生汽蚀的要求,外浮顶储罐和内浮顶储罐的低液位报警设定高度(距罐底板)宜高于浮顶落底高度0.2m 及以上。
15.1.4用于储罐高高、低低液位报警信号的液位测量仪表应采用单独的液位连续测量仪表或液位开关，并应在自动控制系统中设置报警及联锁。 联锁要求： 15.1.2 下列储罐应设高高液位报警及联锁，高高液位报警应能同时联锁关闭储罐进口管道控制阀： 1 年周转次数大于6次，且容量大于或等于10000m3的甲B、乙类液体储罐； 2 年周转次数小于或等于6次，且容量大于20000m3的甲B、乙类液体储罐； 3 储存I、II级毒性液体的储罐。 15.1.3 容量大于或等于50000m3的外浮顶储罐和内浮顶储罐应设低低液位报警。低低液位报警设定高度（距罐底板）不应低于浮顶落底高度，低低液位报应能同时联锁停泵。 15.1.4用于储罐高高、低低液位报警信号的液位测量仪表应采用单独的液位连续测量仪表或液位开关，并应在自动控制系统中设置报警及联锁。 条文说明： 15.1.4 “单独的液位连续测量仪表或液位开关”是指，除了“应设液位测量远传仪表”外，还需设置一套专门用于储罐高高、低低液位报警及联锁的液位 测量仪表。 " 设置及联锁要求： 15.1.2 下列储罐应设高高液位报警及联锁，高高液位报警应能同时联锁关闭储罐进口管道控制阀； 15.1.7 一级石油库的重要工艺机泵、消防泵、储罐搅拌器等电动设备和控制阀门除应能在现场操作外，尚应能在控制室进行控制和显示状态。二级石油库的重要工艺机泵、消防泵、储罐搅拌器等电动设备和控制阀门除应能在现场操作外，尚宜能在控制室进行控制和显示状态。 15.1.11 一级石油库消防泵的启停、消防水管道及泡沫液管道上控制阀的开关均应在消防控制室实现远程启停控制，总控制台应显示泵运行状态和控制阀的阀位信号。" 条文说明： 15.1.7 这样规定可以实时监测电动设备状态，及时处理异常情况。 15.1.11 本条规定是为了保证快速启动消防系统，及时对火灾实施扑救。
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;} }
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。
储油罐液位、温度实时检测 设计小组名单: 任光辉张晨睿王资凯 徐梦然韩冬芳朱晨
1. 系统总体说明 (1) 1.1课题任务规定的设计要求 (1) 1.2设计方法比较 (1) 1.3设计特色 (1) 2. 总体解决方案概述 (2) 3. 所用传感器简介[4] [5] (3) 3.1光纤传感器 (3) 3.2超声波传感器 (4) 3.3半导体热敏电阻 (5) 4. 系统描述 (6)
4.1温度传感器PPM电路[1] [6] (6) 4.2超声波测距[2][3] (7) 4.3传感器PPM电路[8] (8) 4.4复合及脉冲光发射电路 (9) 4.5脉冲甄别电路[8] (10) 4.6单片机数据处理[7][8] (11) 5. 光推动系统的功率与信号通道设计[9][10] (13) 5.1光推动系统简介 (13) 5.2光推动通道 (13) 6. 附录 (14) 6.1存在的问题 (14) 6.2解决的办法 (14) 7. 致谢 (15) 8. 参考资料 (16)
1.系统总体说明 1.1课题任务规定的设计要求 我国石油资源丰富,采油炼油企业众多,储油罐是储存油品的重要设备,储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐、大型储油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法,其他参数的测定也没有实行实时动态测量,这样易引发安全事故,无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。采用计算机自动监测技术,实时监测储油罐液位、温度等参数,可以方便了解生产状况,及时监视、控制容器液位及温度等,保障安全平稳生产。试设计储油罐（圆柱体型）液位、温度的实时监测系统。 1.2设计方法比较 1.3设计特色 采用光纤传输，实现测量无电回路，避免电信号引起的危险，动态效应好，可以远端控制，实现数字脉冲的传输，避免干扰。
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
基于组态王的水箱液位控制系统 1.引言 自动化软件在自动化产品的研发过程中有着举足重轻的地位，尤其在科学技术飞速发展的今天，自动化软件的应用越来越受到人们的重视。本文采用的自动化软件是北京亚控公司出品的组态王6.53，其软件包由工程浏览器（TouchExploer）、工程管理器（ProjMamager）和画面运行系统（TouchView）三部分组成。在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库的构造、定义外部设备等工作；工程管理器内嵌画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAKE和工程运行系统TOUCHVIEW来完成的。 本文利用组态王强大的组态功能和友好的人机界面实现了对供水系统中水塔和储水箱的实时监控，并且具有一定的工程应用价值。 2.系统需求分析及方案论证 2.1 系统需求分析 为了保证系统所需用水的供给，供水系统必须能够及时的对各种用水对象进行供水。这就要求水塔和储水箱的水位不能低于一定的下限以免断水对人们的正常生活所带来的影响，同时水塔和储水箱的水位又不能高于一定的上限，从而使得水资源可以合理的分配利用。如果使用组态王来实现软硬结合的控制，将会给系统的各性能带来良好的提升。
2.2 系统方案论证 整个供水系统可以抽象为水塔和主水箱两个容器的液位控制。水塔的水来自地下水，主水箱的液位由水塔的水泵和主水箱的出水阀门综合决定。各种工业用水和生活用水可以用其对应的储水箱的出水管道代替。这样系统就组态好了。 系统通过智能模块将液位的检测量采集到组态王对应变量中,由组态王统一管理给出系统各部分运行趋势、报表及报警事件,并通过与给定的液位设定比较来控制入水量，从而使液位保持在一定的范围之内。 本系统假定主水箱满液位为100，而水塔容量相对于主水箱来说应该大很多，为了明显起见，我们选水塔容量为500.当水塔液位低于100时水塔进水，主水箱液位低于20时水塔自动供水，高于90时供水关闭。由于工业用水和生活用水的需求相差比较大，所以给他们设定了不同的流速，并且它们的使用时随机的，顾没有对两储水罐的出水阀进行自动控制。应运程序代码如下: if(\\本站点\泵==1) {\\本站点\控制水流=8; \\本站点\水塔=\\本站点\水塔-8; \\本站点\主水箱= \\本站点\主水箱+8; } else {\\本站点\控制水流=0; \\本站点\水塔=\\本站点\水塔; \\本站点\主水箱= \\本站点\主水箱; } if(\\本站点\阀门1==1) {\\本站点\控制水流1=5; \\本站点\主水箱= \\本站点\主水箱-5; } else \\本站点\控制水流1=0; if(\\本站点\主水箱>90) \\\本站点\泵=0; if(\\本站点\主水箱<20)
储油罐液位、温度实时检测
1. 系统总体说明 (1) 1.1课题任务规定的设计要求 (1) 1.2设计方法比较 (1) 1.3设计特色 (1) 2. 总体解决方案概述 (2) 3. 所用传感器简介[4] [5] (3) 3.1光纤传感器 (3) 3.2超声波传感器 (4) 3.3半导体热敏电阻 (5) 4. 系统描述 (6) 4.1温度传感器PPM电路[1] [6] (6) 4.2 超声波测距[2][3] (7) 4.3传感器PPM电路[8] (9) 4.4复合及脉冲光发射电路 (10) 4.5脉冲甄别电路[8] (10) 4.6单片机数据处理[7][8] (11) 5. 光推动系统的功率与信号通道设计[9][10] (13) 5.1光推动系统简介 (13) 5.2光推动通道 (13) 6. 附录 (14) 6.1存在的问题 (14) 6.2解决的办法 (14) 7. 致谢 ............................................................................................错误！未定义书签。 8. 参考资料 (15)
1.系统总体说明 1.1课题任务规定的设计要求 我国石油资源丰富,采油炼油企业众多,储油罐是储存油品的重要设备,储油罐液位的精确计量对生产厂库存管理及经济运行影响很大。但国内许多反应罐、大型储油罐的液位计量仍采用人工检尺和分析化验的方法,其他参数的测定也没有实行实时动态测量,这样易引发安全事故,无法为生产操作和管理决策提供准确的依据。采用计算机自动监测技术,实时监测储油罐液位、温度等参数,可以方便了解生产状况,及时监视、控制容器液位及温度等,保障安全平稳生产。试设计储油罐（圆柱体型）液位、温度的实时监测系统。 1.2设计方法比较 1.3设计特色 采用光纤传输，实现测量无电回路，避免电信号引起的危险，动态效应好，可以远端控制，实现数字脉冲的传输，避免干扰。
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。
自动化应用软件实训 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 动1101 自动化
基于组态王的储液罐液位自动控制系统 1 任务要求 基于组态王的储液罐液位自动控制系统的要求：进水阀控制储液罐的水位，出水阀控制主液箱的水位，排气阀用于保持储液罐内的压强与外界压强一致，储液罐与主液箱设置的最大水位值为100。当储液罐水位<100时，出水阀打开，储液罐液位增加，直到水位达到100；当主液箱水位<100并且储液罐液位不等于0时，出水阀打开，主液箱水位增加，储液罐液位减少；当主液箱水位<100时，出水阀打开，主液箱液位增加，直到水位达到100；当用户打开水龙头时，主液箱液位减少，出水阀打开，储液罐液位减少，进水阀打开，储液罐液位增加，如此循环。 2 界面设计 2.1 新建工程 打开组态王首先新建立工程“课程工程”，进入画面界面，进入画面界面，点击新建工程画面，进入开发系统界面，确定背景属性。如图1所示。 图1建立工程 2.2 主监控界面设计 打开“控制中心”画面，调用所需要的器件，然后调整好各器件的位置，进行相应的管道连接，使得整个画面安排合理、紧凑。如图2所示。
图2 储蓄罐液位自动控制系统主监控界面 2.3 实时趋势曲线设计 新建画面，调用实时趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.4 历史趋势曲线设计 新建画面，调用历史趋势曲线，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.5 实时报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择实时报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.6 历史报警设计 新建画面，调用报警窗口，选择历史报警窗，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 2.7 报表设计 新建画面，调用报表窗口，进行相应的属性设置和文字标注，然后保存，以进行后续操作。 3 数据字典设计 选中数据字典，然后双击新建来定义变量，按要求定义相应的变量，并注意其变量 类型及其后续设置。最后结果如图3所示。
目录 水箱水位控制 (1) 第一章绪论 (1) 第二章系统需求分析 (1) 第三章系统控制方案 (1) 第四章系统监控界面设计 (2) 第五章数据字典设计 (4) 第六章应用程序命令语言 (4) 反应中心监控车间的设计 (6) 第一章系统监控界面设计 (6) 第二章应用程序命令语言 (8) 心得体会 (9)
水箱水位控制 第一章绪论 在日常生活中，我们最常见的就是对储水罐液位的控制，系统是根据用户使用水的情况自动向储水罐中注水，确保储水罐也为保持在一定围。在这里我们运用组态王对单容水箱液位控制系统进行自动控制。在双容水箱中，我们需要实时检测和调节水箱水位，为为了最大程度上减轻了人们工作负担，需要设计一个组态王液位控制系统对水箱的水位进行实时检测。双位水箱串级控制系统是被测对象由两个不同容积的水箱串联组成，故称其为双容水箱，控制原理是通过水泵将储水箱中的水送上水箱，通过阀门对其控制，使其可以合理的进行储水，当然，如果进水量大于出水量，则自动通过溢水口排入储水箱。 第二章系统需求分析 为了保证系统所需用水的供给，供水系统必须能够及时的对各种用水对象进行供水。这就要求水塔和储水箱的水位不能低于一定的下限以免断水对人们的正常生活所带来的影响，同时水塔和储水箱的水位又不能高于一定的上限，从而使得水资源可以合理的分配利用。如果使用组态王来实现软硬结合的控制，将会给系统的各性能带来良好的提升。 第三章系统控制方案 整个供水系统可以抽象为主水箱和储水箱两个容器的液位控制。主水箱的水来自地下，储水箱的液位由水泵和储水箱的出水阀门综合决定。各种工业用水和生活用水可以用其对应的储水箱的出水管道代替。这样系统就组态好了。 单容水箱液位控制系统主要有以下几个基本环节组成：被控对象（水箱）、液位测量变送器、控制器（计算机）、执行机构（电动调节阀）、水泵、储水箱。 本文的设计原理：当主水箱进水阀打开时，水箱液位以较小的速度增长，增到90，水位达到高水位线，发出警报，水箱液位达到98时，主水箱进水阀自动关闭；此时，储水箱水泵打开，开始抽水，输送到储水箱中；当储水箱液位到达高水位时（90）报警，到达液位98时关闭水泵；储水箱出水阀打开；当储水箱
储油罐爆炸的原因分析与控制 储油罐是油库的重要设备，储存着大量易燃烧、易爆炸、易挥发、易流失的油品，一旦发生爆炸所造成的损失难以估计。近20年来，油罐发展呈大型化的明显趋势。随着油气储备量的增加，储油罐的规模和数量也大幅度地增加。因此，如何安全有效地管理储油罐、提高储油罐的安全可靠性，已是当前安全管理工作所面临的一个重大课题。 1爆炸原因分析 1.1明火 由明火引起的油罐火灾居第1位，其主要原因是在使用电气、焊修储油设备时，动火管理不善或措施不力而引起。例如，检修管线不加盲板;罐内有油时，补焊保温钉不加措施;焊接管线时，事先没清扫管线，管线没加盲板隔断;油罐周围的杂草、可燃物未清除干净等。另一个重要原因是在油库禁区及油蒸气易积聚的场所携带和使用火柴、打火机、灯火等违禁品或在上述场合吸烟等。 1.2静电 所谓静电火灾是指静电放电火花引燃可燃气体、可燃液体、蒸汽等易燃易爆物而造成的火灾或爆炸事故。 静电的实质是存在剩余电荷。当两种不同物体接触或摩擦时，物体之间就发生电子得失，在一定条件下，物体所带电荷不能流失而发生积聚，这就会产生很高的静电压，当带有不同电荷的两个物体分离或接触时，物体之间就会出现火花，产生静电放电(ESD)
静电放电的能量和带电体的性质及放电形式有关。静电放电的形式有电晕放电、刷形放电、火花放电等。其中火花放电能量较大，危险性最大。 静电引起火灾必须具备以下4个条件： (1)有产生静电的条件。一般可燃液体都有较大的电阻，在灌装、输送、运输或生产过程中，由于相互碰撞、喷溅与管壁摩擦或受到冲击时，都能产生静电。特别是当液体内没有导电颗粒、输送管道内表面粗糙、液体流速过快时，都会产生很强的摩擦，从而产生静电。 (2)静电得以积聚，并达到足以引起火花放电的静电电压。油料的物理特性决定了其内产生的静电电荷难以流失而大量积聚，其电压可达上万伏，遇到放电条件，极易产生放电引起火灾。 (3)静电火花周围有足够的爆炸性混合物。油品蒸发、喷溅时产生的油雾和储油罐良好的蓄积条件致使油面上部空间形成油气一空气爆炸性混合物。 (4)静电放电的火花能量达到爆炸性混舍物的最小引燃能量。当静电放电所产生的电火花能量达到或大干油品蒸气引燃的最小能量(0.2-0.25mJ)时，就会点燃可燃混合气体，造成燃烧爆炸。 因静电放电(ESD)引起的火灾爆炸事故屡见不鲜，而且静电火灾具有一定的突发性、易爆炸、扑救难度大、易造成人员伤亡等特点，故如何更好地做好防静电危害工作一直是安全管理工作的重要组成部分。 1.3自燃 自燃是物质自发的着火燃烧过程，通常是由缓慢的氧化还原反应而引起，即物质在没有火源的条件下，在常温中发生氧化还原反应而