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。
4、组态王监控程序设计。
5、总体调试与运行。
四、实训内容
1、熟悉本课题相关的各个子实验；
2、基于PLC和组态王液位PID控制系统；
3、硬件接线图、程序清单。
五、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献。
报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）实训任务书；
（2）总体设计方案；
（3）硬件外部接线图，PLC中的I/O分配表，程序中使用的元件及功能表；
（4）梯形图或指令表清单，注释说明；
（5）组态王界面程序；
（6）调试、运行及其结果；
3、收获、体会
4、参考文献
六、实训进度安排
七、实训考核办法
本实训满分为100分，从平时表现、实训报告及实训答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。
2.总体设计方案
2.1 系统组成
单容水箱液位控制系统组成结构如图2.1所示，控制器采用S7-200PLC, 被控对象为单容水箱，水箱的液位经液位传感器测量变送至PLC, PLC对数据进行处理，根据控制要求进行运算，结果经模拟量输出给执行器，执行器为电动调节阀。
上位机通过计算机PC/PPI电缆和下位机PLC串口通信，上位机安装有STEP7-MicroWin 编程软件和组态王监控软件，可以进行控制算法编程，并为过程控制实验提供良好的人机界面，可以在实验时进行参数的设定修改以及响应曲线的在线显示，进行整个试验系统的监控。
图2.1单容水箱液位控制系统组成结构
2.2 水箱液位控制系统构成
单容水箱液位控制系统有四个基本组成部分，即控制器、执行器、被控过程和测量变送等，单容水箱液位控制系统示意图如图2.1所示。
图2.2 单容水箱液位控制系统示意图
2.3 水箱液位控制系统工作原理
在虚拟的水箱控制系统中当水箱液位实际值PV小于给定值SV时，通过组态王界面调大电动调节阀开度，使水箱液位上升；当水箱液位实际值PV大于给定值SV时，此时调小阀门开度，使水箱液位回到给定值上。数据采集原理框图如图2.3，数据采集是一个典型的简单负反馈控制回路, 通过传感器将实际的物理量(即水箱液位)转换为电压信号传给PLC的AD功能模块，转换后可送入PC中，与给定值进行比较得出偏差值，从而改变进水流量，以实现对水箱液位的控制。单容水箱液位控制系统方框图如2.3所示：
图2.3 单容水箱液位控制系统方框图
2.4 仪表选型
2.4.1 GK-01电源控制屏
GK-01电源控制屏如图1-1所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：
1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动和停止按钮、漏电保护器、电加热器控制开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。
图1-1、GK-01控制屏面板图
具体操作方法如下：
1）、将电源插座接220V市电电源，要注意“左零右火”的接线方式并且要有可靠的接地保护。如果一插上电源就有嘶嘶的声音，这时要检查电源的接线方式是否正确，是否可靠接地。
2）、插上三芯插头，此时控制屏左、右两侧的三芯电源插座均带电。
3）、先打开空气开关，再打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总电源接通。
4）、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。
5）、拨动照明钮子开关到“上”侧，此时接通日光灯电源，日光灯亮。
注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏上漏电时保护系动作，告警灯亮
并自动切断系统电源，等到解除报警时才能起动。
2、三相异步电动机电源接线区：它与GK-07交流变频控制挂件配合使用。在此接线区一共有U1、V1、W1, U2、V2、W2六个强电接线柱，它们与三相异步电动机引线相对应，已在内部连好。
2.4.2 GK-02传感器输出与显示
1、此挂件主要是对各个传感器变换信号的显示，包括上水箱的液位和压力；下水箱的液位以
及交流支路管道的流量。
2、如右图2-1所示，图中左边为各个传感器变换输出端，右边显示各个被控参量的实时测量
值。当打开电源时，各个表头就会显示相应被控参量的当前测量值。在水箱没有水的情况下有可能显示不为零，这是由于传感器的零点漂移引起的，通过调节压力变送器的零点电位器来纠正误差，具体方法后述。
3、左边输出端是各个传感器通过检测、变换后输出的电压值，也就是反馈值。它的输出与各
个被控参量显示之间有一定的比例关系，对应比例如下：
液位传感器：输出0～5V电压对应0～20Cm的高度→1V电压对应5Cm的高度。
2.4.3 GK-03单片机控制
（一）、单片机控制挂件如图3-1所示,
它可以同时采集五路信号，一路输出用来控制执行器，以实现自
动控制。单片机控制挂件的主要组成部分有：
1、五路模拟量输入：分别为LT1、PT、LT
2、FT、TT，其接线端
正好与右侧GK-02屏上传感器输出端相对应，模拟量输入为0～5V
标准电压信号。
2、一路模拟量输出：此输出为单片机的控制输出端，输出为0～
5V标准信号。
3、通讯接口方式：通过RS232串行通讯口与计算机通讯，以实
现计算机监控。
4、键盘操作：共有六个功能键，分别为回路、向上、向下、整
定、移位、确认。通过对这几个功能键的操作可以对单片机的各个参
数进行整定。
5、两个显示框：功能显示框（显示所选参数）,数值显示（显示
对应参数值）。
2.4.4 GK-07交流变频调速
如图7-1所示，交流变频控制挂箱面板图。变频器为三菱FR-S520S-0.4K型。具体使用说
明、参数设置及操作，详见产品使用手册。Array（一）、挂箱面板接线端子功能说明
为了使变频器各接线端子不因每次做实验经常的装拆线而损坏
或丢失，应将常用端子引到挂箱面板上，以方便实验连线，它们分
别是：
1、A、B、C：变频器的三个输出端，（连接GK-01中的三相
鼠笼电机三相定子绕阻的接线端U、V、W）。
2、2和5：外部电压控制信号（0~5V）输入端，2接信号正极，
5接信号地端。
3、STF、STR：电机正转与反转控制端，当STF与SD相连时
电机为正转，当STR与SD相连时电机为反转。
4、其它：
PC：外部晶体管公共端、DC24V电源接点输入端。
SE：集电极开路公共。
RUN：集电极开路。
10：频率设定用电源。
4：频率设定电流信号。图7-1、GK-07挂箱
面板图
6）、RH、RM、RL：RH、RM、RL 分别与SD连接实现多段速度选择。
7）a、b、c：报警输出。
8）AM：模拟信号输出。
9）、RST：复位。
10）、SD：输入/输出公共端。
*本实验装置各端子的引出是为了满足用户其它自拟实验接线的需要。
2.4.4 GK-08 PLC可编程控制
（一）、PLC结构概述
PLC可编程控制挂箱面板，如图8-1所示，采用西门子S7-200 PLC系列产品。
1、PLC可编程控制面板上引出二路模拟量输入端（AI1、AI2），一路模拟量输出端（AO），十路开关量输入端（DI1—DI10），四路开关量输出端（DO1—DO4）。
2、CPU为224，它集成14输入/10输出，总共有24个数字量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出。此外，还有1个RS485通讯/编程口，它具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
3、EM 235 模拟量扩展模块，具有4路模拟量输入，2路模拟量输出（实际的物理点数为：4输入，1输出）。
4、PLC的编程环境软件为：STEP 7-Micro/WIN32 V3.0 ，STEP 7-Micro/WIN32 V3.0可
以对S7-200的所有功能进行编程。CPU通过PC/PPI
电缆或通过插在PG/PC上的CP 5511或CP 5611网卡与PC/PPI电缆可以在
Windows 95或Window 98下实现多主站模式。
5、上位机的监控软件为：PROTOOL—CS、MCGS工控组态软件以及
人机控制（触摸屏控制），这三种软件都分别可以和PLC实现通讯，可以
和PLC进行数据交换。基于本实验装置所提供的软件和硬件都是比较丰富
的，学生可以根椐自已的爱好去选择不同的软件进行组态、编程以及运行调
试，因而有益于学生动手能力的提高。
图8-1、GK-08挂箱面板图2.5 PLC设计流程图
系统控制功能由S7-200PLC实现，控制程序利用STEP7-MicroWin32软件编写调试，程序流程如图3.3所示。初始化程序对设定值、PID控制参数、定时中断时间等进行初始化设定，并启动周期定时中断，中断(采样)时间到，则进入中断程序，进行采样滤波、量程转换，实现要求的控制算法。PID控制算法利用S7-200的PID指令实现。
图3.3 PLC控制程序流程图
3.外部接线图
4 I/0分配
寄存器
5 梯形图主程序：
SBR_0
SBR_1:
INT_0:
6 组态王界面
组态王软件具有全中文、面向窗口的可视化操作界面,实时性强,有良好的并行处理性能和丰富生动的多媒体画面.组态王软件的开放式结构拥有广泛的数据获取和强大的数据处理功能.同时.提供良好的安全机制,为多个不同级别用户设定不同的操作权限.组态王软件支持多种硬件设备,实现设备无关,用户不必因外部设备的局部改动,而影响整个系统.组态王软件由组态环境和运行环境两个系统组成.两部分互相独立.又紧密相关.
本实验利用组态王软件设计,在设备组态窗口中选择适当的串口通讯设备,添加西门子S7-200PLC,正确设置其属性,正确设置组态软件中数据变量设备通道的连接,即可实现PLC与组态软件的通讯.将PLC中的串口驱动程序与组态软件的需求响应相结合,使计算机对PLC发出的信号有响应.在组态王软件的用户窗口中,制作一个动画界面.在界面上设置各个属性,使设置的画面按照真实的情况动作,从而实现对液位变化状态的实时监控.
6.1 主界面
6.2 数据词典
1）定义变量“给定值”、“测量值”、“输出值”。
“给定值”变量类型选I/O整数，因为给定值只需要写入PLC，故寄存器选择STA TIC100；由于按输入液位范围0～100，所以变量的最小值为0，最大值为100。其中定义I/O整数变量时，关键是最小原始值和最大原始值的设置。数据类型为SHORT。“测量值”与“给定值”的不同之处为寄存器选择INCREA100，属性为读写。“输出值”与“测量值”的变量定义相同。
（2）定义变量“P”、“I”、“D”。
“P”、“I”、“D”三个变量的定义完全相同，在本课程设计中，处于仿真的需要，均将变量类型选为内存实型。
（3）定义变量“控制水流”、“阀门”。
变量“控制水流”是为了水流动画连接的需要，因此变量类型定义为内存整型。变量“阀
门”只有两个状态，要么为“1”，要么为“0”，因此变量类型选为内存离散。
6.3 曲线监控
趋势曲线用来反应数据变量随时间的变化情况。趋势曲线有两种：实时趋势曲线和历史趋
势曲线。这两种曲线外形都类似于坐标纸，X轴代表时间，Y轴代表变量值。所不同的是，在你的画面程序运行时，实时趋势曲线随时间变化自动卷动，以快速反应变量的新变化，但是不能随时间轴“回卷”，不能查阅变量的历史数据；历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作，但它不会自动卷动，而需要通过命令语言来辅助实现查阅功能。
双击画面中实时曲线对象，在曲线定义选项中，点击“曲线1”文本框右边的“？”号，选择变量名“给定值”；点击“曲线2”文本框右边的“？”号，选择变量名“测量值”，设置其他参数的值，如图5.8所示。
6.4 水流动画程序
变量闪烁0的隐含链接，表达式为真时，显示状态，变量闪烁1是闪烁链接，二者交替进行，产生水流动画效果。控制水流中使用到的命令语言：
if(\\本站点\控制水流<5)
\\本站点\控制水流=\\本站点\控制水流+1; else
\\本站点\控制水流=0;
控制水流命令语言窗口如图5.4所示。
图5.4 控制水流命令语言窗口
7 调试和运行结果
7.1 比例控制
在人工调节的实践中，如果能使阀门的开度与被调参数偏差成比例的话，就有可能使输出量等于输入量，从而使被调参数趋于稳定，达到平衡状态。这种阀门开度与被调参数的偏差成比例的调节规律，称为比例调节。
k是可调的，所以比例调节器实际上是比例调节作用，一般用字母P来表示。放大倍数p
一个放大倍数可调的放大器。
比例调节作用虽然及时、作用强，但是有余差存在，被调参数不能完全回复到给定值，调节精度不高，所以有时称比例调节为“粗调”。纯比例调节只能用于干扰较小、滞后较小，而时间常数又不太小的对象。
K=18 K=20
图6.1.1 比例控制
7.2 比例积分调节
对于工艺条件要求较高余差不允许存在的情况下，比例作用调节器不能满足要求了，克服余差的办法是引入积分调节。
因为单纯的积分作用使过程缓慢，并带来一定程度的振荡，所以积分调节很少单独使用，一般都和比例作用组合在一起，构成比例积分调节器，简称PI调节器
由于比例度是在比例调节（粗调）的基础上，有加上一个积分调节（细调），所以又称再调调节或重定调节。但是，积分时间太小，积分作用就太强，过程振荡剧烈，稳定程度低；积分时间太大，积分作用不明显，余差消除就很慢。如果把积分时间放到最大，PI调节器就丧失了积分作用，成了一个纯比例调节器。
K=20 TI=30 K=20 TI=35
图6.2.2 比例积分控制
题目：基于PLC的液位控制系统设计姓名： 学号： 系别： 专业： 年级班级： 指导教师： 2013年5月18日
毕业论文（设计）作者声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 本毕业论文内容不涉及国家机密。 论文题目： 作者单位： 作者签名： 年月日
目录 摘要............................................................................................................. 1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。引言............................................................................................................. 1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.研究现状分析 ................................................................................... 2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.1题研究背景、意义和目的 ...................................................... 2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 1.2液位控制系统的发展状况 ...................................................... 3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 1.3课题研究的主要内容................................................................ 4茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.控制方案设计 ................................................................................... 4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.1系统设计 ...................................................................................... 4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 2.2单容水箱对象特性 .................................................................... 6預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 3.硬件配置 .............................................................................................. 8渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 3.1控制单元 ...................................................................................... 8铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 3.2检测单元 ...................................................................................... 9擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 3.3执行单元 ...................................................................................... 9贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 4.软件设计 .............................................................................................. 9坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 4.1STEP 7-Micro/WIN编程软件简介 ........................................ 9蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 4.2参数设定及I/O分配 .............................................................. 10買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 5.程序编程和系统仿真.................................................................. 12綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 5.1程序设计 .................................................................................... 12驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 5.2程序仿真和分析....................................................................... 13猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 6.结论....................................................................................................... 16锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。参考文献................................................................................................ 17構氽頑黉碩饨荠龈话骛。附录........................................................................................................... 19輒峄陽檉簖疖網儂號泶。致谢........................................................................................................... 22尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
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
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
本科生毕业论文（设计） 题目：基于智能仪表和PLC的液位控制系统设计 院系： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： （职称）
摘要 微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表结构的根本性变革，以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”，在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较，取得了巨大进展。智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。 可编程控制器(Programmable Logic Controller---PLC)是一种应用广泛非常的自动控制装置，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，非常适合液位控制的要求。 本文介绍了基于智能仪表、西门子S7-300型可编程控制器（PLC）、组态软件的液位控制系统的设计方案。系统采用PID算法，实现液位的自动控制。利用组态软件设计人机界面，通过串行口和可编程控制器通信，实现控制系统的实时监控、现场数据的采集与处理。 实验证明，控制系统效果比较令人满意，具有较大的工程实用价值。 关键词：液位控制；智能仪表；可编程控制器；PID；人机界面
Abstract Nowadays intelligent measuring appliance is improving more and more quickly.It has been used in more an more place of our life.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient. Microelectronics and computer technology continues to develop, led to fundamental changes in the structure of instruments to micro-computer (single chip) as the main body, the computer technology and the organic integration of detection technology to form a new generation of "smart meters" in Measurement of process automation, measurement data processing and functional diversification of the traditional instrument, compared to conventional measuring circuit, tremendous progress has been made. PLC is a very useful control installment . It is widely used in a lot of control system in ourlives. It is the product of the computer,control,communication technology.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient.It very suits the control of water level. It will relay the traditional control technology, computer and communication technologies together with the control, and operation of flexible convenient, high reliability, suitable for continuous long-term characteristics of the work, very suitable for liquid level control requirements. This thesis mainly introduces a design of water level control system with intelligent measuring appliance,SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration soft. This system adopts increment type Proportional-Integral-Differential arithmetic to realize the water level automation. For convenience to monitor the system and process data in actual time, we have designed Human Machine Interface（HMI）with configuration soft. The result of experimentation indicates that this system could run quickly, accurately and stably which accords with our aim perfectly. This system has been used widely in the temperature control system field for its low cost and high stabilization advantages.Experiment proved that the control system more satisfactory results, with more practical engineering value. Keywords: Water Level Control；Intelligent measuring appliance；PLC；PID；HMI
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
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。
毕业论文（设计）题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计 姓名：濮孝金 学号： 专业：机械电子工程 年月
摘要 在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用 到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。 为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要 的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽 水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。 关键词：水塔液位控制，水位控制，继电器，PLC Abstract In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and
control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to
过程控制综合训练 课程报告 16 —17 学年第二学期课题名称基于PLC和组态王的 系统 姓名 学号 班级 成绩
水箱液位控制系统 [摘要] 在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽的液位需维持在给定值上下，或在某一小围变化，并保证物料不产生溢出。例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求，设计一个单容水箱的液位过程控制系统，该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。 关键词：过程控制液位控制PID控制 Abstract: In the process of industrial production, liquid storage tank such as product cans, buffer, tanks and other equipments are widely used. In order to ensure the normal production,material supply and demand must be balanced to guarantee the process of the production. So, the process requires that the liquid level in the tank should be maintained at a given value, or change in a small range,and ensure that the material does not overflow,for instance,system of boiler drum level control, level control of filter pool and clarification pool of self-flowing water production
汽包水位控制设计 1. 工艺流程： 除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。 空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过煤斗落在炉排上，在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。 在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。 图2-1工业锅炉工艺流程 2. 系统设计任务 该系统通过PID控制调节电子调节阀的开度，以使锅炉汽包液位按给定值变化。且当系统干扰变化时，液位能最终稳定在给定值。
该液位监控系统由水箱控制对象系统、I/O 接口板、计算机和组态王软件组成。 根据题目要求，详细分析液位监控系统的设计要求，并进行软硬件的总体设计。在完成总体设计后，进行硬件的详细设计，利用组态王软件完成锅炉液位监控系统的设计工作。同时进行控制软件的流程设计和编制工作，并用仿真PLC 完成控制软件的仿真调试工作。 根据汽包锅炉给水系统动态特性，我们可以确定给水控制的一些基本思想。（1）由于对象的内扰动特性存在一定延迟和惯性，若采用以水位为被调量的单回路系统，则控制中水位会出现较大的偏差，所以我们设计采用串级控制方案。由于对象在蒸汽内负荷扰动时，有“虚假水位”的现象，若采用单回路系统，则在扰动的初始阶段，调节器将给水流量变化相反的方向，从而夸大了锅炉进、出流量的不平衡。 所以我们采用串级前馈控制，串级控制系统和单回路系统相比控制效果更稳定，响应速度更快，进度高，前馈控制可以改善给水控制系统的控制品质。 （2）锅炉的给水系统，汽包液位的动态特性似乎与单容水槽一样，但是实际情况却要复杂的多。其中最突出的一点就是水循环系统中充满了夹带着大量的蒸汽气泡的水，而蒸汽气泡的总体积是随着气泡压力和炉膛热负荷的变化而改变的。如果有某种原因使蒸汽泡的总体积改变了，即使水循环系统中的总水量没有变化，汽包水位也会随之发生改变。 于是，我们采用电厂锅炉汽包水位控制常用的单级三冲量给水控制系统。
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)
摘要 本次课程设计的课题是基于PLC的水箱液位控制系统的设计。涉及到的主要内容包括：水箱的特性确定与实验曲线分析，S7-300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，应用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应用PLC语句编程来控制水箱水位。 关键词：S7-300西门子PLC、控制对象特性、PID控制算法、压力变送器、电动调节阀、变频器，PID指令。 目录
摘要............................................................................................................................................. I 第1章引言 . (1) 1.1 实验目的 (1) 1.2 实验原理 (1) 1.3 设计方案的确定 (2) 第2章系统硬件介绍 (2) 2.1 西门子PLC控制系统简介 (2) 2.3模拟量输入模块 (3) 2.4模拟量输出模块 (3) 2.5 电源模块 (4) 第三章系统硬件控制设计 (5) 3.1 系统设计 (5) 3.2 硬件设计 (6) 3.2.1 检测单元 (6) 3.2.2 执行单元 (7) 第四章软件设计 (8) 4.1 FC105 介绍： (8) 4.2 FC 106 介绍： (8) 4.3 FB41 介绍 (9) 4.4 软件控制流程图： (10) 第五章程序实现 (10) 5.1 step 7 软件编程： (10) 5.2程序调试与结果 (15) 5.3 过程中出现的问题与解决办法 (15) 第6章实验心得与体会 (19) 附录：程序清单 (20) 参考文献 (24)
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
自动化应用软件实训 组态王Kingview就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与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与故障诊断,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,我们最常见的就就是对储水罐液位的控制,系统就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。这就要求水塔与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,同时水塔与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与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与储水箱的出水阀门综合决定。各种工业用水与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:当注水阀与用户阀同时打开时,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与低于30时,报警指示灯开始闪烁,提醒工作人员系统就是否正常工作。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,实时报表界面如图4、3所示。报警记录界面如图4、4所示,历史曲线界面如图4、5所示。 图4、1水箱水位监控界面
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